हाइपरगोलिक प्रणोदक

एक हाइपरगोलिक प्रणोदक एक रॉकेट प्रणोदक संयोजन है जिसका उपयोग रॉकेट इंजन में किया जाता है, जिसके घटक एक दूसरे के संपर्क में आने पर स्वतःस्फूर्त दहन करते हैं।

दो प्रणोदक घटकों में आमतौर पर एक ईंधन और एक ऑक्सीकारक होता है। हाइपरगोलिक प्रणोदकों का मुख्य लाभ यह है कि उन्हें कमरे के तापमान पर तरल पदार्थ के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है और जो इंजन उनके द्वारा संचालित होते हैं वे आसानी से और बार-बार प्रज्वलित होते हैं। सामान्य हाइपरगोलिक प्रणोदकों को उनकी अत्यधिक विषाक्तता और/या संक्षारकता के कारण संभालना मुश्किल होता है।

समकालीन उपयोग में, हाइपरगोल और हाइपरगॉलिक प्रणोदक शब्द का अर्थ आमतौर पर सबसे आम प्रणोदक संयोजन होता है: डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड प्लस हाइड्राज़ीन।

इतिहास
1935 में, हेलमथ वाल्टर ने पाया कि 80-83% के उच्च-परीक्षण पेरोक्साइड के साथ हाइड्राज़ीन हाइड्रेट हाइपरगोलिक था। वह शायद इस घटना की खोज करने वाले पहले व्यक्ति थे, और उन्होंने एक ईंधन विकसित करने का काम शुरू किया। प्रो. ओटो लुत्ज़ ने सी पदार्थ़ के विकास में हेलमुथ वाल्टर सीमित भागीदारी की सहायता की जिसमें 30% हाइड्राज़ीन हाइड्रेट, 57% मेथनॉल और 13% पानी था, और उच्च शक्ति वाले हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ अनायास प्रज्वलित हो गया। बीएमडब्लू (BMW) ने ऐसे इंजन विकसित किए हैं जो एमाइन, जाइलीडाइन और एनिलिन के विभिन्न संयोजनों के साथ नाइट्रिक एसिड के हाइपरगोलिक मिश्रण को जलाते हैं।

1940 में GALCIT और नेवी अन्नापोलिस के शोधकर्ताओं द्वारा अमेरिका में दूसरी बार हाइपरगोलिक प्रणोदकों की स्वतंत्र रूप से खोज की गई थी। उन्होंने एनिलिन और लाल फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड (RFNA) द्वारा संचालित इंजन विकसित किए। रॉबर्ट गोडार्ड, प्रतिक्रिया मोटर्स, और कर्टिस-राइट ने 1940 के दशक की शुरुआत में छोटी मिसाइलों और जेट असिस्टेड टेक-ऑफ (JATO) के लिए एनिलिन/नाइट्रिक एसिड इंजन पर काम किया। इस परियोजना के परिणामस्वरूप कई मार्टिन पीबीएम मेरिनर और सफल असिस्टेड टेक ऑफ हुए। पीबीवाई बमवर्षक, लेकिन परियोजना को ईंधन और ऑक्सीडाइज़र दोनों के विषाक्त गुणों के साथ-साथ एनिलिन के उच्च ठंडक बिंदु के कारण नापसंद किया गया था। दूसरी समस्या को अंतत: एनिलिन में थोड़ी मात्रा में फुरफ्यूरिल अल्कोहल मिला कर हल किया गया।

