Нетоксичное долгохранимое топливо.

[Bell]

Тут интересный нюанс, кстати.
99% современной неорганической химии это химия ВОДНЫХ растворов. Ну может 95, но тут уже потребуется обоснование.
А потому все наши привычные представления основаны именно на химии водных растворов. А ведь кроме воды есть иные полярные растворители, например жидкие аммиак или фтороводород. Проблема в том, что только вода, суть кислородоводород, является  амфотерным, то есть сравнительно равнозначным растворителем для кислот и оснований. А все остальное либо более щелочное, либо более кислотное. И при этом именно вода - крайне, чрезвычайно распространенное химическое соединение в природе, в отличие от ближайжих конкурентов-растворителей.
Чудеса случаются, мы просто их не замечаем...

Это было про эвтектику воды и спирта изначально  )))

[Prokrust]

Аммиак+перекись воды, сладкий тракт, давление 220, соотношение 3.0, пустотный УИ = 360
Эта пара не ядовита и даже сильной кислоты в компонентах нет. Учитывая что наша космонавтика уже очень долго работает с перекисью, проблем не ожидается.

Обратил внимание на диметиловый эфир (изомер этилового спирта). Трюк с аммиаком, когда аммиак крутит ТНА, доступен и для ДМЭ. У ДМЭ нет углеродной связи, значит им тоже можно крутить турбинку. А перекись просто впрыскивается в камеру сгорания.
Как и для предыдущего расчета, для схемы газ-газ, при коэф.расширения 80, получаемый от propep УИ примерно на 12 выше чем реализуемый.
Итак ДМЭ+перекись воды, сладкий тракт, давление 180 бар, соотношение 4.4, пустотный УИ = 365.
Соотношение с окислителем выше, тем не менее удалось выжать 180 бар, при теплоемкости ДМЭ 2.67 Дж/г при 500*С.
Это топливо полностью соответствует теме! Оба компонента не ядовиты. Пустотный УИ в реале можно получить не менее 350 - как и у Мерлина.

[Буцетам]

Обратил внимание на диметиловый эфир

Попробуйте метилформиат, этилформиат и этилацетат. 
У метилформиата чудовищная плотность: уже при 0°С - 1,003 г/см3, а при переохлаждении до температуры близкой к точке замерзания, по моим подсчётам, будет 1,3 г/см3. 
Оптимальное соотношение с кислородом должно быть где-то 1,5, но в моей программе этого вещества нет, не посчитать

[Буцетам]

Ого! Заменил метилформиат смесью муравьиной кислоты и этилена, молярное соотношение 2:1. Получился УИ пониже аммиачного секунд на 20. Но оптимальное соотношение компонентов НИЖЕ аммиачного! У аммиака 1,4:1, а у метилформиата 1:1. Какое там будет давление на сладком цикле и представить страшно
И напоминаю: плотность у охлаждённого метилформиата 1,3. Плотность охлаждённого кислорода тоже 1,3. В итоге и плотность топлива 1,3. Это рекорд, больше чем у вонючки! А если в кислород подмешать озона процентов 30, то УИ растёт на 8 секунд, плотность где-то та же (может чуть меньше, кислород при температуре кипения потому что)

[Трилобит]

Ого! Заменил метилформиат смесью муравьиной кислоты и этилена, молярное соотношение 2:1. Получился УИ пониже аммиачного секунд на 20. Но оптимальное соотношение компонентов НИЖЕ аммиачного! У аммиака 1,4:1, а у метилформиата 1:1. Какое там будет давление на сладком цикле и представить страшно
И напоминаю: плотность у охлаждённого метилформиата 1,3. Плотность охлаждённого кислорода тоже 1,3. В итоге и плотность топлива 1,3. Это рекорд, больше чем у вонючки! А если в кислород подмешать озона процентов 30, то УИ растёт на 8 секунд, плотность где-то та же (может чуть меньше, кислород при температуре кипения потому что)

Будете паспорт менять на меформокс в честь новой чудосмеси? 

