一 : 火箭发射的主要燃料是什么？火箭在发射时的主要燃料是什么？发展的前
火箭发射的主要燃料是什么？
在发射时的主要燃料是什么？发展的前景如何？
发射卫星的火箭燃料要体积小，重量轻，但发出的热量要大，这样才能减轻火箭的重量，使卫星快速地送上轨道。液体燃料放出的能量大，产生的推力也大；而且这种燃料比较容易控制，燃烧时间较长，因此，发射卫星的火箭大都采用液体燃料。
液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机。氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化，蒸发，混合和燃烧等过成生成燃烧产物，以高速（25O0一5000米／秒）从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达2O0大气压（约20OMPa）、温度300O～400O℃，故需要冷却。推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂。按输送方式不同，有挤压式（气压式）和泵压式2类供应系统。挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后（氧化剂、燃烧剂的流量是*减压器调定的压力控制）进入氧化剂、燃烧剂贮箱，将其分别挤压到燃烧室中。挤压式供应系统只用于小推力发动机。大推力发动机则用泵压式供应系统，这种系统是用液压泵输送推进剂。发动机控制系统的功用是对发动机的工作程序和工作参数进行调节和控制。工作程序包括发动机起动、工作。关机3个阶段，这一过程是按预定程序自动进行的。工作参数主要指推力大小、推进剂的混合比。液体火箭发动机的优点是比冲高（25O～5OO秒），推力范围大（单台推力在1克力～700吨力）、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。
液体火箭的推进剂，其中比较常用的有：四氧化二氮-肼类（偏二甲肼，一甲基肼，肼），液氧-煤油，液氢-液氧等。;四氧化二氮-肼类推进剂被广泛使用，特点是可存储，并且四氧化二氮和肼接触后可以自燃，可*性高。四氧化二氮-肼类最早用于战略导弹，后来也用于航天的运载火箭。苏联的SS-7，现役的SS-18，SS-19，美国的大力神，中国的长征1，2，3型火箭，俄罗斯的质子火箭，阿利亚娜1，2，3，4型火箭都在下面级使用了四氧化二氮-肼类推进剂。;四氧化二氮-肼类的比冲还可以，约230秒左右，各国新一代的运载火箭都不再使用。四氧化二氮是强氧化剂，偏二甲肼是强还原剂，它们的分子一经接触就会发生剧烈的化学反应，放热而着火燃烧。燃料虽具有良好的比冲性能(Isp约300s)和自燃特性，但它们的毒性较高。
谈先进的液氧(煤油)火箭发动机张贵田，航天技术是现代科学技术中发展最快的尖端技术之一，是1个国家科学技术水平和国民经济实力的综合反映，是1个国家科学技术水平的重要标志，亦是综合国力的象征。航天技术高度综合集中了许多基础科学和新技术，如数学、近代力学、自动控制、电子计算机、真空与低温技术等，它的发展促进了1大批基础科学和现代技术的发展，如新材料、空间物理、航天医学、生命科学等。航天技术的发展、宇宙环境的应用导致了一系列出乎意料的技术革新。当今，一些发达国家正在以大空间概念设计国民经济未来发展的蓝图，把航天技术产业作为未来发展的1个战略重点，认为它是发展各类高新技术产业的领头技术，它能带动1大批高新技术产业其它基础产业的发展，推动和促进新工艺、新材料、新能源等技术的进步，航天技术对国民经济的发展将起到“加速器”和“倍增器”的作用。
