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推進剤（または推進物質）とは、ニュートンの運動第三法則に従って推力またはその他の推進力を生み出し、車両、発射体、または流体ペイロードを「推進」するように噴射または膨張される物質のことです。車両では、推進剤を噴射するエンジンはリアクションエンジンと呼ばれます。技術的には推進剤は推力を生み出すために使用されるリアクション物質ですが、「推進剤」という用語は、リアクション物質と、リアクション物質を加速するために使用されるエネルギーを保持する燃料の両方を含む物質を表すためによく使用されます。たとえば、化学ロケットの設計では、「推進剤」という用語は、燃料と推進剤を組み合わせたものを表すためによく使用されますが、推進剤は、エンジンが推進剤を噴射するエネルギーを生成するために使用する燃料と混同してはなりません。燃料として使用される物質の副産物が、化学ロケットエンジンのように推力を生み出すための反応物質として利用されることも多いが、推進剤と燃料は2つの異なる概念である。
車両は、推進剤を後方に噴射することで、車両を前進させる逆方向の力を生み出し、推進剤を使って移動することができます。発射体は、膨張するガスである推進剤を使用して、発射体を動かすための推進力を得ることができます。エアゾール缶は、圧縮された流体である推進剤を使用しており、バルブを開放して推進剤を放出すると、圧縮によって蓄えられたエネルギーによって推進剤が缶から押し出され、その推進剤がエアゾールのペイロードを一緒に押し出します。圧縮された流体は、単純な車両の推進剤としても使用でき、圧縮された流体に蓄えられた位置エネルギーが、流体を推進剤として噴射するために使用されます。流体に蓄えられたエネルギーは、圧縮空気などの流体が圧縮されたときにシステムに加えられました。空気を圧縮するために使用されるポンプまたは熱システムに加えられたエネルギーは、推進剤を放出することによって解放されるまで蓄えられます。圧縮流体は、推進剤として他の物質と組み合わせてエネルギー貯蔵のみに使用される場合もある。例えば、水ロケットの場合、圧縮空気に蓄えられたエネルギーが燃料となり、水が推進剤となる。
電気推進宇宙船では、電気を使って推進剤を加速します。正イオンを放出するために静電気力を利用したり、負イオンと電子を推進剤として放出するためにローレンツ力を利用したりします。電気熱エンジンは、電磁力を使って低分子量ガス（水素、ヘリウム、アンモニアなど）をプラズマに加熱し、そのプラズマを推進剤として噴射します。抵抗加熱式ロケットエンジンの場合、圧縮された推進剤は噴射時に抵抗加熱によって加熱され、推力が増加します。
化学ロケットや航空機では、燃料を用いて高エネルギーガスを生成し、それをノズルを通して噴射することで推力を得ます。ロケットでは、ロケット燃料の燃焼によって排気ガスが発生し、その排気ガスは通常、推進剤としてノズルから加圧噴射されます。排気ガスは、気体、液体、プラズマ、固体など様々な形態をとります。ジェット機などのプロペラを持たない動力航空機では、推進剤は通常、燃料と大気中の酸素との燃焼によって生成されるため、生成される推進剤の質量は機体に搭載された燃料の質量よりも大きくなります。
提案されている光子ロケットは、光子の相対論的運動量を利用して推力を発生させる。光子は質量を持たないが、光速、すなわち相対論的速度で移動するため、推進剤として作用することができる。この場合、ニュートンの運動第三法則では関連する物理現象を適切にモデル化できず、相対論的物理学を用いる必要がある。
化学ロケットでは、化学反応によってエネルギーが生成され、そのエネルギーで流体が動き、その流体が推進剤として化学反応生成物（場合によっては他の物質も）を噴射します。例えば、単純な水素／酸素エンジンでは、水素が燃焼（酸化）されてH₂Oが生成され、その化学反応から得られたエネルギーが水（蒸気）を噴射して推力を生み出します。化学ロケットエンジンでは、反応質量を増やすために、燃料に分子量の大きい物質が添加されることがよくあります。