[Буцетам]

На том же окислителе (0₂70%/О₃30%) и этилформиате, УИ растёт на 14 секунд! Можно даже озон убрать, и всё равно будет на 5 секунд выше чем у метилформата. 
Плотность у этилформиата ниже, но всё равно высокая, где-то 1,2.  В итоге плотность топлива выйдет примерно 1,25 как у вонючки. Соотношение компонентов 1,5:1

[Буцетам]

меформокс

Я как распробовал 1,4-бутандиол, так с него и не слезаю Так что старина Буцетам останется Буцетамом, а новые композици они пусть для молодых-шутливых будут

[Буцетам]

Во, мне новая идея пришла: миксануть этилформиат с этилацетатом в эвтектику. Температура плавления упадёт градусов на 20, плотность приподнимется, УИ за счёт этилацетата тоже приподнимется. Но это уже завтра))

[Буцетам]

Ну что, я всё-таки не удержался, миксанул)
Не знаю какая там эвтектика, взял мольное соотношение 50/50. УИ подрос на 6 секунд, соотношение О/Г поднялось с 1,5 до 1,65, что всё ещё располагает к высоким давлениям в районе 300 атм. на сладком цикле. Ожидаемая средняя плотность топлива с кислородом - 1,2. УИ должен быть секунд на 10 пониже керосинового. 
Очень хороший достойный кандидат для сладкого цикла, не забываем что такая горючка ещё и будет эндотермически разлагаться в рубашке охлаждения на кислоты и этилен, охлаждающие свойства высокие.
Поскольку у одного вещества запах малины и рома, у второго запах цветочно-сивушный, назвать смест предлагаю Лесной водкой (по аналогии с Царской водкой, Крепкой водкой и т.д.)

[Буцетам]

Даа, действительно мощный состав. Даже при сгорании в богатой смеси не образуется сажа, только этилен и немного ацетилена. Не факт что в очень богатой смеси в реальном газогенераторе не будет сажи, но по крайней мере перспектива такая имеется. И плотность! Плотность 1,2 не забывайте, при УИ выше вонючки

[torazurey]

Ну что, я всё-таки не удержался, миксанул)

На основе анализа предоставленных постов с форума и приложенного PDF-файла1, можно составить следующую критику предложенных составов ракетного топлива:
Общие замечания

• Отсутствие расчетов: Автор полагается на оценки ("по моим подсчётам", "где-то", "должно быть") и данные из "своей программы", но не приводит никаких конкретных расчетов или ссылок на общепринятые инструменты (например, NASA CEA - Chemical Equilibrium with Applications) для термодинамического расчета параметров ракетных топлив (удельный импульс, температура в камере, состав продуктов сгорания). Это делает все заявленные значения удельного импульса (УИ) и оптимальных соотношений компонентов (О/Г) предварительными и требующими проверки.
• Спекулятивные оценки плотности: Заявленные значения плотности для охлажденных компонентов и итоговой плотности топлива вызывают большие сомнения.

Критика по конкретным предложениям
1. Метилформиат (Посты 1, 2)

• Плотность:
  
  • Плотность метилформиата при 0°C действительно около 1,00 г/см³, но оценка плотности при переохлаждении в 1,3 г/см³ выглядит крайне завышенной и необоснованной. Стандартная плотность жидкого кислорода около 1,14 г/см³, а не 1,3 г/см³, как утверждает автор во втором посте. Следовательно, итоговая плотность топливной пары метилформиат/кислород не может достигать 1,3 г/см³, особенно учитывая, что плотность метилформиата при температуре кипения кислорода будет значительно ниже 1,0 г/см³. Реальная средняя плотность будет зависеть от соотношения компонентов, но будет заметно ниже 1,3 г/см³.
• Замена смесью (Пост 2): Замена метилформиата смесью муравьиной кислоты и этилена (2:1 молярно) для расчета УИ некорректна. Химическое равновесие и кинетика горения реального вещества и смеси его предполагаемых компонентов могут существенно отличаться. Расчеты следует проводить для самого метилформиата.
• Оптимальное соотношение О/Г: Заявленное О/Г = 1:1 для метилформиата с кислородом кажется очень низким (стехиометрическое соотношение для полного сгорания до CO₂ и H₂O составляет примерно 1,067 по массе). Обычно оптимальное по УИ соотношение несколько богаче стехиометрического, но 1:1 выглядит правдоподобно для чистого метилформиата. Сравнение с аммиаком (О/Г 1,4:1, что близко к реальности для УИ) требует точных расчетов.
• Давление в "сладком цикле": Низкое О/Г действительно может приводить к более низким температурам в газогенераторе, что потенциально позволяет достичь более высоких давлений. Однако состав продуктов сгорания при таком богатом соотношении требует отдельного анализа (см. ниже про сажу).