जर्मनी में 1930 के दशक के मध्य से द्वितीय विश्व युद्ध तक, रॉकेट प्रणोदकों को मोटे तौर पर monergol, हाइपरगोल, गैर-हाइपरगोल और हाइब्रिड प्रणोदक रॉकेट के रूप में वर्गीकृत किया गया था। अंत एर्गोल ग्रीक भाषा के एर्गन या काम का एक संयोजन है, और लैटिन ओलियम या तेल, बाद में अल्कोहल (बहुविकल्पी) से रासायनिक प्रत्यय -ओल से प्रभावित है। मोनोर्गोल्स मोनोप्रोपेलेंट थे, जबकि गैर-हाइपरगोल्स बाइप्रोपेलेंट रॉकेट थे जिन्हें बाहरी प्रज्वलन की आवश्यकता थी, और लिथेरगोल्स ठोस/तरल संकर थे। हाइपरगोलिक प्रणोदक (या कम से कम हाइपरगोलिक इग्निशन) इलेक्ट्रिक या पायरोटेक्निक इग्निशन की तुलना में बहुत कम कठिन शुरुआत के लिए प्रवण थे। हाइपरगोल शब्दावली जर्मनी के ब्रंसविक तकनीकी विश्वविद्यालय में डॉ. वोल्फगैंग नोगरथ द्वारा गढ़ी गई थी। अब तक तैनात किया गया एकमात्र रॉकेट-चालित फाइटर मैसर्सचमिट मी 163 बी कोमेट था। कोमेट में HWK 109-509, एक रॉकेट मोटर थी जो ईंधन के रूप में मेथनॉल/हाइड्राज़ीन और ऑक्सीडाइज़र के रूप में उच्च परीक्षण पेरोक्साइड टी कपड़ा का उपभोग करती थी। हाइपरगोलिक रॉकेट मोटर में बहुत अस्थिर होने और किसी भी डिग्री की असावधानी के साथ विस्फोट करने में सक्षम होने की कीमत पर तेजी से चढ़ाई और त्वरित-हिटिंग रणनीति का लाभ था। Heinkel P.1077 जैसे अन्य प्रस्तावित लड़ाकू रॉकेट लड़ाकू विमान और DFS 228 जैसे टोही विमान रॉकेट मोटर्स की वाल्टर 509 श्रृंखला का उपयोग करने के लिए थे, लेकिन Me 163 के अलावा, केवल Bachem Ba 349 Natter वर्टिकल लॉन्च एक्सपेंडेबल फाइटर ही कभी उड़ान भर पाया था- सैन्य-उद्देश्य वाले विमानों के लिए इसकी प्राथमिक निरंतर थ्रस्ट प्रणाली के रूप में वाल्टर रॉकेट प्रणोदन प्रणाली के साथ परीक्षण किया गया।

सोवियत स्पुतनिक (रॉकेट)|R-7 जैसी शुरुआती बलिस्टिक मिसाइलें, जिन्होंने स्पुतनिक 1 और यू.एस. एटलस (रॉकेट परिवार) और HGM-25A टाइटन I|टाइटन-1 को लॉन्च किया, मिट्टी के तेल और तरल ऑक्सीजन का इस्तेमाल किया। हालांकि उन्हें अंतरिक्ष प्रक्षेपकों में पसंद किया जाता है, एक मिसाइल में तरल ऑक्सीजन जैसे क्रायोजेनिक्स को संग्रहीत करने की कठिनाइयों को एक समय में महीनों या वर्षों के लिए प्रक्षेपण के लिए तैयार रखना पड़ता था, जिसके कारण यू.एस. LGM-25C टाइटन II और अधिकांश सोवियत ICBM में जैसे R-36 (मिसाइल) | R-36। लेकिन टाइटन-द्वितीय साइलो में लीक और विस्फोट सहित इस तरह के संक्षारक और जहरीले पदार्थों की कठिनाइयों ने ठोस-ईंधन रॉकेट के साथ सार्वभौमिक प्रतिस्थापन का नेतृत्व किया। ठोस-ईंधन बूस्टर, पहले पश्चिमी एसएलबीएम में। पनडुब्बी-प्रक्षेपित बैलिस्टिक मिसाइल और फिर भूमि आधारित यू.एस. और सोवियत आईसीबीएम।