ロケット推進剤は、膨張ノズルから冷ガスとして、つまり、エネルギー的な混合や燃焼を経ずに噴射され、冷ガススラスタ（通常は姿勢制御スラスタ）を用いて宇宙船にわずかな速度変化を与えることができる。
貯蔵に適した密度を得るために、ほとんどの推進剤は固体または液体のいずれかの状態で貯蔵される。
ロケット推進剤とは、ロケットなどの乗り物から噴射され、ニュートンの運動第三法則に従って推力を生み出し、乗り物を前方に「推進」させる物質のことです。推進剤を噴射するエンジンは、反動エンジンと呼ばれます。化学ロケットの設計では、燃料と推進剤を組み合わせたものを指すのに「推進剤」という用語がよく使われますが、推進剤を噴射するためのエネルギーを生み出すためにエンジンが使用する燃料と、推進剤を混同してはいけません。化学ロケットエンジンのように、燃料として使用される物質の副産物が、推力を生み出すための反応物質として使われることもよくありますが、推進剤と燃料は2つの異なる概念です。
電気推進宇宙船では、電気を使って推進剤を加速します。正イオンを放出するために静電気力を利用したり、負イオンと電子を推進剤として放出するためにローレンツ力を利用したりします。電気熱エンジンは、電磁力を使って低分子量ガス（水素、ヘリウム、アンモニアなど）をプラズマに加熱し、そのプラズマを推進剤として噴射します。抵抗加熱式ロケットエンジンの場合、圧縮された推進剤は噴射時に抵抗加熱によって加熱され、推力が増加します。
化学ロケットや航空機では、燃料を用いて高エネルギーガスを生成し、それをノズルを通して噴射することで推力を得ます。ロケットでは、ロケット燃料の燃焼によって排気ガスが発生し、その排気ガスは通常、推進剤としてノズルから加圧噴射されます。排気ガスは、気体、液体、プラズマ、固体など様々な形態をとります。ジェット機などのプロペラを持たない動力航空機では、推進剤は通常、燃料と大気中の酸素との燃焼によって生成されるため、生成される推進剤の質量は機体に搭載された燃料の質量よりも大きくなります。
推進剤または燃料は、単に圧縮された流体である場合もあり、その場合、圧縮された流体に蓄えられた位置エネルギーが、流体を推進剤として噴射するために使用されます。流体に蓄えられたエネルギーは、圧縮空気のように、流体が圧縮されたときにシステムに加えられます。空気を圧縮するために使用されるポンプまたは熱システムに加えられたエネルギーは、推進剤を放出することによって解放されるまで蓄えられます。圧縮流体は、推進剤として他の物質とともにエネルギー貯蔵のみに使用される場合もあり、例えば、圧縮空気に蓄えられたエネルギーが燃料であり、水が推進剤である水ロケットなどがこれに該当します。
提案されている光子ロケットは、光子の相対論的運動量を利用して推力を発生させる。光子は質量を持たないが、光速、すなわち相対論的速度で移動するため、推進剤として作用することができる。この場合、ニュートンの運動第三法則では関連する物理現象を適切にモデル化できず、相対論的物理学を用いる必要がある。
化学ロケットでは、化学反応によってエネルギーが生成され、そのエネルギーで流体が動き、その流体が推進剤として化学反応生成物（場合によっては他の物質も）を噴射します。例えば、単純な水素／酸素エンジンでは、水素が燃焼（酸化）されてH₂Oが生成され、その化学反応から得られたエネルギーが水（蒸気）を噴射して推力を生み出します。化学ロケットエンジンでは、反応質量を増やすために、燃料に分子量の大きい物質が添加されることがよくあります。
ロケット推進剤は、膨張ノズルから冷ガスとして、つまり、エネルギー的な混合や燃焼を経ずに噴射され、冷ガススラスタ（通常は姿勢制御スラスタ）を用いて宇宙船にわずかな速度変化を与えることができる。
貯蔵に適した密度を得るために、ほとんどの推進剤は固体または液体のいずれかの状態で貯蔵される。
推進剤は、化学反応によってエネルギーを得て、固体、液体、または気体を噴射することができる。電気エネルギーは、気体、プラズマ、イオン、固体、または液体を噴射するために使用できる。光子は、相対論的運動量を介して推力を得るために使用できる。