航天科技工业的发展对推动解决我国面临的人口与资源、环境与灾害、通信与交通、教育与文化等重大社会问题起到了其它任何技术和产品不可替代的作用。同时，航天技术对国家的国防建设具有极其重要的意义，这一点已得到共识。目前战略战术导弹、卫星导航定位、军事测绘侦察、作战指挥和通信等方面广泛应用于国防建设，并取得了显著效果。宇宙空间是现代军事竟争的制高点，航天技术与防御技术已很难分开，这在战略威慑和现代化战争中表现得尤为显著。
航天技术能够产生巨大社会效益和经济效益的主要途径是通过应用卫星来实现的，而运载火箭扮演着极其重要的角色。在近40年的发展中，我国航天科技工业依*自己的力量，研制成功了长征系列运载火箭，达到了全型谱的运载能力，并已成功将我国自行研制的通信、返回式遥感、气象等应用卫星送到静止、近地和太阳同步等不同的轨道，而且先后成功地为西德、澳大利亚、瑞典、法国、美国等国家发射卫星或其它有效载荷。我国的长征火箭成为世界发射市场的主要运载工具之一，昂首阔步地进行国际商业发射市场，使中国航天在国际航天界占有一席之地，并享有较高声誉，显示了社会主义中国的综合实力。
虽然我国航天技术取得了巨大的成就，引起了世人的瞩目，但是应该清醒地认识到我们的不足。目前，我国现有的长征系列运载火箭是在战略武器的基础上演变延用而来的，其推进剂(偏二甲肼／四氧化二氮)毒性大、污染严重、价格高、性能低，其不足是很明显的。美国、法国、前苏联等航天大国对于推进剂的毒性和污染问题高度重视。美国从1970年就禁止在本土上生产偏二甲肼，法国阿里安火箭所用的偏二甲肼一直从苏联购买，而且不在本土上发射(在法属圭亚那库鲁航天发射中心发射)；原苏联解体之前曾下令禁止使用偏二甲肼。随着全世界对环境保护的日益重视，很可能在不久的将来全世界禁止生产使用偏二甲肼作为火箭推进剂。因为偏二甲肼毒性较大，损害人体的肝脏。尤其是四氧化二氮／偏二甲肼的燃烧产物，对人体损害更大，并较为严重地污染环境。从事使用该种推进剂发动机试验的工作人员中60%有不同程度的肝病，普遍转氨酶高。由于组织火箭发射时,由于N2O4泄漏已引起几次伤亡事故，后果比较严重。
长征运载火箭是当今世界可*性、技术稳定性最好的运载火箭之一，但是近几年来，长征火箭发射时有失利，并造成了不同程度的人员伤亡，其推进剂毒性大和污染严重问题已引起了我国各级领导的高度重视，也增加了参试人员的恐惧感。虽然发射失利未引起十分严重的后果，但参试人员“死里逃生”、“后怕”的感觉仍然十分强烈。这给组织发射带来了一定的困难。同时，由于推进剂价格偏高增加发射成本，进而使得长征火箭在国际发射市场中价格竞争力不甚明显，也是1个比较突出的问题。如何提高运载火箭可*性，降低发射成本，增强竞争力，是加速我国运载火箭产业化进程的关键所在。
要想有先进的运载火箭，首先必须要有先进的动力系统——火箭发动机。火箭发动机是运载火箭的心脏，它的先进性突出表现在低成本、无污染、高可*、高性能、使用安全、操作方便。液氧/煤油火箭发动机作为运载动力装置的优越性在于:一是煤油作为常温推进剂，使用极为方便，安全性好，而甲烷、丙烷、液氢为低温推进剂，不好贮存，运输、加注和操作都不方便，泄漏后易起火爆炸，特别是液氢很容易泄漏。二是煤油价格便宜，每千克煤油的价格只有液氢的1/100和偏二甲肼的1/30，可以较大幅度地降低发动机的研制成本和运载火箭的发射费用。发射一颗20T低轨道的有效载荷，如用液氢/液氧和四氧化二氮/偏二甲肼组成的二级半方案推进剂费需3000万元，而用全液氧/煤油方案只需推进剂费100万元。三是液氧/煤油组合密度比冲高，是理想的下面级(助推级和芯一级)发动机，稍作改进之后亦可作为比较理想的上面级发动机。四是我国煤油资源丰富，贮量极大，可满足长远的需要。
