RP-1

Statický test motora RD-180 spaľujúceho **RP-1** a kvapalný kyslík

Apollo 8, Saturn V: 810.700 L RP-1, 1.311.100 L LOX^[1]

RP-1 (Rocket Propellant-1 alebo Refined Petroleum-1) je vysoko rafinovaná forma petroleja používaná ako palivo raketových motorov. Chemicky má takmer zhodné vlastnosti ako petrolej, ale obsahuje minimum prímesí, ktoré sa v ropných produktoch bežne vyskytujú. Obmedzenie nečistôt sa týka hlavne síry, jej zlúčenín a uhľovodíkov s nenasýtenými väzbami ako alkény, alkíny a arény. V porovnaní s tekutým vodíkom (LH₂) je RP-1 lacnejšie, lepšie uskladniteľné (kvapalný vodík si vyžaduje kryogénne technológie), ale poskytuje menší špecifický impulz (I_sp). Oproti hydrazínu a jeho derivátom má vyšší I_sp a nie je toxický, na druhej strane ho však nemožno skladovať dlhodobo v nádržiach a preto sa nehodí ako palivo pre dlhotrvajúce misie.

História a použitie

Rez prvým stupňom rakety Saturn V. Nádrž RP-1 je umiestnená pod nádržou s kvapalným kyslíkom.

Palivo RP-1 bolo vyvinuté v polovici 50. rokov 20. storočia, keď dochádzalo k zvyšovaniu výkonov raketových motorov a to so sebou prinášalo vyššie teploty a tlaky. Potreba chladenie týchto výkonných motorov viedla k využitiu regeneratívneho systému chladenia, keď celý objem paliva prúdi sústavou chladiacich kanálov a odvádza teplo z kritických miest motora. Vysoká teplota a prítomnosť síry spôsobovali disociáciu molekúl a následnú polymerizáciu jednotlivých zložiek. Produkty týchto reakcií často spôsobovali zanášanie alebo upchanie chladiacich kanálikov. Následkom upchatia bolo prehriatie a následné prepálenie častí motora. RP-1 bolo zbavené sírnatých látok, alkénov a arénov, čím sa značne zvýšila spoľahlivosť motorov.

RP-1 sa vďaka svojej cene, nižším nárokom na skladovanie a celkovo nižším nárokom na technologickú úroveň raketového motora, prevažne používa ako palivo nižších stupňov nosných rakiet. Používali ho americké Atlas, Thor, Delta, Saturn V a ďalšie. V bývalom Sovietskom zväze je petrolej pre raketové motory označovaný T-1 a RG-1 a jeho vlastnosti sú takmer zhodné s RP-1. Jediný rozdiel je jeho vyššia hustota, 820 - 850 kg/m³ oproti 810 u RP-1. Všetky rakety patriace do rodiny rakiet R7 (Vostok, Sojuz) používajú túto variantu RP-1 . Hoci sa RP-1 používa hlavne na vesmírne aplikácie, používali ho aj prvé medzikontinentálne balistické rakety USA (SM-65 Atlas, SM-68 Titan) a sovietska R-7, ale čoskoro ho nahradili iné typy s motormi na tuhé pohonné látky alebo palivami na báze hydrazínu.

Opis

Ako je už napísané vyššie, hlavné nečistoty predstavovali prirodzene sa vyskytujúce ropné nečistoty a zložky vzniknuté disociáciou a polymerizáciou zložiek petroleja. Hlavným zdrojom problémov bývajú sírnaté látky, pretože pri vysokých teplotách spôsobujú koróziu kovov a navyše aj malé množstvo síry podporuje polymerizáciu. Ďalšie zložky, ktoré musia byť odstránené, sú alkány a arény, ktoré majú tendenciu polymérovať nielen pri zvýšených teplotách, ale aj pri dlhodobom skladovaní. Vďaka tomu je RP-1 menej toxická ako benzín a ostatné letecké palivo. Oproti klasickému kerozínu RP-1 neobsahuje lineárne alkány, ale zložitejšie vetvené a cyklické molekuly. Najžiadanejšie zložkou RP-1 sú polycyklické reťazce s C₁₂ a viac. Okrem chemických prímesí musia byť odstránené aj mechanické nečistoty ako prach a sadze, ktoré zanášajú palivové vedenie a spôsobujú opotrebenie ventilov a čerpadiel, ktoré používajú RP-1 ako mazivo.