作動中に爆発する推進剤は、パルスデトネーションエンジンの実験は行われているものの、現状では実用上ほとんど役に立たない。また、新たに合成されたビスホモキュバン系化合物は、将来の固体および液体推進剤として研究段階で検討されている。[ 1 ] [ 2 ]
固体燃料／推進剤は、グレインと呼ばれる形態で使用されます。グレインとは、大きさや形状に関係なく、燃料／推進剤の個々の粒子を指します。グレインの形状と大きさによって、燃焼時間、ガス量、燃料燃焼によるエネルギー生成速度が決まり、結果として推力と時間の関係が決定されます。
異なる粒度を用いることで、3種類の燃焼状態を実現できる。
固体燃料／推進剤の組成には、以下の4種類があります。
ロケットでは、主に3種類の液体二液推進剤の組み合わせが使用されています。極低温酸素と水素、極低温酸素と炭化水素、そして貯蔵可能な推進剤です。[ 3 ]
液体燃料ロケットに使用される推進剤の組み合わせには、以下のようなものがあります。
液体ロケットエンジンに一般的に使用される単一推進剤には、以下のようなものがある。
電気駆動式の反応エンジンは、原子イオン、プラズマ、電子、あるいは微小な液滴や固体粒子など、通常はイオン化された様々な推進剤を推進剤として使用する。
加速が主にクーロン力（すなわち、加速方向への静電場の印加）によって引き起こされる場合、その装置は静電式とみなされます。静電駆動装置の種類とその推進剤：
これらは、推進剤として使用されるプラズマを生成するために電磁場を使用するエンジンです。ノズルを使用して、エネルギーを与えられた推進剤を噴射します。ノズル自体は、単に磁場で構成されている場合があります。この種のシステムには、低分子量ガス（水素、ヘリウム、アンモニアなど）が好ましい推進剤です。[ 6 ]
電磁推進器は、推進剤としてイオンを使用し、イオンはローレンツ力または磁場によって加速される。これらの力と磁場はいずれも電気によって生成される。
推進剤の噴射に必要なエネルギーは、核反応を利用して生成することができます。上記のように、電気推進用の電力を生成するために、多くの種類の原子炉が使用または提案されています。核パルス推進では、一連の核爆発を利用して大量のエネルギーを生成し、核反応生成物を推進剤として噴射します。核熱ロケットは、核反応の熱を利用して推進剤を加熱します。推進力は推進剤の質量に関係なくエネルギーの関数であるため、通常、推進剤は水素です。したがって、最も軽い推進剤（水素）が最大の比推力を生み出します。
光子反応エンジンは、推進剤として光子を用い、光子の離散的な相対論的エネルギーを利用して推力を発生させる。
圧縮流体または圧縮ガス推進剤は、化学反応ではなく、圧縮機によって物理的に加圧されます。達成可能な圧力とエネルギー密度は、高性能ロケットや銃器には不十分ですが、ほとんどの用途には十分であり、その場合、圧縮流体はよりシンプルで安全かつ実用的な推進剤圧力源となります。
圧縮流体推進剤とは、単に加圧された気体、あるいは大気圧下では気体であるが、加圧下で液体として貯蔵された物質を指す場合がある。
高圧洗浄やエアブラシ塗装など、大量の噴射剤を使用する用途では、コンプレッサーで空気を加圧し、すぐに使用することができます。また、手動ポンプによる空気圧縮は、噴霧器、植物用ミスト噴霧器、水ロケットなどのローテクな用途において、その簡便さから利用できます。このようなシステムの最もシンプルな例は、ケチャップやシャンプーなどの液体を入れるためのスクイーズボトルです。
しかし、圧縮ガスは貯蔵容器内で液化しない場合、貯蔵推進剤としては実用的ではない。なぜなら、相当量のガスを貯蔵するには非常に高い圧力が必要であり、高圧ガスボンベや圧力調整器は高価で重いからである。
液化ガス推進剤は、大気圧下では気体ですが、適度な圧力で液体になります。この圧力は、ペイロード（例えば、エアゾール塗料、消臭剤、潤滑剤など）を効果的に推進させるのに十分な高さでありながら、安価な金属缶に保管できるほど低く、缶が破裂した場合でも安全上の危険をもたらさないように設計されています。
