ロケットの液体燃料の成分を教えて
液体燃料ロケット 燃料
液体水素 (LH2)
エタノール水溶液
ケロシン
ヒドラジン
モノメチルヒドラジン (MMH)
非対称ジメチルヒドラジン (UDMH)
エアロジン-50（MMHとUDMHを50:50の比率で混合したもの）
酸化剤
液体酸素 (LOX)
過酸化水素
硝酸
発煙硝酸 (WFNA)
四酸化二窒素
赤煙硝酸 (RFNA)
これらの燃料と酸化剤とを適宜組み合わせて使用するが、性能や取り扱いの上から、あるいはノウハウや経験の蓄積、といった点から、現在の主要な液体ロケットの多くは以下の3種の組み合わせである。
赤煙硝酸 赤煙硝酸には四酸化二窒素が溶けているため、空気中では赤い色の煙を発生する。この煙の色は四酸化二窒素から生じた二酸化窒素によるものである。溶けこんだ四酸化二窒素の量によって無色から褐色までの色をなし、常温では液体である。常温で気体の四酸化二窒素を硝酸に溶かしこむことで液体の状態で保管可能となる。
赤煙硝酸は1960年代から発煙硝酸に代わる常温貯蔵が可能な液体酸化剤として非対称ジメチルヒドラジン等の燃料と組み合わせてロケットの推進剤として用いられるようになった。その配合はHNO3にN2O4を13%と3%の水H2Oである。酸化剤として液体酸素を用いるロケットと異なり、燃料と赤煙硝酸を混合するだけで発火するため、ロケットから点火系が必要無くなり、また総じて固体燃料と比べて比推力が大きいため、特に旧ソ連が設計した弾道ミサイルで多用されている。旧ソ連ではAK(Azotna Kislota:ロシア語で硝酸の意)の後ろに四酸化二窒素の量を示す数字をつけて表される。AK20の場合は硝酸80%に四酸化二窒素が20%溶けていることを示す。 AK20とAK27が存在し、添加物の差違によってAK20I、AK20F、AK20K、AK27I、AK27Pの区別がある。
硝酸による貯蔵タンクの腐食を防ぐため、通常は抑制剤と呼ばれる物質が添加されている。抑制剤が添加された赤煙硝酸は抑制赤煙硝酸(Inhibited Red Fuming Nitric Acid、IRFNA)と呼ばれる。抑制剤に使用される物質はフッ化水素など複数が存在するが、いくつかは機密となっている。
ロケットエンジン ロケットの効率を示す指標として比推力がある。これはガスの噴出速度を重力加速度で除算したもので、質量1kgの推進剤で1Nの推力をどれだけの時間持続できるかという意味を持つ。燃費と異なり、数値が大きいほど効率が良い。電気推進では比推力を重視しているため、推力が極端に小さい代わりに比推力が化学ロケットよりもはるかに大きい。
化学ロケットには固体燃料ロケット、液体燃料ロケット、ハイブリッドロケット等がある。固体燃料ロケットは構造が単純で小型化しやすく保存も容易だが、一度燃焼を始めると制御が難しいため、従来は小型のミサイルなどに用いられて来たが、近年は技術開発により大型のロケット/ミサイルでの使用例も多くなっている。液体燃料ロケットは制御は固体燃料ロケットに比べて容易いが、燃料の保存、打ち上げプロセスが複雑である。ハイブリッドロケットは両者の利点を併せ持つものとして研究されている。
ラプター (ロケットエンジン) ラプターはスペースX社のマックス・ボゾフによって2009年にAIAA商業乗員/貨物シンポジウムで初めて議論された。2011年4月の時点でスペースXは少人数のスタッフでラプター上段エンジンの作業を進めており、この時点では燃料もメタンではなく液体水素 (LH2) と液体酸素 (LOX) を使用する予定で、優先度も低かった。2012年3月、ラプター上段エンジンの開発が進行中であるとの報道がされたが詳細は公表されなかった。
2012年10月、スペースX社は公式に「マーリンで使用中のRP-1燃料を使用しないマーリン1シリーズのエンジンの数倍の強力なエンジン」というロケットエンジンの概念の作業を公表したが使用する燃料の仕様は不明だった。今後「1年から3年」で詳細が固まる意向でこれらの大型のエンジンを複数使用するNASAのスペース・ローンチ・システムに匹敵する低軌道に150 - 200メトリックトン (150,000 - 200,000 kg) を投入する特筆すべき打ち上げ能力を持つ次世代のスペースX社のロケットに搭載予定であるとされた。
2012年11月にCEOのイーロン・マスクはスペースX社の推進部門がメタン燃料ロケットエンジンを開発するという新たな方針を発表した。彼はエンジンの概念の識別名称がラプターであることとともに、エンジンはメタン燃料の設計になる見通しであり、メタンはスペースX社の火星植民化計画の燃料として選ばれる予定であると述べた。