अपोलो चंद्र मॉड्यूल, अपोलो कार्यक्रम में इस्तेमाल किया गया था, जिसमें डिसेंट और एसेंट रॉकेट इंजन दोनों में हाइपरगोलिक ईंधन का इस्तेमाल किया गया था। अपोलो कमांड और सर्विस मॉड्यूल ने सेवा प्रणोदन प्रणाली के लिए समान संयोजन का उपयोग किया। उन अंतरिक्ष यान और अंतरिक्ष शटल (अन्य के बीच) ने अपनी प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली के लिए हाइपरगोलिक प्रणोदक का इस्तेमाल किया।

पश्चिमी अंतरिक्ष प्रक्षेपण एजेंसियों का रुझान बड़े हाइपरगोलिक रॉकेट इंजनों से दूर और उच्च प्रदर्शन वाले हाइड्रोजन/ऑक्सीजन इंजनों की ओर है। एरियान (रॉकेट परिवार) 1 से 4, उनके हाइपरगोलिक मल्टीस्टेज रॉकेट (और एरियान 3 और 4 पर वैकल्पिक हाइपरगोलिक बूस्टर) के साथ सेवानिवृत्त हो गए हैं और एरियान 5 के साथ बदल दिए गए हैं, जो तरल हाइड्रोजन और तरल ऑक्सीजन द्वारा ईंधन वाले पहले चरण का उपयोग करता है। टाइटन II, III और IV, उनके हाइपरगोलिक पहले और दूसरे चरण के साथ भी सेवानिवृत्त हो गए हैं। हाइपरगोलिक प्रणोदक अभी भी ऊपरी चरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं जब कई बर्न-कोस्ट अवधि की आवश्यकता होती है, और एस्केप सिस्टम लॉन्च करें में।

लाभ
हाइपरगोलिकली-ईंधन वाले रॉकेट इंजन आमतौर पर सरल और भरोसेमंद होते हैं क्योंकि उन्हें इग्निशन सिस्टम की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि कुछ लॉन्च वाहनों में बड़े हाइपरगोलिक इंजन टर्बोपंप का उपयोग करते हैं, अधिकांश हाइपरगोलिक इंजन प्रेशर-फेड होते हैं। वाल्व जांचें और सुरक्षा वाल्वों की एक श्रृंखला के माध्यम से एक गैस, आमतौर पर हीलियम, दबाव में प्रणोदक टैंकों को खिलाया जाता है। प्रणोदक बदले में नियंत्रण वाल्व के माध्यम से दहन कक्ष में प्रवाहित होते हैं; वहां, उनका तत्काल संपर्क प्रज्वलन अप्राप्य प्रणोदकों के मिश्रण को जमा होने से रोकता है और फिर संभावित विनाशकारी कठिन शुरुआत में प्रज्वलित करता है।

चूंकि हाइपरगोलिक रॉकेटों को इग्निशन सिस्टम की आवश्यकता नहीं होती है, वे प्रणोदक वाल्वों को खोलकर और बंद करके कितनी भी बार आग लगा सकते हैं जब तक कि प्रणोदक समाप्त नहीं हो जाते हैं और इसलिए विशिष्ट रूप से अंतरिक्ष यान के लिए उपयुक्त होते हैं और अच्छी तरह से अनुकूल होते हैं, हालांकि विशिष्ट रूप से ऐसा नहीं है, ऊपरी चरणों के रूप में डेल्टा II और एरियन 5 जैसे ऐसे अंतरिक्ष प्रक्षेपकों की संख्या, जिन्हें एक से अधिक बार बर्न करना होगा। पुन: प्रारंभ करने योग्य गैर-हाइपरगोलिक रॉकेट इंजन फिर भी मौजूद हैं, विशेष रूप से क्रायोजेनिक (ऑक्सीजन/हाइड्रोजन) RL-10 Centaur (रॉकेट चरण) पर और J-2 (रॉकेट इंजन)|J-2 शनि वि पर। RP-1/ फाल्कन 9 पर लोक्स मर्लिन (रॉकेट इंजन परिवार) को भी फिर से शुरू किया जा सकता है। सबसे आम हाइपरगोलिक ईंधन, हाइड्राज़ीन, मोनोमेथिलहाइड्राज़ीन और असममित डाइमिथाइलहाइड्राज़ीन, और ऑक्सीडाइज़र, नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड, सभी सामान्य तापमान और दबावों पर तरल होते हैं। इसलिए उन्हें कभी-कभी संग्रहणीय तरल प्रणोदक कहा जाता है। वे कई वर्षों तक चलने वाले अंतरिक्ष यान मिशनों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। तरल हाइड्रोजन और तरल ऑक्सीजन के क्रायोजेनिक्स ने अब तक अपने व्यावहारिक उपयोग को अंतरिक्ष प्रक्षेपण वाहनों तक सीमित कर दिया है जहां उन्हें केवल संक्षिप्त रूप से संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है। इंटरप्लेनेटरी स्पेस में क्रायोजेनिक प्रणोदकों के उपयोग के साथ सबसे बड़ा मुद्दा बॉयल-ऑफ है, जो स्पेसएक्स_स्टारशिप#स्टारशिप_स्पेसक्राफ्ट जैसे बड़े शिल्प के लिए बड़े पैमाने पर अंतरिक्ष यान के स्क्वायर-क्यूब_लॉ पर निर्भर है, यह एक समस्या से कम नहीं है।