RP-1 možno teoreticky získať (po dostatočnom spracovaní) z akejkoľvek ropy, ale v praxi sa používa len vysoko kvalitná ropa z viacerých nálezísk.

Výhody / Nevýhody

+ Lacnejší ako LH₂ a palivá na báze hydrazínu.
+ Hustejší ako LH₂ ⇒ kompaktnejší design motorov, viac energie než v rovnakom objeme LH₂.
+ Stály za izbovej teploty ⇒ jednoduchšie skladovanie, doprava a manipulácia.
+ Efektívnejší ako tuhé pohonné látky a palivá na báze hydrazínu a ľahkých uhľovodíkov (etanol, metanol...)
+ Podstatne menej jedovatý ako palivá na báze hydrazínu.
+ Výrazne lacnejší ako tuhé pohonné látky aj palivá na báze hydrazínu.
- Menej ekologický ako LH₂ (spaľovaním LH₂ vzniká čistá voda, RP-1/LOX vytvára H₂O, CO₂ a sadze).
- Nemožnosť dlhodobého skladovania natankovaných rakiet s palivom RP-1/LOX ⇒ pomalá reakčná doba, predovšetkým kvôli plneniu tekutého kyslíku ⇒ nehodí sa na vojenské účely, pre balistické rakety.

Veľmi nízky tlak pár - vhodné pre chladenie clonou alebo ostrekovaním (pozri Chladenie raketových motorov), na druhej strane je potrebné dopĺňať objem spáleného RP-1 v nádržiach (zabezpečiť tlakovanie nádrží).
Cena RP-1 je celkovo nižšia než LH₂. Cena RP-1 nie je vysoká, od leteckých kerosénov typu Jet A a vojenských leteckých palív typu JP-4, JP-5, JP-8 sa líši len málo (vyžaduje sa predovšetkým vyššia čistota, nižší obsah vody a síry a nižší obsah nenasýtených a aromatických uhľovodíkov), sovietske /ruské lietadlá môžu priamo spaľovať aj ruské "raketové" kerosény RG-1 a T-1.

Ceny komponentov raketových palív pre vojenských odberateľov DOD (ministerstvo obrany) USA pre rok 2013 sú určené takto:

RP-1 - $6.93 za galón
LH₂ (tekutý vodík) - $3.77 za libru
hydrazíny (všetkých typov) - $184.69 za libru
N₂O₄ (oxid dusičitý, resp. dimér oxidu dusičitého) - $197 za libru
LOX (tekutý kyslík) - $143 za tonu

Podobné palivá

Robert H. Goddard používal na svojich prvých raketách benzín.
Spoločnosť Rocketdyne experimentovala s dietyl-cyklohexánom, ktorý mal o niečo lepšie vlastnosti, ale RP-1 mohlo byť vyrobené v existujúcich rafinériách a bolo tak lacnejšie a dostupnejšie.
Rakety Sojuz používali v období 1980-1990 syntetické palivo Syntin, energeticky výhodnejšie ako RP-1/RG-1 ale značne drahé. Výroba Syntinu bola ukončená v roku 1996.
Ruská resp. sovietska obdoba RP-1 sa nazýva T-1 alebo RG-1.
Po uvedení RP-1 bolo vyvinuté RP-2, ktoré malo ešte nižší obsah síry, ale veľké úspechy nedosiahlo kvôli nákladnejšej výrobe a faktu, že RP-1 stačilo na väčšinu aplikácií.
Existujú pokusné motory, ktoré sú schopné spaľovať menej rafinovaný petrolej, letecké palivo, alebo dokonca obyčajnú naftu. Žiadny z nich sa však zatiaľ nedostal do aktívnej služby.
Palivo RP-1 je možné kombinovať nielen s tekutým kyslíkom, ale aj s oxidom dusičitým (N₂O₄, NOX), tekutým fluórom, alebo s kyselinou dusičnou.