Петр Асташенков - Советские ракетные войска. 2-е переработанное и дополненное издание

Несколько слов о системах, с помощью которых горючее и окислитель подаются непрерывно из баков в камеру сгорания. По своему устройству такие системы бывают насосными и вытеснительными. В первой из них для подачи топлива используются специальные насосы. Для этой системы характерно сравнительно небольшое давление в баках, что не вызывает необходимости специально заботиться об их прочности, а это всегда связано, как известно, с увеличением веса. Для приведения в действие насоса используется турбина. Турбина и насос образуют единый турбонасосный агрегат. Турбина приводится в движение обычно парогазом, получаемым путем разложения перекиси водорода.

В вытеснительной системе горючее и окислитель подаются из баков в камеру сгорания давлением сжатого газа. Простейший пример — баллонная система. Шаровой резервуар сжатого газа через редуктор соединен с баками, где и поддерживается постоянное давление. Необходимость толстостенного баллона утяжеляет систему. Чтобы избежать этого, для вытеснения горючего и окислителя используют иногда горячие газы, получаемые при горении порохового заряда или работе дополнительного маломощного ЖРД.

Подводя итог, можно сказать, что вытеснительная система подачи топлива оправдывает себя лишь на малых и средних ракетах. Для более крупных ракет считается предпочтительней применять насосную систему, хотя она и получается технически сложнее.

Существенно для работы ЖРД и обеспечить надежное зажигание. Можно, например, воспламенять с помощью электричества пороховой заряд, а тот в свою очередь будет зажигать основное топливо. Надежные результаты дает и использование самовоспламеняющегося топлива.

Чтобы не подвергать двигатель опасности разрушения, его запускают ступеньками. Для этого сначала в камеру сгорания подают небольшие порции топлива. Постепенно подача доводится до величины полного расхода. Отсечка двигателя или его остановка достигаются подачей в течение нескольких секунд одного компонента вместо двух.

Особое значение в ряде стран придается созданию силовых установок для ракет, заправляемых компонентами топлива на заводе и могущих храниться в боевой готовности в течение 5–6 лет в любых метеорологических условиях. Для этой цели используются такие горючие, как амины и их смеси: гидразин, несимметричный диметилгидразин, монометилгидразин, этилендиамин, смесь ксилидина и триэтиламина, хидин, аэрозин. Окислителями, как правило, служат красная дымящая азотная кислота, содержащая четырехокись азота и противокоррозийную присадку, четырехокись азота, трехфтористый хлор, пятифтористый бром. Применяя, например, в качестве компонентов смеси аминов и красную дымящую азотную кислоту, можно получить высокую удельную тягу и обеспечить длительное время их хранения без заметной коррозии в алюминиевых баках.

Кроме баков в конструкции силовой установки для длительного хранения предусматривается пороховой аккумулятор давления. Он служит для подачи компонентов топлива в камеру сгорания. Этот аккумулятор мембранами предохраняется от попадания в него компонентов жидкого топлива.

После заправки на заводе баков топливом в пороховой аккумулятор давления помещается шашка твердого топлива. Так что перед запуском двигателя следует только установить воспламенитель. В процессе хранения силовой установки можно осматривать шашку, вынимая ее из двигателя. Совершенно ясно, что жидкостные двигатели, работающие на топливе длительного хранения и заправляемые на заводе, имеют большие преимущества перед двигателями, заправляемыми непосредственно перед стартом. Они резко увеличивают боеготовность ракет, упрощают процесс эксплуатации техники на боевых позициях.

Перейдем теперь к другому типу силовых установок для ракет, основанных на применении ракетного двигателя на твердом топливе. Для них характерно то, что вещества, участвующие в рабочем процессе, уж заранее помещены в камеру сгорания, их не надо туда накачивать, как это бывает у жидкостных двигателей. Отсюда и первое преимущество ракетного двигателя на твердом топливе — его высокая готовность к старту. Конструкция двигателей на твердом топливе проста, отсутствие необходимости в насосах сокращает количество движущихся частей. Все это обеспечивает их высокую надежность в работе. Но есть у них и «узкие места»: твердое топливо сгорает быстро, трудно регулировать процесс горения.

Что представляет собой твердое топливо? Это — механическая смесь или химическое соединение окислителя и горючего. По данным зарубежной печати, до последнего времени в ряде стран было широко распространено топливо, в котором основное вещество — нитроцеллюлоза или нитроклетчатка. Клетчатку в больших количествах содержат растения, такие, как лен, пенька, хлопчатник. В древесине ее около 50 процентов. Обрабатывая клетчатку азотной кислотой, получают нитроклетчатку или нитроцеллюлозу.

Чтобы получить твердое топливо, называемое баллиститным, нитроклетчатку растворяют в нитроглицерине и динитродиэтиленгликоле. Затем в топливо вводятся добавки, чтобы придать ему нужные свойства. К добавкам могут относиться воск, вазелиновое масло, камфора, смолы, а иногда окись магния, мел, окись свинца и другие вещества. Заряды из баллиститного топлива изготовляют штамповкой или литьем.

При этом за рубежом плотность их равна 1,6 г/см³, а температура вспышки 200 °C. По мнению иностранных специалистов, баллиститные топлива не имеют особых перспектив применения, если не считать ракет тактического назначения и снарядов «воздух — воздух». Объясняется это тем, что энергетические возможности баллиститных топлив невелики. К тому же трудно обеспечить их нормальное горение при низких давлениях в камере сгорания.

Ученые в ряде стран предложили использовать так называемые смесевые топлива. Они представляют собой тонкую механическую смесь горючего (битумы, смолы, синтетические каучуки и т. д.) и окислителя (нитрат калия, перхлорат аммония и т. д.). Добавляются также катализаторы горения (сажа, парафин, окись меди). Удельный вес топлива получается порядка 1,5–1,7 г/см³.

Процесс производства смесевых топлив значительно проще, чем баллиститных. Температура их вспышки также выше (250–300 °C). Горение происходит устойчиво. Много лет смесевое топливо может храниться, не изменяя своих свойств. В печати появились сообщения, что сейчас уже удается получать заряды такого топлива диаметром до 2 м и весом в несколько тонн.

В процессе работы двигателя продукты горения истекают через выходное сопла, причем скорость горения заряда топлива зависит от его конфигурации, начальной температуры, давления в камере.