क्रायोजेनिक प्रणोदकों की तुलना में हाइपरगोलिक प्रणोदकों का एक अन्य लाभ उनका उच्च घनत्व है। तरल ऑक्सीजन का घनत्व 1.14 g/ml है, जबकि दूसरी ओर, नाइट्रिक एसिड या नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड जैसे हाइपरगोलिक ऑक्सीडाइज़र का घनत्व क्रमशः 1.55 g/ml और 1.45 g/ml है। लिक्विड_हाइड्रोजन ईंधन अत्यंत उच्च प्रदर्शन प्रदान करता है, फिर भी इसका घनत्व केवल सबसे बड़े रॉकेट चरणों में इसके उपयोग की गारंटी देता है, जबकि हाइड्राज़ीन और असममित_डाइमिथाइलहाइड्राज़िन के मिश्रण का घनत्व कम से कम दस गुना अधिक होता है। अंतरिक्ष जांच में इसका बहुत महत्व है, क्योंकि उच्च प्रणोदक घनत्व उनके प्रणोदक टैंक के आकार को काफी कम करने की अनुमति देता है, जो बदले में जांच को छोटे पेलोड फेयरिंग के भीतर फिट करने की अनुमति देता है।

नुकसान
उनके द्रव्यमान के सापेक्ष, पारंपरिक हाइपरगोलिक प्रणोदकों में तरल_हाइड्रोजन/तरल ऑक्सीजन या मीथेन#ईंधन/तरल ऑक्सीजन जैसे क्रायोजेनिक प्रणोदक संयोजनों की तुलना में दहन की कम ऊष्मा होती है। एक लॉन्च वाहन जो हाइपरगोलिक प्रणोदक का उपयोग करता है, इसलिए इन क्रायोजेनिक ईंधन का उपयोग करने वाले की तुलना में अधिक मात्रा में ईंधन ले जाना चाहिए।

पारंपरिक हाइपरगोलिक्स की संक्षारकता, विषाक्तता और कासीनजनिकता के लिए महंगी सुरक्षा सावधानियों की आवश्यकता होती है। असाधारण रूप से खतरनाक UDMH-नाइट्रिक एसिड प्रणोदक मिश्रण के साथ पर्याप्त सुरक्षा प्रक्रियाओं का पालन करने में विफलता जिसे शैतान का जहर कहा जाता है| उदाहरण के लिए, डेविल्स वेनम, इतिहास में सबसे घातक रॉकेटरी दुर्घटना, नेडेलिन तबाही का परिणाम है।