BE-3 2013年1月、同社は新型の液体水素/液体酸素 (LH2/LOX) を推進剤とする極低温ロケットエンジンであるBE-3の開発を発表した。原型のエンジンは推力440 kN (100,000 lbf) で初期の燃焼室の試験は2013年2月半ばにNASAのステニス試験センターで実施を予定すると発表された。 燃焼室の試験は2013年に実施された。
2013年末にBE-3の実際の飛行を模した、惰性状態と"出力を下げた状態の実証、最大出力、長秒時、再着火を全て1回の試験シーケンスで実施"を伴う弾道飛行での全時間での燃焼試験は成功した。 NASAは試験の動画を公表した。
2013年12月以降、ブルーオリジンは海面高度に近い地上試験での試験に基づいて更新されたエンジンの仕様を発表した。これはエンジンが最大出力時に推力490 kN (110,000 lbf) を生み出す事を実証し、特定の打上げ機で必要かもしれない制御された垂直着陸のために25,000 lbf (110 kN) まで推力を下げる事に成功した。 2015年4月に最大出力の20%というより幅の広い出力調整最小推力89 kN (20,000 lbf) を含む試験を踏まえて最終的なエンジンの仕様が発表された。
F-1ロケットエンジン F-1の海面推力6.7MNというのは、ソビエト連邦のRD-170エンジンが現れるまで、液体燃料ロケットとしては世界で最も強力なものであった。RD-170は、外観的には4基のエンジンが集まっているように見えるが、実際には1台のターボポンプで燃料と酸化剤を4基の燃焼室とノズルに送り込むものである。全体を1基のエンジンとして見れば、かつて開発されたものの中では最も強力な液体燃料ロケットであるが、ポンプから燃焼室・ノズルを一つのまとまりとして見てみれば、実際に飛行したものとしてはF-1が依然として世界で最も強力な液体燃料ロケットである。また固体燃料ロケットも含めれば、海面推力1,400トン(13.8MN)のスペースシャトルの固体燃料補助ロケット(SRB)のような、さらに強力なものも存在する。
プラット&ホイットニー ロケットダインとダイネティクス(英語版)はスペースシャトルの引退後のNASAの次の有人打ち上げ機用の"advanced booster competition"にアポロ計画でのサターンVの1段目の動力である液体酸素/RP-1を推進剤とするF-1から派生したF-1Bを2基備える予定の"ピュリオス(英語版)"として知られるブースターの設計を備えたスペース・ローンチ・システムに参入した。2012年に低軌道へ150トン(t)、130 tのSLS Block IIを低軌道に投入可能でさらに20 t投入可能な双発のPyriosブースターがSLS Block II用に選択された。 2013年にF-1 エンジンを元にした改良型であるF-1Bエンジンは効率が改善され部品点数が減り費用対効果が高まったと報告された。 それぞれのF-1Bは海面高度で推力1,800,000 lbf (8.0 MN)を生み出し、初期のF-1エンジンの推力である1,550,000 lbf (6.9 MN)を上回る。
HOTOL エンジンは液体水素と液体酸素を推進剤とする設計だったが、大気圏内では超音速で空気を吸い込んで酸化剤として燃焼するので搭載する液体酸素の量を大幅に減らすことが期待できた。
通常のロケットの離陸重量の大半は推進剤だったのでHOTOLは通常の純粋なロケットよりも小型でDC-9/MD-80と同じくらいの機体に出来ると考えられた。しかしながら類似の製造技術で製造されたロケットと比較して大きな優位性が無く、実現には多くの資金が必要だった。
He 176 (航空機) He 176(Heinkel He 176)は、第二次大戦前夜の1939年6月20日にエーリッヒ・ヴァルシッツ(Erich Warsitz)の操縦により飛行に成功した世界初の有人液体燃料式ロケット飛行機。
高速飛行機の動力として1920年代から開発が行われていたロケットエンジンは、そのすべてが固体燃料を利用していた。1937年にヴァルター社のヘルムート・ヴァルターが液体燃料式ロケットエンジンの開発に成功。ハインケル社はこのエンジンを利用した試作機としてHe 176を開発した。
機体形状の特徴は、空気抵抗を減らし高速飛行を実現するため、コックピットは胴体と一体化した流線型の機体となっていた。ヒトラーはじめナチス・ドイツ高官の前での試験飛行も行われたが、期待された高速が出なかったことなどにより開発中止命令が出され、He 176は試作機として終わった。
アリアン 1段目と2段目が液体燃料ロケットで1段目にはアリアン5で使用されている現行のヴァルカンII、2段目にはアリアン5MEのために開発中だったヴィンチエンジンを搭載する極低温上段を使用する。固体燃料補助ロケットはヴェガCロケットと共用する予定。