2. Этилформиат (Пост 3)

• Плотность: Плотность этилформиата при стандартных условиях ниже, чем у метилформиата (около 0,92 г/см³). Оценка охлажденного до 1,2 г/см³ также выглядит завышенной. Итоговая плотность топлива с кислородом (или смесью с озоном) в 1,25 г/см³ более реалистична, чем 1,3 для метилформиата, но все равно требует расчета, исходя из реальных плотностей компонентов при рабочих температурах и выбранного О/Г (1,5:1).
• Удельный импульс: Заявленный рост УИ по сравнению с метилформиатом (+14 секунд с озоном, +5 секунд без озона) требует подтверждения расчетами. Теоретически возможно, так как этилформиат имеет несколько большую теплоту сгорания на единицу массы.
• Озон: Добавка 30% озона к кислороду действительно значительно повышает УИ, но сопряжена с огромными практическими трудностями: озон крайне нестабилен, токсичен, агрессивен к материалам и склонен к взрывному разложению. Использование таких смесей требует специальных технологий и материалов.

3. Смесь Этилформиат/Этилацетат (Посты 4, 5, 6)

• Эвтектика: Идея создания эвтектической смеси для понижения температуры плавления здравая, но конкретный состав (50/50 мольных) не обязательно является эвтектическим. Для определения эвтектики требуется построение фазовой диаграммы системы.
• Плотность: Заявленная итоговая плотность топлива 1,2 г/см³ (с кислородом, О/Г=1,65) требует проверки. Плотность этилацетата (около 0,90 г/см³) ниже, чем у этилформиата, что может не способствовать "приподнятию" плотности смеси по сравнению с чистым этилформатом, хотя нелинейные эффекты при смешивании возможны.
• Удельный импульс: Рост УИ на 6 секунд при добавлении этилацетата и повышении О/Г до 1,65 требует расчета. Сравнение "секунд на 10 пониже керосинового" является качественной оценкой, требующей количественного подтверждения.
• Эндотермическое разложение (Охлаждение): Утверждение об эндотермическом разложении на "кислоты и этилен" в рубашке охлаждения частично подтверждается приложенным исследованием по горению этилацетата1. В статье показано, что одним из основных путей распада этилацетата (особенно в богатых смесях) является унимолекулярный распад на уксусную кислоту и этилен1. Аналогичный распад можно ожидать и для этилформиата (на муравьиную кислоту и этилен). Эндотермичность этого распада действительно может улучшить охлаждающие свойства горючего. Однако, образование кислот (муравьиной, уксусной) создает серьезные проблемы коррозии материалов двигателя, особенно при высоких температурах в рубашке охлаждения.
• Отсутствие сажи (Пост 6): Утверждение об отсутствии сажи при сгорании в богатой смеси ("только этилен и немного ацетилена") является очень оптимистичным и, вероятно, неточным для условий реального газогенератора ("сладкий цикл"). Приложенное исследование горения этилацетата1 показывает образование ацетилена (C₂H₂), особенно в богатых смесях, и отмечает сложности моделирования его концентрации. Ацетилен является одним из ключевых прекурсоров образования сажи при высоких температурах. Хотя сложные эфиры менее склонны к сажеобразованию, чем, например, керосин, полное отсутствие сажи в очень богатых смесях при высоких давлениях маловероятно и требует экспериментальной проверки. Исследование также упоминает образование других углеводородов и промежуточных продуктов (метан, этан, формальдегид, ацетальдегид, кетен)1.

Итог
Предложения автора демонстрируют творческий подход к поиску новых компонентов ракетного топлива с акцентом на высокую плотность и потенциальное использование в двигателях закрытой схемы. Однако:

• Оценки ключевых параметров (плотность, УИ) носят спекулятивный характер и требуют строгой проверки с использованием стандартных методик расчета и справочных данных по свойствам веществ при криогенных температурах. Заявленные значения плотности охлажденных горючих и особенно кислорода (1,3 г/см³) выглядят нереалистичными.
• Практические аспекты использования озона недооценены.
• Проблемы коррозии, связанные с разложением эфиров на кислоты при охлаждении, не упомянуты.
• Заявление об отсутствии сажи в богатых смесях является слишком оптимистичным, противоречит известным механизмам сажеобразования и косвенно данным из приложенного исследования1 о наличии прекурсоров сажи (ацетилена).
• Приложенный PDF1 касается только горения этилацетата в пламени при атмосферном давлении и не содержит данных по УИ, плотности криогенных жидкостей или поведению в условиях ракетного двигателя (высокие давления, экстремальные температуры). Однако он подтверждает механизм разложения с образованием кислоты и этилена и указывает на сложность продуктов горения в богатых смесях, включая ацетилен.

Для серьезного рассмотрения предложенных топливных композиций необходимы детальные термодинамические расчеты, оценка физико-химических свойств при рабочих температурах и давлениях, анализ совместимости с конструкционными материалами и, в конечном итоге, экспериментальная проверка.