सामान्य
सामान्य हाइपरगोलिक प्रणोदक संयोजनों में शामिल हैं:
 * एरोज़ीन 50 + नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड (NTO) - टाइटन II सहित ऐतिहासिक अमेरिकी रॉकेटों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है; अपोलो चंद्र मॉड्यूल में सभी इंजन। एरोज़ीन 50 50% असममित डाइमिथाइलहाइड्राज़ीन और 50% स्ट्रेट हाइड्राज़ीन (N) का मिश्रण है।2H4).
 * मोनोमेथिलहाइड्राज़िन (एमएमएच) + नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड (एनटीओ) - छोटे इंजन और रिएक्शन कंट्रोल थ्रस्टर: अपोलो कमांड और सर्विस मॉड्यूल रिएक्शन_कंट्रोल_सिस्टम, स्पेस शटल ऑर्बिटल मैन्यूवरिंग सिस्टम और रिएक्शन_कंट्रोल_सिस्टम; एरियन 5 ईपीएस; स्पेसएक्स ड्रैगन अंतरिक्ष यान द्वारा उपयोग किए जाने वाले ड्रेको (रॉकेट इंजन) थ्रस्टर्स।
 * ट्रायथिलबोरेन/ट्राईथाइल एल्युमिनियम (टीईए-टीईबी) + तरल ऑक्सीजन - कुछ रॉकेट इंजनों की इग्निशन प्रक्रिया के दौरान उपयोग किया जाता है जो मर्लिन (रॉकेट इंजन परिवार) और रॉकेटडाइन एफ -1 द्वारा उपयोग किए जाने वाले तरल ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं।
 * असममित डाइमिथाइलहाइड्राज़ीन (यूडीएमएच) + नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड (एनटीओ) - अक्सर Roscosmos द्वारा उपयोग किया जाता है, जैसे कि प्रोटॉन (रॉकेट परिवार) में, और उनके द्वारा एरियन 1 प्रथम और द्वितीय चरण (यूएच 25 के साथ प्रतिस्थापित) के लिए फ्रांस को आपूर्ति की जाती है; विकास (रॉकेट इंजन) का उपयोग कर भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन के रॉकेट।

कम आम या अप्रचलित
कम आम या अप्रचलित हाइपरगोलिक प्रणोदकों में शामिल हैं:
 * एनिलिन + नाइट्रिक एसिड (अस्थिर, विस्फोटक), WAC कॉर्पोरल में उपयोग किया जाता है * एनिलिन + हाइड्रोजन पेरोक्साइड (धूल के प्रति संवेदनशील, विस्फोटक)
 * फरफ्यूरल अल्कोहल + रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड (या रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड) - कोपेनहेगन सबऑर्बिटल्स स्पेक्ट्रा इंजन
 * फरफ्यूरल अल्कोहल + नाइट्रिक_एसिड#अनहाइड्रस_नाइट्रिक_एसिड (या नाइट्रिक_एसिड#एनहाइड्रस_नाइट्रिक_एसिड)
 * हाइड्रेंजाइन + नाइट्रिक एसिड (विषाक्त लेकिन स्थिर), विश्वसनीय प्रज्वलन की कमी के कारण छोड़ दिया गया। इस संयोजन वाला कोई भी इंजन बड़े पैमाने पर उत्पादन में नहीं गया।
 * मिट्टी का तेल + (उच्च परीक्षण पेरोक्साइड + उत्प्रेरक) - गामा (रॉकेट इंजन), पेरोक्साइड के साथ पहले एक उत्प्रेरक द्वारा विघटित। शीत हाइड्रोजन पेरोक्साइड और केरोसिन हाइपरगोलिक नहीं हैं, लेकिन केंद्रित हाइड्रोजन पेरोक्साइड (जिसे उच्च-परीक्षण पेरोक्साइड या एचटीपी कहा जाता है) एक उत्प्रेरक पर चलने से अधिक ऑक्सीजन और भाप पैदा करता है 700 C जो मिट्टी के तेल के साथ हाइपरगोलिक है।
 * टोंका (ईंधन) (टीजी-02, लगभग 50% ट्राइथाइलमाइन और 50% xylidine) आमतौर पर नाइट्रिक एसिड या इसके निर्जल नाइट्रिक ऑक्साइड डेरिवेटिव (सोवियत संघ में AK-2x समूह) के साथ ऑक्सीकृत होता है। रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड | AK-20F (80% HNO3 और 20% एन2O4 प्रतिक्रिया अवरोधक के साथ)।
 * टी-स्टॉफ़ (स्थिर> 80% पेरोक्साइड) + सी-स्टॉफ़ (मेथनॉल, हाइड्राज़ीन, पानी, उत्प्रेरक) - मेसर्सचमिट मी 163 द्वितीय विश्व युद्ध के जर्मन रॉकेट लड़ाकू विमान, इसके वाल्टर एचडब्ल्यूके 109-509 | वाल्टर 109-509ए इंजन के लिए।
 * तारपीन + रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड (फ्रेंच डायमेंट ए फर्स्ट-स्टेज में उड़ाया गया)
 * असममित डाइमिथाइलहाइड्राज़ीन + रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड - MGM-52 लांस मिसाइल सिस्टम, RM-81_Agena और Able_(रॉकेट_स्टेज) ऊपरी चरण, इसेव-निर्मित युद्धाभ्यास इंजन।