我国克拉玛依油田开采的煤油是低凝点环烷基中质原油，完全符合火箭推进剂用煤油标准，现已查明贮量在5亿吨以上，按每年200万吨开采量计算，可连续开采50年以上，同时我国黑虎山、辽河、胜利等油田符合要求的原油贮量也是丰富的。经各种研究试验和两次液氧/煤油发动机热试车的成功，充分说明了国产煤油能完全满足使用要求。五是使用液氧/煤油发动机可完全消除四氧化二氮/偏二甲肼有毒且污染环境的严重不足。六是液氧/煤油发动机可实现运载火箭模块化积木式设计，可用不同组合完成不同载荷的发射任务，能形成我国新一代运载火箭系列。上述诸优点体现了先进动力系统的要求和研制方向。经过近10年关于大型运载火箭和天地往返运输系统动力系统的技术论证、研究及关键技术攻关，国家决定研制液氧/煤油高压补燃发动机，并已列入“863”计划。这无疑是提高我国航天技术水平的重大举措，更是加速我国运载火箭产业化进程的英明之举
四氧化二氮
四氧化二氮，分子式为N2O4，无色的气体，强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。剧毒，且有腐蚀性。易分解为二氧化氮为红棕色的气体，具有神经麻醉的毒性。
基本资料
四氧化二氮（分子式：N2O4）
[英]Nitrogen Dioxide
[别]四氧化氮
[缩]SYHE
氮和氧的化合物，具有强烈氧化性，常被用于作为火箭推进剂组分中的氧化剂。
【性质】 N2O4是由二氧化氮叠合而成。其固体和液体及气体均无色。随着温度升高,二氧化氮增多,颜色加深,由褐色到赤红色。在大气压下,N2O4的沸点为21.2℃,熔点-11.2℃。液体N2O4的密度在-10℃时为1.512kg/m3。由于N2O4的分子成对称结构,故较为稳定。溶于水、二硫化碳等。但其与水只是有限的互溶。0℃时,有含量为47%和98%(质量)的两层液体,掺和的临界温度为67℃,此时不再分层,液体中N2O4的含量为89%(质量)。易与水反应生成等摩尔硝酸和亚硝酸混合物。当温度升高,亚硝酸分解为硝酸和氧化氮。是强氧化剂。其与氨混合,在低温下发生爆炸。N2O4与许多有机溶剂如酯、醚、酮、腈形成分子加合物。液体N2O4腐蚀某些金属(碱金属、碱土金属、锌、镉和汞等),生成金属盐,放出一氧化氮。
【火灾危险】
不会燃烧, 但有助燃性, 具强氧化性, 如接触碳, 磷和硫有助燃作用
【处置方法】
干砂, 二氧化碳, 不可用水(遇水生成硝酸和亚硝酸, 腐蚀性更强
物理外观
四氧化二氮剧毒，且有腐蚀性。其分子量为92.011，冰点-11.23°C，沸点21.5°C，蒸汽压96kPa（20°C时）。纯四氧化二氮是无色的，但通常见到的制成品是黄褐色高密度液体，这是由于其中混有二氧化氮。
编辑本段分子结构
分子结构 N原子以sp2杂化轨道成键，分子为平面形分子。
N2O4可以有2个二氧化氮分子化合而成。二氧化氮分子的中心原子N的2s电子中有1个被激发到Pz轨道，再采取sp2杂化，分别与2个氧原子（采取sp杂化）形成1个σ键；氮的Pz轨道中的2个电子和2个氧原子的Pz轨道中的1个电子形成三原子四电子π键；每2个二氧化氮分子中的氮原子的未成键的sp2杂化轨道重叠，形成σ键，从而形成1个N2O4分子。综上所述，每个N2O4分子中存在五个σ键，两个三原子四电子π键形成的一个六原子八电子的大π键，分子的形状与乙烯类似。
化学性质
四氧化二氮与二氧化氮按下面的方程式相互转化：
N2O4 ==2NO2 （可逆）
当温度升高时，反应向生成二氧化氮的方向进行；所以实际上四氧化二氮成品都是与二氧化氮的平衡态混合物。四氧化二氮与水反应生成硝酸和亚硝酸：
