固体火箭推进剂发展状况

沈弘宇（长沙市周南梅溪湖中学，湖南 长沙 410002）

1 固体火箭推进剂简介

固体火箭推进剂的发展十分漫长，其历史可追溯到中国人在十三世纪使用黑火药增加弓箭的射程。黑火药的能量密度很低，推进效果很差。而随着上个世纪四、五十年代第二次世界大战的爆发和聚合物化学的蓬勃发展，固体推进剂取得了全面且成熟的发展，硝酸酯增塑聚醚（NEPE）、端羟基聚丁二烯（HTPB）、缩水甘油叠氮醚（GAP）等推进剂相继出现，使得固体推进剂应用更加广泛。在现今阶段，能量密度一直是推进剂的首要指标；对推进剂的能量、技术、成本和安全有全面综合的要求；也由此打破了传统的分类界限，形成了共同促进，取长补短的融合，不断有新的配方出现。

2 固体火箭推进剂的发展情况

2.1 粘合剂

粘合剂是固体推进剂体系中的研究热点。目前广泛应用和研究的是含能粘合剂。通常是在聚合物分子链中含能的官能团，如硝基（—NO2）、硝酸酯基（—ONO2）、叠氮基（—N3）等等。粘合剂只占推进剂大约10%，但是其对推进剂的综合性能有着巨大的影响。含能粘合剂在改善氧化剂和燃料的燃烧环境的同时，也燃烧并释放出能量，从而提高推进剂的性能。下面对两类主要的含能粘合剂进行简要介绍：

（1）叠氮粘合剂

叠氮粘合剂中的叠氮基分解先于高分子主链且独立进行，其燃烧产物主要为一氧化碳、氮气和氢气，基本无可见烟和三原子产物，并且具有燃温低的特点。因此在高能无烟固体推进剂的研究中有很大优势。其典型代表GAP是一种主链聚醚含有叠氮基侧链的聚合物，具有生成热为正、含氮量高、密度大、热稳定性好等优点，与增塑剂相溶性很好，危险性较低。且GAP的成本也比较低，因此具有广泛的应用前景。

（2）硝酸酯类粘合剂

硝酸酯类粘合剂以聚缩水甘油醚硝酸酯（PGN）为代表。其分子侧链上含有硝酸酯基，含氧量很高，可以改善燃烧过程中的氧平衡。此外，还可以减少硝酸酯增塑剂的用量，降低推进剂的感度。

2.2 氧化剂

氧化剂在固体推进剂中占据的分量最大，其对推进剂的贡献主要取决于与粘合剂和燃料反应产生的热量和气体量的大小。目前各国科学家陆续合成出CL-20、ADN、HNF等新型氧化剂。下面对这三种新型氧化剂进行简要介绍：

（1）CL-20氧化剂

CL-20简称六硝基六氮杂异伍兹烷，具有高张力和高结晶密度，安定性很好，具有很大潜力。CL-20是能量水平最高的一种高能量密度氧化剂，随着合成技术的进步，其成本也不断降低。CL-20与大多数推进剂组分相容性较好，在显著提高推进剂的能量而不降低体系的安全性和热稳定性。

（2）ADN氧化剂

ADN具有高氧、氢含量，不含卤素和化学稳定性好，具有取代目前广泛使用的AP的潜力，能够提高体系能量且降低环境污染。ADN推进剂比冲值高，高压燃烧稳定性好，燃速高，被俄罗斯广泛应用于导弹中。

（3）HNF氧化剂

HNF具有氧含量高，生成热高、密度大、燃烧产物分子量低等优点。其相容性欠佳的问题，也被科学家证实只要HNF纯度够高就可以解决。目前欧洲航天局和荷兰航天局的实验结果表明，HNF/CAP/AL推进剂能量高、感度低、低污染。

2.3 增塑剂

传统的增塑剂以降低体系粘度改善流变性能和低温热力学性能，减少组分挥发为主要作用。而新型的含能增塑剂主要为叠氮增塑剂和硝酸酯类增塑剂，其具有高密度、高生成热、高含氮量、化学稳定性好等优点。典型代表为硝酸酯基乙基硝铵（NENA）。

2.4 燃料添加剂

金属添加剂主要有铝粉、铍粉等，由于铍燃烧产生剧毒，因此铝粉是目前广泛应用的主要燃料。硼与一般氧化剂燃烧效率低，燃烧性能差，科学家通过团聚造粒和表面包覆等方法试图改善其燃烧性能，取得了一定的进展。

金属氢化物相比于金属粉体而言，可显著提高推进剂的比冲值，因为其燃烧释放大量的热，且燃气平均分子量和火焰温度较低。同时合金氢化物不仅需要具有较高的含氢量，还要有良好的热稳定性。另外配位氢化物如轻金属硼氢化物等研究，仍然处在起步阶段。

3 结语

火箭推进剂在过去的二三十年里取得了全面而高速的发展，然而通过前文的介绍我们也可以了解到固体火箭推进剂在能量、环保、稳定、低特征信号等方面还有巨大的提升空间。火箭推进剂是火箭性能提高的根本，我国虽然在过去的数十年里在航空航天领域取得了举世瞩目的成绩，但是对于新型高性能的固体推进剂研究仍落后于欧洲和美日等国。因此为了我国航空航天事业和国防事业的进一步提升，我们还要重视固体推进剂的理论和应用研究，进一步提高我国的竞争力。

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