自己着火性推進剤

自己着火性燃料ロケットエンジンは、点火システムが不要なため、通常はシンプルで信頼性が高い。一部の打ち上げロケットに搭載される大型の自己着火性エンジンはターボポンプを使用するが、ほとんどの自己着火性エンジンは加圧式である。通常はヘリウムなどのガスが、一連の逆止弁と安全弁を通して加圧状態で推進剤タンクに供給される。推進剤は、制御弁を通って燃焼室に流れ込む。そこで、推進剤が瞬時に接触着火することで、未反応の推進剤が蓄積して点火し、致命的なハードスタートを引き起こすのを防ぐ。

自己着火性ロケットは点火システムを必要としないため、推進剤がなくなるまで推進剤バルブを開閉することで何度でも噴射でき、宇宙船の操縦に適しており、デルタIIやアリアン5などの複数回の燃焼が必要な宇宙ロケットの上段としても適しているが、それだけに限らない。再始動可能な非自己着火性ロケットエンジンも存在し、特にセントールの極低温（酸素/水素）RL10やサターンVのJ-2が挙げられる。ファルコン9のRP-1 _/ LOXマーリンやアリアン6のLH2 /LOXヴィンチも再始動可能である。^{[ 12 ]}

最も一般的な自己着火性燃料であるヒドラジン、モノメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン（UDMH）と酸化剤である四酸化二窒素は、いずれも常温常圧で液体です。そのため、「貯蔵可能な液体推進剤」と呼ばれることもあります。これらは、長年にわたる宇宙船ミッションでの使用に適しています。液体水素と液体酸素の極低温性は、これまでのところ、短期間だけ貯蔵する必要がある宇宙打ち上げロケットに実用化を限定しています。^{[ 13 ]}極低温推進剤を惑星間空間で使用する際の最大の問題は、宇宙船の規模に大きく依存する蒸発です。

自己着火性推進剤のもう 1 つの利点は、極低温推進剤と比較して密度が高いことです。LO 2_の密度は 1.14 g/ml ですが、硝酸や四酸化二窒素などの自己着火性酸化剤の密度はそれぞれ 1.55 g/ml と 1.45 g/ml です。LH ₂燃料は非常に高い性能を発揮しますが、その密度はロケットの最大の段での使用しか保証しませんが、ヒドラジンと UDMH の混合物の密度は少なくとも 10 倍以上です。^{[ 14 ]}これは宇宙探査機にとって非常に重要です。推進剤の密度が高いと、推進剤タンクのサイズを大幅に縮小できるため、探査機をより小さなペイロードフェアリングに収めることができます。

質量に対する従来の自己着火性推進剤は、LH ₂ /LO ₂やLCH ₄ /LO _{2のような極低温推進剤の組み合わせよりも}発熱量が低い。^{[ 15 ]}したがって、自己着火性推進剤を使用するロケットは、これらの極低温燃料を使用するロケットよりも多くの燃料を搭載する必要がある。

従来の自己着火性燃料の腐食性、毒性、発がん性のため、高額な安全対策が必要となる。[ 16 ] [ 17 ]^{例えば、「悪魔の毒}」というあだ名で呼ばれる極めて危険なUDMH-硝酸推進剤混合物で適切な安全手順に従わなかったことが、史上最悪のロケット事故であるネデリン大惨事につながった。^{[ 18 ]}

一般的な自己着火性推進剤の組み合わせには以下が含まれます: ^{[ 19 ]}

• エアロジン50と四酸化二窒素（NTO）の混合物は_、タイタンIIやアポロ月着陸船の全エンジンなど、歴史的なアメリカのロケットで広く使用されている。エアロジン50は、 UDMH 50%と純粋なヒドラジン（ _N₂H₄ ） 50%の混合物である。^{[ 5 ]： 45}
• モノメチルヒドラジン（MMH）+ NTO は、小型エンジンやリアクションコントロールスラスタに使用されています。アポロ司令船および機械船RCS ^{[ 20 ]}、スペースシャトルOMSおよびRCS ^{[ 21 ]} 、アリアン 5 EPS ^{[ 22 ]} 、スペースX ドラゴン宇宙船で使用されているドラコスラスタ^{[ 23 ]}。
• トリエチルボラン/トリエチルアルミニウム（TEA-TEB）+液体酸素は、 SpaceX Merlin Engine FamilyやRocketdyne F-1などで使用されている、液体酸素を使用する一部のロケットエンジンの点火プロセスで使用されます。
• UDMH + NTOは、プロトン（ロケットファミリー）など、ロスコスモスによって頻繁に使用されており、アリアン1の第1段と第2段（UH 25に置き換えられた）や、ヴィカスエンジンを使用するISROロケットのためにフランスに供給されている。^{[ 24 ]}