[Буцетам]

Спекулятивные оценки плотности: Заявленные значения плотности для охлажденных компонентов и итоговой плотности топлива вызывают большие сомнения.

Эхехе, старина ИИ тут как тут
Что ж, посмотрим что он приготовил

Плотность:

• Плотность метилформиата при 0°C действительно около 1,00 г/см³, но оценка плотности при переохлаждении в 1,3 г/см³ выглядит крайне завышенной и необоснованной. Стандартная плотность жидкого кислорода около 1,14 г/см³, а не 1,3 г/см³, как утверждает автор во втором посте. Следовательно, итоговая плотность топливной пары метилформиат/кислород не может достигать 1,3 г/см³, особенно учитывая, что плотность метилформиата при температуре кипения кислорода будет значительно ниже 1,0 г/см³.

Ну блин, тов. ИИ не выспался что ли? Я вот не выспался...так вот, я нигде не писал что у кислорода плотность 1,3 БЕЗ переохлаждения. Наоборот, я указал что оба комплнента переохлажденные, и тогда у кислорода 1,3. А по метилформиату кстати да, действительно ошибка. Пересчитал по таблице плотностей, при температуре замерзания (≈-100°С) получается околр 1,14 г/см3. При соотношении О/Г 1:1 плотность топлива 1,22 (кислород переохлаждённый 1,3 г/см3). Тоже в общем-то немало, но УИ низкий, да и при метаболизме получается метиловый спирт, плохо для зрения.
Я с этой мыслью "переспал" и теперь эвтектика "этилформиат/этилацетат" кажется мне единственным удачным вариантом в этой группе веществ.

[Буцетам]

Кстати, вопрос к ИИ: обнаружился ещё один перспективный класс: диалкилформамиды. Например диметилформамид. Плотность при 20°С 0,948г/см3 - выше чем у этилацетата и этилформиата, температура плавления -61, можно рассчитывать на неплохую смешиваемость с ними (вещества полярные), или на наличие эвтектики. 
Метаболизм: "Известно, что диметилформамид метаболизируется у человека путем последовательного N-деметилирования до метилформамида и формамида, которые в значительной степени выводятся с мочой". По крайней мере, несмотря на то что это -метил, метилового спирта не образуется, уже хорошо
А ещё, судя по строению молекулы (азот располагается как в третичных аминах) диметилформамид может дать самовоспламенение с N2O4 или с озоном. Опять вылезает смесь 30% О3 и 70% О2, это перспективный окислитель.

Озон: Добавка 30% озона к кислороду действительно значительно повышает УИ, но сопряжена с огромными практическими трудностями: озон крайне нестабилен, токсичен, агрессивен к материалам и склонен к взрывному разложению. Использование таких смесей требует специальных технологий и материалов.

Вот с этим согласиться не могу. То что он токсичен это неважно, потому что с озоном (я так раньше писал в этой теме) будет смесь в отдельном бачке для запуска ("пусковой окислитель"). В осномном баке "О" чистый кислород, так что беспокоиться об утечке именно озона из маленького пускового бачка, это ну не очень оправданно, вероятность мала. 
А то что "нестабилен" и "взрывное разложение", так это для богатых смесей, 70% озона и 30% кислорода - действительно нестабильная смесь. А 30% озона и 70% кислорода не взрывается. А расходоваться "пусковой окислитель" будет в жидком видеч без кипения, взрывов не будет

[Буцетам]

У диметилформамида скорее всего сильно растёт вязкость при охлаждении (Кларк в Ignition что-то такое писал про другие азотистые соединения), поэтому на чистом лететь не получится, надо разбавлять чем-то менее вязким. В общем, как итог всех этих изысканий, я бы предложил смесь 40%/60% диметилформамид/этилацетат. Температура от -60 до -80 (зависит от растворимости и вязкости). При таких температурах плотность этилацетата около 1-1,02 г/см3. У диметилформамида плотность должна быть повыше, но наверное меньше 1,1г/см3. Плотность топлива можно ожидать на уровне 1,15-1,2 г/см3. Что-то такое в общем...высокоплотное топливо с УИ выше чем у гептила и возможностью самовоспламенения

[Буцетам]

Диэтилформамид, это возможно более "зелёный" вариант с болеее низкой токсичностью чем у диметилформамида. И температура плавления у него вроде как ниже: -78°С. Но сильно ниже плотность: 0,908 вместо 0,948 и непонятно что там с вязкостью. А вот УИ обещает быть повыше. Тогда у нас 2 варианта:
1. смесь "этилформиат/диметилформамид" для более высокой плотности
2. смесь "этилацетат/диэтилформамид" для более высокого УИ