N2O4 + H2O ==HNO2 + HNO3
工业上制取四氧化二氮的方法是氨的催化氧化。
主要用途
液态四氧化二氮的密度为1443kg/m³，能与许多燃料自燃，是1种优良的氧化剂。但它的液态温度范围很窄，极易凝固和蒸发。常温下的四氧化二氮处于不断汽化的状态之中。悬浮于空气中的四氧化二氮减压立刻分解为二氧化氮气体。二氧化氮气体为棕红色，有神经麻醉性毒性。
四氧化二氮是最重要的火箭推进剂之一。因为比较容易保持在液态，它主要用于组成可贮存液体推进剂。四氧化二氮在早期的液体燃料洲际导弹（洲际导弹必须能够随时发射，其推进剂要求可以长期贮存而不是临时加注）中被广泛应用，如美国的大力神式洲际导弹。四氧化二氮可以与许多火箭燃料组成双组元自燃推进剂：四氧化二氮/混肼、四氧化二氮/偏二甲肼、四氧化二氮/一甲基肼等。最常见的组合是四氧化二氮/偏二甲肼，苏联的质子号运载火箭和中国的长征二号运载火箭应用的就是这种组合。美国大力神-3运载火箭采用的是四氧化二氮/混肼50
用作制造硝酸、无水金属盐和硝基配位络合物的原料。在有机化学中用作氧化剂、硝化剂和丙烯酸酯聚合的抑制剂。在军事工业中,用作制取炸药。
纯N2O4无色，在常温下部分离解为NO2，为红棕色液体。沸点21.15℃。凝固点-11.23℃。密度(20℃)1.446g/cm3。属强氧化剂，与胺、肼等接触能自燃。从直接合成法生产浓硝酸的流程中取得气体NO2，进行冷凝和蒸馏后制得液体N2O4。为最常用的可贮存氧化剂之一，常与肼类燃料组成双组元液体推进剂，用于发射通讯卫星、战略导弹等的运载火箭中。
偏二甲肼和四氧化二氮反应方程:C2H8N2 + 2N2O4=2CO2 + 4H2O + 3N2
二 : 纪念罗伯特·戈达德发明液态燃料火箭100周年
1903年，怀特兄弟驾驶世界上第一架飞机飞越了美国北卡罗来纳州。尔后，其他的科学家和发明家也驾驶飞机作了飞行试验。但是，罗伯特·戈达德远远超越了时代，他要打造与飞机不同的飞行器，并将其早期的两种设计称之为“火箭”。
1914 年时，罗伯特戈达德申请的第一个技术专利是多级火箭技术，作为现代火箭推进之父，他的两项专利非常重要，第一个是液体燃料火箭，第二个就是多级火箭。罗伯特戈达德认为两者结合可将一定质量的载荷送入地球轨道，多级火箭在发射后通过逐级分离实现质量降低，并抵达更高的高度。1914年7月14日，戈达德博士获得了液体燃料火箭专利，两年后他开创了液体火箭推进的数学模型。
有了理论指导，戈达德在新墨西哥州罗斯维尔西北15英里开始了火箭发射测试，有趣的是这里也是流传着著名的罗斯维尔飞碟事件。测试中，戈达德还使用了新发明的陀螺仪，这是火箭上一个关键的设备，可用于稳定火箭箭体。1925年，他设计并试射了世界上第一枚用软体化学燃料作动力的火箭；1926年，又成功地试射了世界上第一枚用液体化学燃料作动力的火箭。戈达德博士的理论证明了火箭可以在真空中工作，不需要类似于飞机那样依赖空气动力飞行，这个理论是阿波罗登月的重要基础。
1929 年的测试中进行了一次有效载荷飞行，到了1932年，火箭发动机与制导技术有了进一步提升，多级火箭开始进入发展期，1937年后陀螺仪开始在火箭发射上展现出更重要的地位，现代多级火箭雏形逐渐出现。
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三 : 发射“天宫一号”的运载火箭使用了什么燃料？
2011年9月29日，我国第1个空间实验室“天宫一号”在酒泉卫星发射中心发射成功。这是中国航天取得的又一项重大科研成果，同时也标志着中国航天已经从神舟系列飞船那样单纯的飞行试验逐步开始转向太空环境科研和探索活动，航天事业也将真正开始为生产生活造福。
