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1低污染火箭推进剂的研究摘要火箭发射是空间技术的核心之一，作为动力源的火箭推进剂在导弹、卫星、飞船发射和武器装备现代化建设中占有重要的地位。偏二甲肼和四氧化二氮是目前最常用的液体火箭推进剂,在今后相当长的时间里仍要装备和使用。我国神舟系列飞船助推火箭加注的推进剂就是这一种推进剂,飞船返回舱返回时也带有残余推进剂。本文主要介绍了火箭推进剂对环境和人体的影响，并且将其目前的使用情况作了介绍，将更加清洁高效的新型推进剂与之进行了比较。火箭推进剂例如偏二甲肼是导弹、卫星、飞船等发射试验和运载火箭的主体燃料,其对自然环境的污染一直倍受重视。众所周知,火箭推进剂在向着对环境友好等方向发展，常规火箭推进剂的燃烧产物中含有大量的污染物,主要是氮氧化物,甚至有些推进剂还产生有毒的铍和氟化物，这些推进剂燃烧后的污染物处理技术存在着能耗高、安全系数低、二次污染物种类多、毒性大和运行成本高等缺点。所以我们认为环保的火箭推进剂是研制火箭推进剂的方向之一。在这里我们主要以四氧化二氮/偏二甲肼推进剂作为反面对照来研究。1火箭推进剂的毒性作用与引发的环境问题1.1火箭推进剂的毒性作用火箭推进剂的毒性作用见表1表1火箭推进剂的毒性作用［1］中毒类型机体损伤急性中毒氟类，硼氢类，肼类，硝酸及氮氧化物类，硝酸酯类等有毒推进剂高浓度中毒时可以发生急性中毒。症状有惊厥，昏迷，虚脱，紫绀以及中毒性水肿，中毒性肝损伤。慢性中毒肼，二甲苯胺可以引起中毒性肝炎，甲基肼引起慢性溶血性贫血，三硝基甲苯引起肝炎，皮炎，贫血及白内障。刺激及腐蚀作用氮氧化物，肼和偏二甲肼，有机胺等气体或蒸汽刺激眼及上呼吸道，引起慢性炎症。还可腐蚀皮肤和黏膜。致癌，致突变作用氮丙啶和亚硝基二甲肼（亚硝基还原法生产偏二甲肼的中间产物）是强致癌剂。在这一些推进剂中，自上世纪后期到现在最常用的一种火箭推进剂：四氧化二氮/偏二甲肼推进剂的毒性广为人知。氮氧化物主要损害呼吸道。吸入初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。常数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。但这只是短期的影响，长期的影响主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎证。个别病例出现肺纤维化。可引起牙齿酸蚀症。1.2火箭推进剂引发的环境问题a、危险特性：不燃烧，但可助燃。具有强氧化性，遇衣物、锯末、棉花或其它可燃物能立即燃烧。与一般燃料或火箭燃料以及氯代烃等猛烈反应引起爆炸。遇水有腐蚀性，腐蚀作用随水分含量增加而加剧。b、燃烧（分解）产物：氮氧化物。2c、对环境的影响：四氧化二氮等火箭助燃剂不完金燃烧产生的一氧化碳及剩余的燃料或氧化剂都是大气污染物。其中N₂O₄会部分分解为NO₂。NO₂等氮氧化物在紫外线的作用下能强烈地破坏臭氧层，破坏力不低于氟氯代烷。2几种火箭推进剂的性能分析、比较我们从推进剂的能量、燃烧产物和储存条件三个方面分析了一些化合物的性能,选出了两种性能较好、对环境污染较小、成本低廉的火箭推进剂：液氧/液氢、液氧/煤油推进剂。2.1推进剂的能量液氧/液氢、液氧/煤油推进剂与四氧化二氮/偏二甲肼推进剂的热力学计算结果见表1。表1几种推进剂的热力学计算结果［2］氧化剂还原剂比冲-1/9.8Nskg还原剂密度-3/cmg燃烧温度/k液氧液氢42500.073100液氧煤油32860.842400四氧化二氮偏二甲肼28220.7852700结果表明，以液氧/液氢、液氧/煤油为配方的能量不仅高于四氧化二氮/偏二甲肼推进剂,而且比冲还高于四氧化二氮/偏二甲肼推进剂,且密度与四氧化二氮/偏二甲肼推进剂相近。单从这些方面看来，液氧/液氢、液氧/煤油推进剂的优势并不明显，但由于其廉价易得,并具有其它优点,的确是优秀的火箭推进剂。2.2推进剂的燃烧产物液氧/液氢、液氧/煤油推进剂与四氧化二氮/偏二甲肼推进剂的燃烧产物见表2表2几种推进剂的燃烧产物推进剂状态挥发性挥发后分解产物燃烧产物毒性液氧/液氢液态易挥发无2HO无液氧/煤油液态易挥发无22HOCO、无四氧化二氮/偏二甲肼液态易挥发2NO22NNO、剧毒可以看出，四氧化二氮/偏二甲肼推进剂的污染程度之大与污染物的种类繁杂。2.3推进剂的储存条件液氧、液氢、煤油、四氧化二氮与偏二甲肼的储存条件见表3。表3液氧、液氢、煤油、四氧化二氮与偏二甲肼的储存条件种类液氧液氢煤油四氧化二氮偏二甲肼储存条件1.6MPa20.35K常温钢制储罐钢制储罐3在这里说明一点，液氢与液氧看似储存不便，但是火箭发射毕竟不是导弹发射，发射之前的准备工作繁忙一些，只要保证安全性，是没有问题的。但是四氧化二氮/偏二甲肼推进剂在发射前的加注危险性极高，对加注人员身体的伤害无法避免。3我国对低污染火箭推进剂的应用3.1YF-77火箭发动机［3］YF-77作为氢氧发动机，和其他常规发动机相比有以下特点：a、高能，液氧/液氢推进剂的比冲很高。b、零污染，推进剂燃烧产生的唯一物质是水，和推进剂一样都不是毒有害物质。d、大推力，是中国推力最大的氢氧火箭发动机。3.2YF-100火箭发动机［4］YF-100作为液氧煤油发动机，和其他常规发动机相比有以下特点：a、没有污染，液氧和煤油都是环保燃料，而且易于存贮和运输b、经济，推进剂比常规发动机的便宜60%c、可靠性高d、可重复使用e、推力大，YF-100是目前中国推力最大的液体推进剂发动机参考文献：［1］中国环境科学学会学术年会优秀论文集.中国环境科学出版社.2008.ISBN9787802097322,7802097320［2］世界航天运载器大全.宇航出版社.1996.ISBN7-8003-4758-3.［3］中国航天科技集团公司［4］中国航天科技集团公司第六研究院