あまり一般的ではない、あるいは廃止された自己着火性推進剤には以下のようなものがある。

• アニリン＋硝酸（不安定で爆発性がある）はWACコーポラルで使用されている。^{[ 25 ]}
• アニリン＋過酸化水素（粉塵に敏感、爆発性）
• フルフリルアルコール+赤色発煙硝酸–コペンハーゲンサブオービタルSPECTRAエンジン^{[ 26 ] [ 5 ]： 27}
• フルフリルアルコール＋発煙硝酸^{[ 5 ]： 27}
• ヒドラジン＋硝酸（毒性はあるが安定している）は、確実な点火が得られないため放棄された。この組み合わせのエンジンは量産されることはなかった。^{[ 27 ]}
• ガンマでは灯油 + (高濃度過酸化物 + 触媒) が使用され、過酸化物はまず触媒によって分解されます。冷たい過酸化水素と灯油は自己着火性ではありませんが、濃縮過酸化水素 (高濃度過酸化物または HTP と呼ばれる) を触媒に通すと、700 °C (1,300 °F)を超える温度で遊離酸素と水蒸気が発生し、これが灯油と自己着火します。^{[ 28 ]}  
• トンカ豆（TG-02、トリエチルアミン約50% 、キシリジン約50% ）は、通常、硝酸またはその無水一酸化窒素誘導体（ソ連ではAK-2xグループ）で酸化される。例えば、AK-20F（80% HNO₃_と20% N₂O₄、_阻害剤入り_）などである^{。[ 5 ]： 14-15、116}
• T-Stoff（安定化された80%以上の過酸化物）+ C-Stoff（メタノール、ヒドラジン、水、触媒）は、第二次世界大戦中のドイツのロケット戦闘機メッサーシュミットMe 163のWalter 109-509Aエンジンに使用されていた。 ^{[ 5 ]： 13}
• テレピン油＋赤色発煙硝酸（フランス製ディアマンA第1段に搭載）^{[ 29 ]}
• UDMH + 発煙硝酸は、MGM-52 ランスミサイルシステム、^{[ 30 ]}アジェナおよびエイブル上段、イサエフ製操縦エンジンに使用されています。^{[ 31 ]}

• 三フッ化塩素（ClF ₃）+既知のすべての燃料 – すべての標準燃料に対する高い自己着火性のため、酸化剤として一時的に検討されましたが、物質を安全に取り扱うことが困難であったため、1970年代に最終的に放棄されました。ClF ₃はコンクリートや砂利を燃やすことが知られています。^{[ 5 ] : 74}五フッ化塩素（ClF ₅）は同様の危険性がありますが、ClF _{3よりも高い}比推力を提供します。
• ペンタボラン(9)とジボラン + 四酸化窒素 – いわゆるジップ燃料であるペンタボラン(9)は、ソ連のロケット科学者VPグルシュコによって、 RD-270Mロケットエンジンで四酸化窒素と組み合わせて使用​​するために研究されました。この推進剤の組み合わせは性能を大幅に向上させるはずでしたが、毒性の懸念から最終的に断念されました。^{[ 32 ]}
• テトラメチルエチレンジアミンと発煙硝酸の混合物は、ヒドラジンとその誘導体に比べて毒性がやや低い代替物質である。
• トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）と水素化ホウ素ナトリウム（8重量％）＋過酸化水素は、ロケットエンジン用の環境に優しい自己着火性推進剤の組み合わせとして試験されている^{[ 33 ]}が、まだ飛行試験は行われていない。