《表1 化学元素与火箭主要推进剂[5]》

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《化学元素与航空航天》

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火箭发动机所需的燃料是另一类型的推进剂，一般以液态或固态形式存储在燃料容器里。火箭以氧化反应产生的流体喷射物产生推力作为飞行动力。火箭推进剂主要由燃料和氧化剂组成。表1总结了世界上主要的火箭推进剂的基本物理性质及其具体应用，主要涉及到C，H，O，F，N，Cl，Al，B等元素。火箭（含军事导弹）的推进剂，目前以肼类化合物及其衍生物和N2O4为主。中国的长征系列运载火箭主要采用肼类化合物和N2O4推进剂[8]。虽然肼类化合物和N2O4推进剂易于储存，但是2者都具有很强的生物毒性，这不仅会对发射场周围的环境造成威胁，而且对于宇宙空间环境也有安全隐患。此外上述燃料的发射成本也非常昂贵，因此要求各航天大国要从经济、环境等综合因素选择友好性的推进剂。液氢/液氧是非常环保的火箭推进剂，如中国的长征五号运载火箭的一二级主发动机均采用了液氢/液氧推进剂[7]，但是该推进剂价格昂贵，储存、运输、加注、发动机制造都要求更高。此外，甲烷是未来航天推进剂，具有来源广泛，价格低廉，容易空间储存等优点，这引起航天强国美国和俄罗斯的广泛关注。甲烷/液氧推进剂具有价格和储存优势，又有火箭发动机易于维护和控制的特点。航天的市场化，价格低廉是极大优势，因此Space X公司和NASA都将甲烷列入下一代推进剂优先发展方向[11]。此外，固体推进剂是导弹火箭的主要动力，主要由黏合剂（叠氮、硝酸酯类）、氧化剂和燃料添加剂（铝、铍）组成[22]。固体火箭推进剂工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复启动困难，从而不利于载人飞行。