单元推进剂体系

本发明涉及例如用于空间飞行器推进的单元推进剂体系的领域，用 于喷气式战斗机的紧急系统或用于潜艇的紧急气体发生系统。

空间飞行器推进被定义为在通过运载火箭送至预定轨道之后，空间 飞行器需要定向(姿态控制)和定位(轨道控制，包括脱离轨道)。它 是完全独立于和不同于火箭的推进。对于空间飞行器推动的需要是从 它与运载火箭分离才开始的并在它的服务寿命结束时终止。空间飞行 器的推进剂的耗尽通常意味着它的使命的终结。

对于姿态和轨道控制的通常要求是：一个极低的推力(通常约 0.1N)，对于姿态控制的脉冲操作模式，对于轨道控制的连续操作模式， 准确和可重复的性能，和一个可靠的密封操作。对于脱轨运动，所述 推力可以是更高的。

在这个领域中的推进是属于所谓的单元推进剂推进器产生的具有以 下特征的推进之中的一种，即一种推进剂是经催化或热降解成热气体， 该热气体然后通过喷嘴膨胀。在单元推进剂领域中过氧化氢和肼是目 前通常使用的。它们在50的膨胀比率下，零环境压力下，腔内压力为 1Mpa和在化学平衡排放条件下，它们分别提供分别为1872和2266m/s 的比推力。

然而，两种体系有一些缺点。公知过氧化氢具有不稳定性和自降解 行为。肼的缺点是它的毒性和易燃性。现在使用的单元推进剂的这些 方面相应地要求更高标准，且由此对生产、运输、储存、加工和处理 都有昂贵的要求。

在喷气式战斗机的紧急系统(在点燃后发动机紧急启动)和潜艇(在 紧急情况下通过产生气体倒空压载水舱)中碰到相同的问题。

本发明的一个目的是提供用于空间飞行器推进和上述其它用途的 单元推进剂，其克服了现有技术体系中的这些缺点。另一个目的是提 供一种稳定的、清洁的、低毒性、和/或低燃性的单元推进剂组合物。 还一个目的是提供一种用于空间飞行器推进的单元推进剂组合物，其 有助于降低要求且因此降低成本和发射准备时间。

本发明是基于如下的惊人发现，公知的固体高能氧化剂例如硝基甲 酸和/或二硝酰胺化铵在水中溶解就提供了一种液态单元推进剂体 系，该体系具有等于常规单元推进剂的比推力，而没有所述的缺点。

相应地，本发明涉及一种用于推进和/或气体发生的单元推进剂组合 物，其包含硝基甲酸和/或二硝酰胺化铵在水中和/或有机溶剂中的 溶液，其中硝基甲酸和/或二硝酰胺化铵的用量是该组合物的25- 95重量％。所述有机溶剂例如是链烷醇。在所述体系中水和/或链烷醇 的用量应使体系为液体，这决定了有较低含量的水。另一方面，在体 系中应有足够的硝基甲酸和/或二硝酰胺化铵以提供所需的冲力。由 于空间飞行器推进的性质，为了延长卫星的寿命，推进剂体系的比推 力应是尽可能高。

根据优选的实施方案，使用溶于水中的硝基甲酸。另外，在本发 明的推进剂体系的另一个实施方案中，可使用适量的有机溶剂，例如 低级链烷醇如C1-C4链烷醇，即甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。已发现， 这增加了单元推进剂的比推力。在溶液中链烷醇的用量优选是在0至 70重量％之间，更优选是5至70重量％之间，而优选甲醇和/或乙醇。

一个特别优选的体系由25-75重量％硝基甲酸，5-50重量％ 水和0(更优选5)-25重量％低级链烷醇组成。

根据本发明，在添加剂体系中还可能包括其它添加剂，包括但不限 于增溶剂、蒸汽压降低剂和性能改进剂。

在另一个实施方案中，本发明涉及通过运载火箭将空间飞行器送入 预定轨道之后，空间飞行器的定向和定位的方法，而所述运载火箭使 用基于单元推进剂推进器的推进系统，其中将上述单元推进剂用于推 进。

本发明还涉及所述的硝基甲酸和二硝酰胺化铵的组合物作为紧 急推进剂在喷气式战斗机中的应用。

本发明也涉及所述的硝基甲酸和二硝酰胺化铵的组合物作为紧 急气体发生体系在潜艇中的应用。

硝基甲酸和二硝酰胺化铵是公知的高能固态氧化剂。硝基甲酸 用作火箭发动机的高性能推进剂组合物中的组分例如公开在欧洲专 利申请350136。硝基甲酸的制备方法进一步公开在国际专利申请 WO-A 9410104。二硝酰胺化铵也是一种公知的材料，其的制备方法例 如公开在WO-A 9424073中。

本发明的单元推进剂可以常规方式按现存体系用于空间飞行器推 进，由此应注意的是，由于体系的特性，对于储存、运输和操作的要求 可能有较不严格的要求。所述单元推进剂在喷气式战斗机中用作紧急推 进剂和用于潜艇的紧急气体发生体系也是属于本发明的范围之内。

附图的说明

附图显示了各种推进剂体系的比推力的比较。

根据本发明的各种单元推进剂体系的比推力与硝基甲酸和二硝 酰胺化铵的水溶液(水含量为50％重量)的比推力的比较。在下表和 附图中，比推力是针对50的膨胀比率，零环境压力，腔内压力为1Mpa 和化学平衡排放条件。 组分     比推力m/s 基于50％水和50％氧化剂                              对于纯氧化剂 硝基甲酸 1754  2950 二硝酰胺化铵 1267  2319 过氧化氢(H2O2)                 1872 肼(N2O4)                 2266

从上表中可以看出，相比过氧化氢和肼，50％氧化剂/水导致性能的降 低。这个性能损失在考虑到成本降低的情况下是可以接受的，因为生 产、运输、储存、加工和处理的步骤更简单。此外，通过增加溶解氧 化剂的量，所述性能能够进一步增加。如果添加燃料例如低级链烷醇， 所述性能可能等于或甚至超过肼的性能。

在所述的附图中，比推力是针对使用各种浓度的硝基甲酸水溶 液、使用各种浓度的二硝酰胺化铵水溶液的各种组合物，以及针对硝 基甲酸、乙醇和水的结合物。