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モノプロペラント[ 1 ]は、発熱化学分解によってエネルギーを放出する化学物質からなる推進剤です。モノプロペラントの分子結合エネルギーは、通常、触媒の使用によって放出されます。これは、酸化剤と燃料の間の化学反応によってエネルギーを放出するバイプロペラントとは対照的です。モノプロペラントは、規定の保管条件下では安定していますが、他の特定の条件下では非常に急速に分解し、機械的仕事を行うための大量の高エネルギー（高温）ガスを生成します。銃器で最も一般的に使用される推進剤であるニトロセルロースなどの固体爆燃剤はモノプロペラントと考えることができますが、この用語は通常、工学文献では液体に限定されています。[ 2 ]
単一推進剤[ 3 ]の最も一般的な用途は、低推力単一推進剤ロケットモーター[ 4 ]、例えばリアクションコントロールスラスタなどであり、通常の推進剤はヒドラジン[ 5 ] [ 6 ]で、これは一般的にイリジウム[ 7 ] [ 8 ]触媒床にさらすことで分解されます(反応物を液体に保つためにヒドラジンは予熱されます)。この分解により、所望の高温ガスのジェットが生成され、推力が得られます。過酸化水素[ 9 ]は、第二次世界大戦中のドイツのV-2ロケットやアメリカのレッドストーン[ 10 ]のようなロケットの推進剤タンクポンプの動力源として使用されてきました。過酸化水素は、白金触媒メッシュ[ 9 ]を通過するか、二酸化マンガンを含浸させたセラミックビーズと接触するか、Z-Stoff 過マンガン酸塩溶液が共注入され、過酸化水素が高温の蒸気と酸素に分解されます。
単一推進剤は、一部の非大気依存推進システム（AIP）において、自由酸素が利用できない環境で往復動エンジンやタービンエンジンに燃料を供給するためにも使用されます。原子力潜水艦同士の戦闘を主目的とした兵器は、一般的にこのカテゴリーに分類されます。この場合、最も一般的に使用される推進剤は、安定化プロピレングリコールジニトラート（PGDN ）であり、「オットー燃料」と呼ばれることもあります。推進に直接関係しない単一推進剤の将来的な用途としては、水中または大気圏外環境向けの小型高出力発電所が挙げられます。
1950年代から1960年代にかけて、米国ではより高性能で高エネルギーな単一推進剤の開発を目指した研究が数多く行われた。しかし、研究者たちは概して、二成分推進剤に匹敵するエネルギーを持つ単一物質は、実用条件下では安全に取り扱うには不安定すぎるという結論に至った。現在、新たな材料、制御システム、そして高性能スラスタへの要求の高まりを受け、技術者たちはこの前提を再検討している。
部分的にニトロ化されたアルコールエステルの多くは、単一推進剤として適しています。「トリメチレングリコールジニトラート」または1,3-プロパンジオールジニトラートはPGDNの異性体であり、最も厳密な実験条件下以外では副産物として少量生成されます。この化合物の比重（したがってエネルギー密度）がわずかに低いことから、その使用は推奨されませんが、化学的なわずかな違いが将来的に有用となる可能性があります。
関連化合物である「ジニトロジグリコール」（現代の表記ではジエチレングリコールジニトラートとより正確に呼ばれる）は、第二次世界大戦中のドイツで、液体推進剤として単独で、またニトロセルロースとのコロイド状で固体推進剤として広く使用された。この化合物は、安定性が高く、製造が容易で、エネルギー密度が非常に高いという望ましい特性を持つが、凝固点が高い（-11.5℃）ことと、顕著な熱膨張を示すことが欠点であり、どちらも宇宙船では問題となる。「ジニトロクロロヒドリン」と「テトラニトロジグリセリン」も候補として考えられるが、現在使用されている例は知られていない。長鎖炭化水素および芳香族炭化水素のポリニトラートは、常に室温で固体であるが、多くは単純なアルコールまたはエーテルに高濃度で溶解し、この状態で有用である可能性がある。
ヒドラジン[ 6 ] [ 11 ]、酸化エチレン[ 12 ] 、過酸化水素（特に第二次世界大戦中のドイツのT-Stoffとして）[ 13 ] 、ニトロメタン[ 14 ]は、一般的なロケット用単推進剤である。単推進剤の比推力は二成分推進剤よりも低い[ 3 ] [ 15 ]ことが指摘されており、空軍化学平衡比推力コードツール[ 16 ]で確認できる。
開発中の新しい単一推進剤の 1 つは亜酸化窒素で、純粋な状態と亜酸化窒素燃料混合物の両方があります。亜酸化窒素は自己加圧性があり、比較的毒性が低く、比推力が過酸化水素とヒドラジンの中間であるという利点があります。[ 17 ]亜酸化窒素は 分解時に酸素を生成し、燃料と混合して比推力が最大 325秒の単一推進剤混合物を形成することが可能で、これは自己着火性二成分推進剤に匹敵します。[ 18 ] 2018 年に、亜酸化窒素で使用するための新しい貴金属触媒であるアルミナ球上の酸化ロジウムが発明されました。これは、純粋なロジウムやイリジウムよりも高温で安定しています。[ 19 ]
過酸化水素、硝酸ヒドロキシルアンモニウム（HAN）、ヒドラジン、および各種冷気単推進剤の物理的特性、性能、コスト、貯蔵性、毒性、貯蔵要件、および偶発的放出対策を直接比較すると、比推力に関してはヒドラジンが最も優れた性能を示すことがわかります。しかし、ヒドラジンは最も高価で毒性も高いです。さらに、HANと過酸化水素は密度推力（単位体積あたりの総推力）が最も高いです。[ 20 ]
単一の物質、特に液体からなるロケット推進剤で、第二の物質を添加することなくロケット推力を発生させることができるもの。