这次“天宫一号”发射，究竟用的什么燃料呢？
要知道燃料，其实从发射的画面中我们已经可以推断出一二了。
“天宫一号”发射
这次火箭发射的时候是在夜间，可惜没能看清楚点火之前喷出的烟雾。不过考虑到新浪网上一条新闻中提到：此次任务使用的运载火箭型号为CZ-2F的改进型，它的技术主要继承自发射CZ-2F系列运载火箭。在原来的基础上可以增加70---80吨的同类燃料和氧化剂。并且改进了控制系统，加长了火箭头部的空间，以便容纳体积更大的“天宫一号”天空实验室。
这就好办了，我们可以看看CZ-2F发射的场面，办法嘛，只要找1个白天发射火箭的画面即可了。
“神舟五号”发射
从这张“神舟”飞船发射升空的画面，我们可以看到发射现场出现了大量的红棕色气体，这些气体的来历并不是点火产生，而是加注燃料完毕后，在起飞之前为了确保安全，将加注阀开启后释放的管道内残余燃料或者氧化剂。而释放出来是红棕色气体的火箭燃料/氧化剂只可能有1种：四氧化二氮。再结合常用的几种火箭燃料组合，我们可以很轻松的获知：这次发射使用的燃料应该和以往几次发射任务完全一样，采用了偏二甲肼（燃料）+四氧化二氮（氧化剂）的推进剂组合。
这2种燃料在常温下都是无色无味的液体。这些红色的气体之所以会出现在发射场，其实是因为管道中残余的四氧化二氮被释放到空气中后遇到常温立刻转变成了四价氮氧化物的另外1种更稳定的形式：红棕色的二氧化氮。中学化学应该都学过这个反应的。给那些都还在学初中化学的小兄弟们点儿方便，把这个反应的化学方程式写在这里（C2H8N2 + 4NO2=3N2 + 2CO2+4H2O）。四价氮素的氧化性极强，可以很容易的和偏二甲肼反应产生大量的热能，比冲非常高，很适合作为火箭燃料使用。
偏二甲肼又称偏二甲基联氨，英文缩写UDMH，是联氨的一侧2个氢原子被甲基替换的产物。这是上个世纪50年代西方国家通过使用二甲胺和氯胺（有时也用二甲胺和亚硝酸）进行化学反应制造成功的1种火箭燃料。研制成功后由于其比冲大，价格低的优势，很快取代了自40年代就被纳粹德国的V-2火箭作为燃料的液氧+酒精组合和50年代的双氧水+酒精组合，成为国际上主流的火箭燃料而被美国和前苏联2个航天大国广泛使用。当时，这种新型燃料也引起了中国人的关注。于是中国的化学工业界很快开始对这种燃料进行研发。1968年2月，中国科学家李俊贤改进了国外的气相氯胺法生产偏二甲肼的方法，使用液相法成功生产出了偏二甲肼并探索出了将其工业化大量生产的具体工艺。从此这种燃料被中国航天广泛采用。（后续的新闻报道已证实，此次发射的燃料确系偏二甲肼，由安徽省淮南市的某化工企业生产）
2000年左右的一次发射，型号为长征四号，熟悉的红棕色烟雾已经明白无误的告诉我们，这次火箭使用的燃料是偏二甲肼+四氧化二氮的组合
当然也有例外的，比如长征三号火箭的第一级就是以液态氢和液态氧为燃料的，发动机为YF-75。发射时很明显的没有红色烟雾，而且尾焰的颜色也比较淡。这是1994年的一次发射，型号为长征三号。
1984年国庆阅兵展示的东-5洲际导弹。这是我国第1种洲际导弹，它的燃料就是偏二甲肼+四氧化二氮的组合。采用YF-20发动机。
从60---90年代，世界上的主要航天大国都把偏二甲肼作为运载火箭燃料，一些型号的液体燃料洲际导弹也使用偏二甲肼
