Raketikütus – määratlus ja tüübid: tahke, vedel, gaasiline
Raketikütus tähendab rakettide kütust. See võib olla tahke, vedel või gaasiline. Enamik rakette on keemilised raketid, mida pannakse liikuma tulega. Enamik keemilisi rakette kasutab kahte raketikütust: kütust ja oksüdeerijat. Need kaks kemikaali on mõnikord segatud (monopropellandid) ja mõnikord hoitakse neid eraldi mahutites (bipropellandid).
Tahke raketikütus
Tahkes olekus kütus on segu kütuseainest (nt peenestatud alumiiniumipulbrist või orgaanilisest sideainest) ja oksüdeerijast (nt ammooniumperkloraat). Tahkekütus on tavaliselt vormitud tahke „massiivi” või südamikuga põleti sisuliselt.
- Eelised: lihtne ehitus, vastupidav hoiustamisel, suur algne tõukejõud ja töökindlus.
- Puudused: ei saa peaaegu peatada, reguleerida ega korduvalt süüdata; tavaliselt suurem tahkete jääkide ja saaste tootmine; mõnikord madalam spetsiifiline impuls (efektiivsus) võrreldes kõrgetasemeliste vedelkütustega.
Näiteks olid Space Shuttle'il tahkekütuse kanderaketid, mille kütusena kasutati alumiiniumpulbrit ja oksüdeerijana ammooniumperkloraati.
Vedel raketikütus
Vedelatel kütustel on tihti kaks eraldiseisvat komponenti — kütus ja oksüdeerija — mis segunevad mootoris põlemiseks. Vedelad süsteemid võimaldavad mootorite juhtimist, tahhustamist ja mitu süütamist.
- Tüübid: kerosiinipõhised (nt RP-1) koos vedela hapnikuga (LOX) on levinud (suured kanderaketid); vedel vesinik koos LOX-iga annab väga kõrge spetsiifilise impulsi (näiteks vesinikku ja hapnikku kasutasid Space Shuttle'i peamootorid).
- Hüppergoonid: teatud vedelkütused ja oksüdeerijad süttivad kokkupuutel iseenesest (nt hüdraziin + lämmastikdioksiid), neid kasutatakse sageli kosmoses süsteemides, kus lihtne käivitumine on kriitiline.
- Eelised: võimalik reguleerida ja lõpetada põlemine, kõrgem jõudlus, mootorite taaskäivitusvõime.
- Puudused: keerulisem seadmete ja tankide eest hoolitsemine; mõned vedelkütused (nt vedel vesinik, LOX) on kriogeensed ning nõuavad erivarustust ja isolatsiooni; toksilisus võib olla probleem.
Gaasiline raketikütus
Gaasilisi kütuseid kasutatakse peamiselt madala jõu manöövri- või mudelirakettides ning külmgaasi tõukejõusüsteemides. Sellised süsteemid kasutavad sageli inertset gaasi (näiteks lämmastikku) või suruõhku.
- Eelised: lihtne konstruktsioon, ohutu kasutada ja ladustada, hea väikeste manöövrite ja juhtimise jaoks (kosmoseaparaadi pööramine).
- Puudused: väga madal tõukejõud ja efektiivsus võrreldes kemikaalipõhiste raketimootoritega.
Mänguvee rakett kasutab raketikütusena gaasi, näiteks suruõhku.
Hübriid- ja monopropellandid
Lisaks tahkele, vedelale ja gaasile on olemas ka hübriidkütused (tahke kütus + vedel oksüdeerija või vastupidi) ning monopropellandid (üks komponent, mis dekomponeerub ja eraldab gaase katalüsaatori kaudu). Hübriidid pakuvad mõningaid tahkekütuste lihtsuse eeliseid koos vedelkütuste reguleeritavusega, monopropellandid on lihtsad ja töökindlad väiksemates rakendustes.
Valikukriteeriumid ja jõudlus
Kütuse sobivust määravad mitmed tegurid:
- Spetsiifiline impuls (Isp): näitab kütuse efektiivsust — kõrgem Isp tähendab paremat tõhusust.
- Tõukejõu-suhtarv: kui kiiresti ja kui palju tõukejõudu mootori massi kohta tekib.
- Tihedus ja mahuti-eripära: tihedam kütus võimaldab väiksemaid tankimahte, kriogeensed kütused vajavad lisasüsteeme.
- Ohutus, toksilisus ja keskkonnamõju: Perkloraadid, hüdraziin ja teised ained võivad olla ohtlikud nii inimestele kui keskkonnale.
- Kulu ja tehnoloogiline keerukus: mõnikord valitakse odavam ja lihtsam kütus, kui missioon seda nõuab.
Ohutus ja keskkonnaküsimused
Raketikütuste käitlemisel tuleb tähelepanu pöörata nii inimohutusele kui keskkonnamõjule. Ammooniumperkloraadi ja teiste perkloraatide jäägid võivad saastada pinnast ja põhjavett; hüdraziini-laadsed ühendid on tugevalt toksilised; kriogeensete vedelikega töötamisel on külmakahjustuste ja plahvatusoht olemas. Tootmisel ja kasutamisel järgitakse ranget töökaitset ja keskkonnakontrolli ning rakendatakse õigeid neutraliseerimis- ja jäätmekäitluse meetodeid.
Kokkuvõttes valitakse raketikütus vastavalt missiooni nõuetele: kas on vaja suurt algtõukejõudu, kõrget efektiivsust, reguleeritavust, lihtsat hoiustamist või madalat mürgistust. Iga tüüp — tahke, vedel või gaasiline — omab oma eeliseid ja piiranguid, mis määravad selle sobivuse konkreetse raketi või kosmoseaparaadi jaoks.
Küsimused ja vastused
K: Mis on raketikütus?
V: Raketikütus on rakettide kütus.
K: Millises vormis võib raketikütus olla?
V: Raketi raketikütus võib olla tahke, vedel või gaasiline.
K: Millega pannakse enamik rakette liikuma?
V: Enamik rakette pannakse liikuma tulega.
K: Milliseid kahte kemikaali kasutab enamik keemilisi rakette raketikütusena?
V: Kaks kemikaali, mida enamik keemilisi rakette kasutab raketikütusena, on kütus ja oksüdeerija.
K: Kas kütus ja oksüdeerija on keemilistes rakettides mõnikord omavahel segatud?
V: Mõnikord segatakse keemiliste rakettide kütus ja oksüdeerija omavahel.
K: Millest koosnesid kosmosesüstiku tahke kütuse tõukeelemendid?
V: Space Shuttle'i tahkekütuse tõukejõude valmistati pulbrilisest alumiiniumist kui kütusest ja ammooniumperkloraadist kui oksüdeerijast.
K: Millest said Space Shuttle'i peamootorid kütust?
V: Space Shuttle'i peamootorite kütusena kasutati vedelat vesinikku ja oksüdeerijana vedelat hapnikku.
