[科普中国]-单组元推进系统

单组元推进系统（Single unit propulsion system）是指使用单组元推进剂作为工质的推进系统。在该系统中，存贮在贮箱内的推进剂在高压气体挤压下排出贮箱出口，在阀门的开关作用下进入推力器推力室，在高温条件下经催化分解为高温燃气，由喷管喷出产生反作用力，控制航天器的姿态和轨道运动。常用的推进剂有过氧化氢和肼。过氧化氢稳态比冲低(约I500N·s/kg),安全性差，早期使用较多。

简介单组元推进系统（Single unit propulsion system）是指使用单组元推进剂作为工质的推进系统。在该系统中，存贮在贮箱内的推进剂在高压气体挤压下排出贮箱出口，在阀门的开关作用下进入推力器推力室，在高温条件下经催化分解为高温燃气，由喷管喷出产生反作用力，控制航天器的姿态和轨道运动。常用的推进剂有过氧化氢和肼。过氧化氢稳态比冲低(约I500N·s/kg),安全性差，早期使用较多。

单组元肼推进剂系统已成为航天推进系统中的主流单组元推进系统，其稳态比冲达到2100-2350N·s/kg,已广泛应用于姿态和轨道控制及其它控制功能。以落压模式工作的单组元肼推进系统棋:箱、乐力传感器、气体加/排阀、肼加/排阀、过滤器、白锁阀、推力器组件以及推进电子线路盒等组成;恒压工作方式的单组元肼推进系统--股还需增加高压气瓶及减压器。单组元推进系统结构简单，技术成熟，任当代航天器，仍不失为一种主流推进系统。双模式推进系统来用高比冲推进剂组合，兼有双组元推进系统比冲高和单组元推进系统推力小、控制精度可靠性高的优点，已在不同飞行任务中崭露头角1。

推进剂选择对于特别小的卫星(10kg/级)，其推进系统不作为一个方案提出。对于稍微大一点的卫星(100kg 级)，它需要小推力的推进系统，通常采用冷气方案。对于大的运载器，只有固体火箭发动机和双组元液体火箭发动机合适，以逃离地球引力的束缚。电推进系统比冲很高，但费用高、电源及其硬件重。但在极为广泛的中等应用范围上，采用催化分解单组元推进剂推力室成本低、适应能力强，推力室并有一个较宽的推力范围。

肼又称联氨。无色油状液体。有类似于氨的刺鼻气味，一种强极性化合物。无色、油状液体，能很好地混溶于水、醇等极性溶剂中，与卤素、过氧化氢等强氧化剂作用能自燃，长期暴露在空气中或短时间受高温作用会爆炸分解，具有强烈的吸水性，贮存时用氮气保护并密封。有毒，能强烈侵蚀皮肤，对眼睛、肝脏有损害作用1。

肼的主要用途1.用于制造异烟肼、照相显影药剂、喷气式发动机燃料、火箭燃料、抗氧剂、还原剂、高压锅炉给水脱氧剂等。

2.用作火箭燃料。高压锅炉水处理时用以脱除二氧化碳和氧气以防止腐蚀。农业上用作植物生长抑制剂，也用于烟草、土豆、玉米等的贮藏。医药上用于制异菸肼。另外，还用于尼龙、环氧树脂以及食用盐酸的制造，也用作再生催化剂、除草剂和燃料电池。

3.肼是一种应用广泛的化工原料。具有很高的燃烧热，可用作火箭和燃料电池的燃料。肼是一种强还原剂，可用来去除锅水和热水加热系统中的氧，以减少腐蚀。在肼的分子中，由于有两个亲核的氮和四个可供置换的氢，帮可以合成各种衍生动物，基中包括塑料发泡剂、抗氧剂、各种聚合物、聚合物交联剂和链延长剂、农药、除草剂、植物生长调节剂和药品等。肼极毒。小鼠口服LD50为59mg/kg，静脉注射LD50为57mg/kg。

4.制发泡剂、农作物杀虫剂和水处理剂。

燃烧温度低的硝酸羟铵(HAN)混合物以低燃烧温度的硝酸羟铵(HAN)混合物 作为推进剂，推力室在实验室进行的试验证明了推进剂方案的正确性。混合HAN成为单组元推进剂家族中一名友好的新成员，这些HAN混合物与肼相比，密度高，熔点低。由于无毒蒸汽，地面的相关工作变得简单。另外，混合HAN没有已认知的致癌物质存在。最近，试验状态的推力室通过了8000s的性能试验和寿命试验。该种推力室适应于小卫星的轨道提升或其它ACS任务。对于飞行应用，需要进一步研制HAN混合推进剂。既然还没有真实的自燃催化剂(例如用于肼类的铠装405或用于过氧化氢的银网)，对于HAN基的单组元推进剂，为了点火，如采用贵金属作催化剂，催化剂床需要预加热至200-320℃2。

高性能硝酸羟铵(HAN)混合物高温HAN单组元推进剂也充满希望。理论上，高温HAN推进剂的性能与传统的双组元系统接近，但HAN推力室不需要两个贮箱、两组阀门、两组推进剂管路和其它双份其它系统硬件。高温混合物推进剂面临的最大挑战是推进剂分解温度高，分解气体的温度高达2200℃。在这个温度上，材料选择和点火方法已达极限。最近，HAN-甲醇一水混合推进剂的点火试验表明该种单组元推进剂的比冲有望达到270s或大于270s。

过氧化氢建议在小卫星上用过氧化氢推进系统替代氮气推进系统。在实验室里采用蒸馏台架对过氧化氢进行蒸馏处理，试验给人留下了深刻的印象，试验对台架的风险很小。由于过氧化氢的长期稳定性差，若要应用于大多数卫星是不实际的。然而，过氧化氢推进系统作为姿态控制与运载器的双组元推进系统一起使用， 具有明显的应用价值3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所