RP-1
LOX/kerosene | |
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Isp at sea level | 220–265 s |
Isp in vacuum | 292–309 s |
Oxidizer-to-fuel ratio | 2.56 |
Density (g/mL) | 0.81–1.02 |
Heat capacity ratio | 1.24 |
Verbrennungstemperatur | 3.670 K |
Chemisch gesehen ist ein Kohlenwasserstofftreibstoff weniger effizient als Wasserstoffkraftstoff, da Wasserstoff während der Verbrennung mehr Energie pro Masseneinheit freisetzt und eine höhere Abgasgeschwindigkeit ermöglicht. Dies ist zum Teil auf die hohe Masse der Kohlenstoffatome im Verhältnis zu den Wasserstoffatomen zurückzuführen. Kohlenwasserstoffmotoren werden typischerweise auch kraftstoffreich betrieben, wodurch infolge unvollständiger Verbrennung etwas CO anstelle von CO2 erzeugt wird, obwohl dies nicht nur für Kohlenwasserstoffmotoren gilt, da Wasserstoffmotoren typischerweise auch kraftstoffreich betrieben werden, um die beste Gesamtleistung zu erzielen. Einige russische Motoren betreiben ihre Turbopumpen-Vorbrenner sauerstoffreich, aber die Hauptbrennkammer ist immer noch kraftstoffreich. Insgesamt erzeugen Kerosinmotoren einen Isp im Bereich von 270 bis 360 Sekunden, während Wasserstoffmotoren 370 bis 465 Sekunden erreichen.
Während der Motorabschaltung geht der Kraftstofffluss schnell auf Null, während der Motor noch ziemlich heiß ist. Rest- und eingeschlossener Brennstoff kann an heißen Stellen oder in heißen Bauteilen polymerisieren oder sogar verkohlen. Selbst ohne Hot Spots können Schwerkraftstoffe Erdölrückstände bilden, wie sie in Benzin-, Diesel- oder Düsentreibstofftanks zu sehen sind, die seit Jahren im Einsatz sind. Raketentriebwerke haben Zykluslebensdauern, die in Minuten oder sogar Sekunden gemessen werden, wodurch wirklich starke Ablagerungen verhindert werden. Raketen reagieren jedoch viel empfindlicher auf eine Ablagerung, wie oben beschrieben. Daher führen Kerosinsysteme im Allgemeinen zu mehr Abrissen und Überholungen, was zu Betriebs- und Arbeitskosten führt. Dies ist sowohl für Verbrauchsmotoren als auch für wiederverwendbare ein Problem, da die Motoren vor dem Start einige Male vom Boden abgefeuert werden müssen. Auch Cold-Flow-Tests, bei denen die Treibmittel nicht gezündet werden, können Rückstände hinterlassen.
Auf der Oberseite, unterhalb eines Kammerdrucks von etwa 1.000 psi (7 MPa), kann Kerosin Rußablagerungen auf der Innenseite der Düse und der Kammerauskleidung erzeugen. Diese wirkt als signifikante Isolationsschicht und kann den Wärmefluss in die Wand um etwa den Faktor zwei reduzieren. Die meisten modernen Kohlenwasserstoffmotoren laufen jedoch über diesem Druck, daher ist dies für die meisten Motoren kein signifikanter Effekt.Neuere Motoren mit schweren Kohlenwasserstoffen haben Komponenten und neue Betriebszyklen modifiziert, um Kraftstoffreste besser zu verwalten, eine allmählichere Abklingzeit zu erreichen oder beides. Dies lässt immer noch das Problem der nicht dissoziierten Erdölrückstände. Andere neue Motoren haben versucht, das Problem vollständig zu umgehen, indem sie auf leichte Kohlenwasserstoffe wie Methan oder Propangas umgestellt haben. Beide sind flüchtige Stoffe, so dass Motorreste einfach verdampfen. Falls erforderlich, können Lösungsmittel oder andere Abführmittel durch den Motor laufen gelassen werden, um die Dispersion zu beenden. Das kurzkettige Kohlenstoffgerüst von Propan (ein C3-Molekül) ist sehr schwer zu brechen; Methan mit einem einzigen Kohlenstoffatom (C1) ist technisch gesehen überhaupt keine Kette. Die Abbauprodukte beider Moleküle sind ebenfalls Gase, mit weniger Problemen aufgrund der Phasentrennung und einer viel geringeren Wahrscheinlichkeit der Polymerisation und Ablagerung. Methan (und in geringerem Maße Propan) führt jedoch wieder zu Unannehmlichkeiten bei der Handhabung, die Kerosin in erster Linie veranlassten.
Der niedrige Dampfdruck von Kerosin gibt Sicherheit für das Bodenpersonal. Im Flug benötigt der Kerosintank jedoch ein separates Druckbeaufschlagungssystem, um das Kraftstoffvolumen beim Ablassen zu ersetzen. Im Allgemeinen ist dies ein separater Tank mit flüssigem oder Hochdruck-Inertgas, wie Stickstoff oder Helium. Dies verursacht zusätzliche Kosten und Gewicht. Kryogene oder flüchtige Treibmittel benötigen im Allgemeinen kein separates Druckmittel; Stattdessen wird etwas Treibmittel (oft mit Motorwärme) zu Gas niedriger Dichte expandiert und zurück in seinen Tank geleitet. Einige leichtflüchtige Treibmitteldesigns benötigen nicht einmal den Gaskreislauf; Ein Teil der Flüssigkeit verdampft automatisch, um ihren eigenen Behälter zu füllen. Einige Raketen verwenden Gas aus einem Gasgenerator, um den Kraftstofftank unter Druck zu setzen. Obwohl dies das Gewicht eines separaten Gassystems spart, muss der Kreislauf jetzt ein heißes, reaktives Gas anstelle eines kühlen, inerten Gases handhaben.Ungeachtet der chemischen Einschränkungen hat RP-1 aufgrund der sehr geringen Größe der Trägerraketenindustrie im Vergleich zu anderen Erdölverbrauchern Lieferbeschränkungen. Während der Materialpreis eines solchen hochraffinierten Kohlenwasserstoffs immer noch geringer ist als bei vielen anderen Raketentreibstoffen, ist die Anzahl der RP-1-Lieferanten begrenzt. Einige Motoren haben versucht, mehr Standard zu verwenden, weit verbreitete Erdölprodukte wie Düsentreibstoff oder sogar Diesel. Durch die Verwendung alternativer oder ergänzender Motorkühlmethoden können einige Motoren die nicht optimalen Formulierungen tolerieren.
Jeder Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis verursacht bei der Verbrennung mehr Luftverschmutzung als Wasserstoff allein. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffemissionen (HC) und Stickoxide (NOx), während Wasserstoff (H2) mit Sauerstoff (O2) reagiert, um nur Wasser (H2O) zu erzeugen, wobei auch etwas nicht umgesetztes H2 freigesetzt wird.