比起液氢液氧燃料来说，偏二甲肼燃料的优势非常明显：价格非常低廉。而且比起液氢来，偏二甲肼的储存条件可以很低，因为这种燃料常温下呈液态，所以常温保存就可以。所以，中国航天工业陆续研发了多种型号的偏二甲肼-四氧化二氮燃料的火箭推进器，其中，执行了发射“神舟”飞船和“天宫”系列的长征二号火箭都采用了相同的1种发动机：YF-20型75吨大推力发动机。这是60年代中国科研人员为远程导弹研制的偏二甲肼-四氧化二氮火箭发动机。经过不断的改进，YF-20系列发动机的改进型仍在发挥重要作用。比如用于发射“神舟”飞船，被赞誉为“神箭”的长征-2F运载火箭的第一级发动机是DaFY6-2，四级并联使用作为芯一级火箭的动力装置来达到更大推力，第二级发动机是DaFY20，这2种发动机都是YF-20的改进型。“长征”系列中只有少数几个型号的一级火箭发动机使用了液氧液氢燃料，如长征三号一级的YF-73推进器。还有就是还处于研发阶段的长征-五大推力运载火箭也将采用液氧液氢燃料。
和航天领域30多年来突飞猛进的成绩不相适应的是，我国火箭发动机的技术一直以来并没有特别大的技术突破。YF-100和YF-772种大型液氧液氢燃料发动机一直没有进入实用阶段，这也是为什么老迈的YF-20系列发动机仍在坚守岗位的重要原因。使用这样技术成熟，性能可靠的YF-20，可以极大的简化火箭的设计工作，也提高了火箭的可靠性，有利于更加容易的完成发射任务。
火箭发射前，正在操纵燃料泵为火箭加注偏二甲肼的操作人员，可以看到他的全身都被极其严密的防护起来，以避免这种有毒有害的燃料对身体造成伤害。
然而，偏二甲肼燃料的弱点也是非常突出的。那就是毒性非常大。偏二甲肼很容易被皮肤吸收，有强烈的致癌性，可能对接触者的肝脏功能造成不可逆转的损伤。所以加注燃料之前，加注者都必须做好全身防护以免对身体健康造成损害。此外，偏二甲肼的生产和使用都会造成严重的环境污染问题，目前国际上尚未有解决这种污染的良好方案。
于是，80年代之后，各主要航天大国都开始淘汰落后的偏二甲肼+四氧化二氮组合的火箭推进剂技术。1大批新型的航天发动机，如液氧煤油发动机，液氧液氢发动机，金属燃料发动机等纷纷投入使用，其中取得成就最大的就是液氧煤油和液氧液氢2种发动机，这2种发动机以燃料比冲大，技术先进，环保而著称。预计在新型火箭上，仍然打算采用这种发动机。而早期几种使用偏二甲肼推进剂的火箭，如欧洲早期的阿丽亚娜-1/2等已经被淘汰了。
目前，国际上航天发射中，运载火箭燃料的主流的发展趋势是更大的比冲，更低廉的价格和更环保的特性。现在的新型火箭已经都采用了新的燃料，偏二甲肼基本淘汰
我国是世界上唯一1个都还在使用偏二甲肼+四氧化二氮燃料组合作为运载火箭的燃料进行航天发射的国家
应该说，在“天宫一号”发射成功的欢庆时刻，说这种话的确有点泄气，毕竟中国的民众谁都不愿意看到寄托了我们自豪感的运载火箭是靠燃烧着有剧毒且污染环境的燃料上天的。那样和让科技服务人类的理念是相悖的。我们的运载火箭长期使用落后，有毒和不环保的燃料，也充分暴露了我们国家的科研存在着基础科学投入不足的弱点。为了保证成功率而一再的使用旧的发动机，也可以看出航天科研领域急功近利的思想很严重。
就目前的科技水平而言。航天发射是项需要国家长期的资金和科研投入的巨大工程项目（别去相信美国的猎鹰-9这样的神话，以为SpaceX的科研能力比整个中国的航天系统都强大。他们只是硅谷1个设计火箭的小公司而已，美国真正的航天发射系统还是NASA在拿着国家的巨额资金在搞，投入比中国大多了）。在保证稳定的同时，也真的需要不断的在各个环节做好文章，通过航天产业开发出大批的新的燃料，新的材料，新的软件，新的基础元件和新的控制系统，真真切切的把科研水平带动起来，造福整个工业体系乃至国民经济，而不是简单的发射几个火箭丰富电视机前的收视率。
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