2. Рідке ракетне паливо.

Двокомпонентне рідке паливо складається з окислювача і пального. До рідких палив пред'являються наступні специфічні вимоги: можливий ширший температурний інтервал рідкого стану, придатність, принаймні, одного з компонентів для охолодження рідинного РД (термічна стабільність, високі температура кипіння і теплоємність), можливість отримання з основних компонентів генераторного газу високої працездатності, мінімальна в'язкість компонентів і мала залежність її від температури. Для поліпшення характеристик до складу палива вводяться різні присадки (метали для підвищення уд. імпульса, інгібітори корозії, стабілізатори, активатори займання, речовини понижуючі температуру замерзання). Як пальне використовуються гас (лігроїну-керосінові і керосино-газойлеві нафтові фракції з діапазоном кипіння 150-315 ° С), ріддкий водень, рідкий метан (СН4), спирти (етиловий, фурфуриловий); гідразин (N2H4), і його похідні (диметилгидразин), рідкий аміак (NH3), анілін, метил, диметил і триметиламін і т.д. В якості окислювача застосовують: рідкий кисень, концентрованну азотну кислоту (HNO3), азотний тетраоксид (N2O4), тетранітрометан; рідкі фтор, хлор та їх сполуки з киснем та ін. При подачі в камеру згорання компоненти палива можуть самозайматися (конц.азотная кислота з аніліном, азотний тетроксид з гідразином та ін.) чи ін. Застосування самозаймистих палив спрощує конструкцію РД і дозволяє найбільш просто здійснювати багаторазові запуски. Максимальний уд. імпульс мають пари водень-фтор (412с), водень-кисень (391с). З точки зору хімії ідеальний окислювач - рідкий кисень. Він використовувався в перших балістичних ракетх ФАУ, її американських і радянських копіях. Але його температура кипіння (-1830 С) не влаштовувала військових. Необхідний діапазон робочих температур від -550 С до + 550 С. Азотна кислота-другий очевидний окислювач для РРД більше влаштовувала військових. Вона має високу щільність, невисоку вартість, виробляється у великих кількостях, досить стабільна, в тому числі при високих температурах, пожежо- та вибухобезпечна. Головна її перевага перед рідким кислородом у високій температурі кипіння, а отже в можливості необмежено довго зберігатися без всякої теплоізоляції. Але азотна кислота настільки агресивне речовина, що безперервно реагує саме з собою - атоми водню відщеплюються від однієї молекули кислоти і приєднуються до сусідніх, утворюючи неміцні, але надзвичайно хімічно активні агрегати. Навіть найстійкіші сорти нержавіючої сталі повільно руйнуються концентрованою азотною кислотою (в результаті на дні бака утворювався густий зеленуватий «кисіль», суміш солей металів). Для зменшення корозійної активності в азотну кислоту стали додавати різні речовини, всього 0,5% фтористоводневої кислоти зменшують швидкість корозії нержавіючоїй стали в десять разів. Для підвищення уд. мпульсу в кислоту додають двоокис азоту (NO2). Це газ бурого кольору, з різким запахом. При охолодженні нижче 210 С він скраплюється при цьому утворюється чотириокис азоту (N2O4), або азотний тетраоксид (АТ). При атмосферному тиску АТ кипить при температурі + 210 С, а при -110 С замерзає. Газ складається в основному з молекул NO 2, рідина з суміші NO2 і N2O4, а в твердій речовині залишаються одні тільки молекули тетроксид. Крім всього іншого добавка АТ в кислоту пов'язує потрапляє в окислювач води, що зменшує коррозійну активність кислоти, збільшується щільність розчину, досягаючи максимуму при 14% розчиненого АТ. Цю концентрацію використовували американці для своїх бойових ракет. Наші для отримання максимального уд. імпульсу використовували 27% розчин АТ. Такий окислювач отримав позначення АК-27.

Паралельно пошукам кращого окислювача йшли пошуки оптимального пального. Первим широко використовувалися пальним був спирт (етиловий), що застосовувався на перших радянських ракетах Р-1, Р-2, Р-5 ("спадок" ФАУ-2). Крім низьких енергетичних показників військових очевидно не влаштовувала низька стійкість особового складу до «отруєння»таким пальним. Військових найбільше влаштовував продукт перегонки нафти, але проблема була в тому, що таке паливо не самозаймається при контакті з азотною кислотою. Цей недолік обійшли застосуванням «пускового» пального. Його склад був знайдений ще німецькими ракетниками під час Другої світової війни, і називалося воно «Тонка-250» (в СРСР воно іменувалося ТГ-02). Найкраще спалахують з азотної кислотою речовини, що мають у складі, крім вуглецю і водню ще азот. Такиою речовиною, що володіє високими енргетичними характеристиками, був гідразин (N2H4). За фізичними властивостями він дуже схожий на воду (щільність на кілька відсотків більше, температура замерзання + 1,50 С, кипіння + 1130 С, в'язкість і все інше – як у води). Але військових не влаштовувала висока температура замерзання (вище, ніж у води).

У СРСР був розроблений спосіб отримання несиметричного диметилгидразина (НДМГ), а американці використовували більш простий процес отримання монометілгідразину. Обидві ці рідини, були надзвичайно отруйні зате менш вибухонебезпечні, менше вбирали водяні пари, були термічно більш стійкими ніж гідразин. Але от температура кипіння і щільність в порівнянні з гідразином знизилися. Незважаючи на деякі недоліки нове паливо цілком влаштовувало і конструкторів і військових. НДМГ має іншу, «Несекретну» назву - «гептил». «Аерозін-50» використовувався американцями на своїх рідинних ракетах являє собою суміш гідразину та НДМГ, що було наслідком винауоди технологічного процесу, в якому вони виходили одночасно.

Після того як балістичні ракети стали розміщуватися в шахтах, в герметичному контейнері з системою терморегулювання, вимоги до діапазону робочих температур ракетного палива були знижені. В результаті від азотної кислоти відмовилися, перейшовши на чистий АТ, який так само отримав несекретних найменування - «аміл». Тиск наддуву в баках підвищувало температуру кипіння до прийнятної величини. Корозія баків і трубопроводу при використанні АТ зменшилася настільки, що стало можливим зберігати ракету заправленою протягом усього терміну бойового чергування. Вони могли стояти заправленими до 10 років поспіль.

Основні характеристики двокомпонентних рідких палив при оптимальному співвідношенні   компонентів (тиск у камері згоряння, кгс 100 / см2, на зрізі сопла 1 кгс / см2)