प्रस्तावित, अधुरा रहना

 * क्लोरीन ट्राइफ्लोराइड (ClF3) + सभी ज्ञात ईंधन - संक्षेप में सभी मानक ईंधनों के साथ अपनी उच्च अतिपरजीविता को देखते हुए एक ऑक्सीडाइज़र के रूप में माना जाता है, लेकिन अंततः पदार्थ को सुरक्षित रूप से संभालने में कठिनाई के कारण 70 के दशक में छोड़ दिया गया। क्लोरीन ट्राइफ्लोराइड को जलने वाले स्थान पर नाइट्रोजन या नोबल_गैस भरकर ही बुझाया जा सकता है। पदार्थ कंक्रीट और बजरी को जलाने के लिए जाना जाता है। क्लोरीन पेंटाफ्लोराइड (ClF5) समान खतरे प्रस्तुत करता है, लेकिन ClF की तुलना में उच्च विशिष्ट आवेग प्रदान करता है3.
 * पेंटबोराने(9) (9) और डाइबोरेन + नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड - पेंटाबोरेन (9), एक तथाकथित जिप ईंधन, का अध्ययन सोवियत रॉकेट वैज्ञानिक वैलेन्टिन_ग्लूशको|वी द्वारा किया गया था। RD-270|RD-270M रॉकेट इंजन में नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड के संयोजन में उपयोग के लिए पी. ग्लुशको। प्रणोदक के इस संयोजन से प्रदर्शन में उल्लेखनीय वृद्धि हुई होगी, लेकिन अंततः विषाक्तता संबंधी चिंताओं के कारण इसे छोड़ दिया गया था।
 * टेट्रामिथाइलएथिलीनडायमाइन + रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड - हाइड्राज़ीन और इसके डेरिवेटिव के लिए एक स्पष्ट रूप से कम जहरीला विकल्प।

संबंधित तकनीक
पायरोफोरिक पदार्थ, जो हवा की उपस्थिति में अनायास प्रज्वलित होते हैं, कभी-कभी रॉकेट ईंधन के रूप में या अन्य ईंधन को प्रज्वलित करने के लिए भी उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, SR-71 ब्लैकबर्ड और शनि पर एफ-1 (रॉकेट इंजन)|एफ-1 इंजन में इंजन शुरू करने के लिए ट्राइथाइलबोरेन और ट्राइथाइल एल्युमिनियम (जो दोनों अलग-अलग और इससे भी ज्यादा एक साथ पाइरोफोरिक हैं) का मिश्रण इस्तेमाल किया गया था। वी रॉकेट है और इसका उपयोग स्पेसएक्स फाल्कन 9 रॉकेट पर मर्लिन (रॉकेट इंजन परिवार) इंजन में किया जाता है।

संदर्भ

 * Citations


 * Bibliography


 * Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines, Huzel & Huang, pub. AIAA, 1992. ISBN 1-56347-013-6.
 * History of Liquid Propellant Rocket Engines, G. Sutton, pub. AIAA 2005. ISBN 1-56347-649-5.
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