缶内部の液体と気体の推進剤の混合物は、液体の蒸気圧と呼ばれる一定の圧力を維持します。ペイロードが消費されるにつれて、推進剤は気化して缶の内部容積を満たします。液体は通常、大気圧下では対応する気体の500～1000倍の密度があります。缶内部の高圧下でも、ペイロードを射出して蒸気で置き換えるには、缶の容積のごく一部が推進剤であるだけで十分です。
液体推進剤を気化させるには、蒸発エンタルピーと呼ばれるエネルギーが必要であり、この過程でシステムが冷却されます。通常、この冷却効果はごくわずかですが、使用頻度が高い場合には望ましくない影響となることがあります（システムが冷却されるにつれて、推進剤の蒸気圧が低下するため）。しかし、凍結スプレーの場合、この冷却効果は望ましい効果に貢献します（ただし、凍結スプレーには、推進剤よりも蒸気圧は低いものの蒸発エンタルピーが高いクロロエタンなどの他の成分が含まれている場合もあります）。
クロロフルオロカーボン（CFC）はかつて噴射剤としてよく使われていましたが、 [ 7 ] 1989年にモントリオール議定書が発効して以来、CFCが地球のオゾン層に及ぼす悪影響のため、ほぼすべての国で代替されています。CFCの最も一般的な代替品は、揮発性炭化水素の混合物で、典型的にはプロパン、n-ブタン、イソブタンです。[ 8 ]ジメチルエーテル（DME）とメチルエチルエーテルも使用されています。これらはすべて可燃性という欠点があります。亜酸化窒素と二酸化炭素も、食品（例えば、ホイップクリームやクッキングスプレー）を噴射する噴射剤として使用されています。喘息吸入器などの医療用エアロゾルには、ハイドロフルオロアルカン（HFA）が使用されています。HFA 134a（1,1,1,2-テトラフルオロエタン）またはHFA 227（1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン）、あるいはその2つの組み合わせです。近年では、比較的低い蒸気圧、低い地球温暖化係数（GWP）、および不燃性のため、液体ハイドロフルオロオレフィン（HFO）噴射剤がエアロゾルシステムでより広く採用されるようになりました。[ 9 ]
液化ガス推進剤の実用性により、多種多様なペイロードが可能になります。液体をスプレー状に噴射するエアゾールスプレーには、塗料、潤滑剤、脱脂剤、保護コーティング剤、消臭剤などのパーソナルケア製品、食用油などがあります。ホイップクリームやシェービングクリーム、シェービングジェルなど、推進剤の圧力が低い、またはペイロードの粘性が高いため、スプレーできない液体ペイロードもあります。BBガン、ペイントボールガン、エアソフトガンなどの低出力銃は、固体の発射体ペイロードを使用します。ガスダスター（「缶入りエア」）の場合、ペイロードは推進剤蒸気自体の速度のみであるという点が特異です。
コーツ氏は続けて、「今日、化学液体ロケットに一般的に使用されている最も効率的な燃料と酸化剤の組み合わせは、水素 (燃料) と酸素 (酸化剤) です。この 2 つの元素は比較的単純で、組み合わせると簡単に燃焼します。さらに良いことに、反応の結果は単純な水です。」
精製石油はロケットの推力発生燃料として最も効率的ではないが、推力発生の不足を密度で補っている。RP-1 は、同じ推力を車両に与えるのに必要な体積が少なく、体積が少ないということは、ステージのサイズが小さくなることを意味する。... ブースターステージが小さいということは、車両が海面近くから離陸し、地球付近のより密度の高い (厚い) 大気圏を加速して上昇する際の空気抵抗が大幅に少なくなることを意味する。ブースターステージが小さい結果、大気圏の最も厚い部分をより効率的に上昇することができ、軌道に持ち上げられる正味質量を向上させるのに役立つ。
家庭用冷蔵庫、空調システム、エアゾール式
殺虫剤
の
DDT
キャリア
として使用されているフロン化合物は、二酸化炭素よりも消火効果が高いことがわかっています。
