液体推进剂比冲值高 在航空航天领域地位重要
液体推进剂,是液态的化学推进剂,是液体火箭发动机的动力源,在航空航天产业中地位重要。液体推进剂可以是单一液态物质,也可以是几种液态物质组合。按照组元数目来划分,液体推进剂可以分为单组元推进剂、双组元推进剂、三组元推进剂,其中,双组元推进剂的一种组元为氧化剂,另一种组元为燃烧剂,由于比冲值较高、安全性高,是目前主流液体推进剂产品类型。
根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年液体推进剂行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,双组元推进剂中,常见的液体氧化剂主要有液氧、液氟、硝酸、四氧化二氮、过氧化氢、三氟化氯等;常见的液体燃烧剂主要有液氢、乙醇、煤油、肼类等。双组元推进剂作为主流液体推进剂,在液体火箭发动机中需要分开存储,有需求时再混合燃烧。
20世纪20年代,美国成功发射的首枚液体燃料火箭采用的是液氧+煤油双组元液体推进剂;20世纪40年代,德国研制的V-2导弹采用的是液氧+乙醇双组元液体推进剂。一般来讲,液体推进剂材料选择需要考虑的因素主要有比冲值、燃烧性能、热稳定性、热传导性、性质稳定性、单位密度、可贮存性、成本高低、是否易得、毒性、腐蚀性等。
早期,液体推进剂主要采用肼类作为燃烧剂、四氧化二氮作为氧化剂,前者毒性大,后者腐蚀性强,且此类液体推进剂比冲值较低。之后,液体推进剂开始采用液氧为氧化剂、煤油为燃烧剂,煤油比冲值较肼类略高,且无毒且价格低廉。以液氢为燃烧剂、以液氧为氧化剂的液体推进剂比冲值最高,但体积大、成本高,且需要低温贮存。
液体推进剂的常见材料中,液氧、液氢、液氟等需要低温贮存,贮存时间短,其他材料可长时间贮存。与固体推进剂相比,液体推进剂具有比冲值较高、运载能力较强等优点,航天火箭基本都采用液体推进剂,大型导弹也需采用液体推进剂。但液体推进剂稳定性相对较差,部分材料需要在飞行器发射前进行加注,延长了发射时间,因此在导弹方面固体推进剂是主流产品。
新思界行业分析人士表示,在低温条件下,液体推进剂的实际比冲值更高,特别适合重型运载火箭使用,在卫星发射数量不断增多、载人航天产业快速发展的背景下,液体推进剂市场前景广阔。液体火箭发动机可制造重复使用的发动机,为了降低发射成本,可重复使用的液体火箭发动机成为重要研究方向,这将拉动航空航天产业对液体推进剂需求进一步增长。
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