[Буцетам]

А вы хоть представляете какую среднюю плотность топлива можно получить в паре у Смеси 1 с N2O4? Что-то даже и представить сложно
Для капсул типа Дракона будет самое то, "density ISP" высочайший. И да, с N2O4 тоже можно ожидать самовоспламенения (раз азот в положении третичного амина)

[Prokrust]

Обратил внимание на диметиловый эфир (изомер этилового спирта). Трюк с аммиаком, когда аммиак крутит ТНА, доступен и для ДМЭ. У ДМЭ нет углеродной связи, значит им тоже можно крутить турбинку. А перекись просто впрыскивается в камеру сгорания.
Как и для предыдущего расчета, для схемы газ-газ, при коэф.расширения 80, получаемый от propep УИ примерно на 12 выше чем реализуемый.
Итак ДМЭ+перекись воды, сладкий тракт, давление 180 бар, соотношение 4.4, пустотный УИ = 365.
Соотношение с окислителем выше, тем не менее удалось выжать 180 бар, при теплоемкости ДМЭ 2.67 Дж/г при 500*С.
Это топливо полностью соответствует теме! Оба компонента не ядовиты. Пустотный УИ в реале можно получить не менее 350 - как и у Мерлина.

Я хочу подытожить свой поиск.
Искал топливо которое может использовать кто-то поменьше государства или корпорации, с меньшими возможностями. Нужно такое топливо с которым просто работать. Таким образом ядовитое топливо отваливается. Мало применимо и такое топливо как диокисид азота в качестве кислого тракта - это сложно.
И конечно хотелось бы иметь сравнимые характеристики с открытым движком Мерлин.
Чтож, я нашел. Чистая перекись воды и диметиловый эфир. Секрет в том, что перекись воды в движке разлагается только в камере сгорания, а основную работу в ТНА делает ДМЭ.
Однако движок не такой уж простой, нужно сделать зажигание как в ТНА, так и в камере сгорания.
Есть альтернатива!
Диметиловый эфир крайне взрывоопасен с закисью азота. То есть на них возможно самовоспламенение.
В списке темы эта пара давно стоит, круг замкнулся.
Соотношение ДМЭ с закисью будет 5.7. У закиси азота меньше плотность чем у перекиси воды, требуется больше энергии на сжатие. В результате на сладком тракте с ДМЭ можно получить давление в камере на ~130 бар.
Я такой результат по давлению получил при теплоемкости диметилового эфира в 2.67 Дж/г при 500*С, взяв формулу расчета с одного сайта, у кого есть информация об этом - напишите пожалуйста.
Итак, пустотный УИ будет 325.
Сравнивая с Мерлином.
Давление в камере примерно аналогично.
Пустотный УИ 325, ниже на 25 чем у Мерлина
Земной УИ будет где-то 265, на 15 ниже чем у Мерлина.
Движок проще благодаря самовоспламенению.
Движок не придется чистить от копоти для повторного применения - диметиловый эфир не имеет углеродной связи.
PS.
Должен сказать снижение пустотного УИ достаточно сильно бьет по конечной грузоподъемности, навскидку при постройке ракеты аналогичной Фалкон, на НОО будет выводится 3/4 от того что выводит Фалкон.
Однако движки должны быть значительно дешевле по себестоимости и по эксплуатации. Так что по цене можно посоревноваться.
Альтернатива закиси азота - перекись воды, на ней выведется груза даже несколько больше, чем используя Мерлин. Возможно и там систему зажигания можно сделать не сложной.

[Буцетам]

Диметиловый эфир крайне взрывоопасен с закисью азота. То есть на них возможно самовоспламенение

Но это же неправда! Закись азота вообще никакущий окислитель сама по себе, у неё нет окислительных свойств. И только после значительного нагрева окислительные свойства появляются. Например в цилиндре двигателя, когда смесь воспламеняется искрой (искра это пробой, плазменный разряд с высокой температурой). А искровое зажигание это не гипергольность, понимаете? 

[Prokrust]

Диметиловый эфир крайне взрывоопасен с закисью азота. То есть на них возможно самовоспламенение

Но это же неправда! Закись азота вообще никакущий окислитель сама по себе, у неё нет окислительных свойств. И только после значительного нагрева окислительные свойства появляются. Например в цилиндре двигателя, когда смесь воспламеняется искрой (искра это пробой, плазменный разряд с высокой температурой). А искровое зажигание это не гипергольность, понимаете?

Нуу, диметиловый эфир будет горячим после ТНА.
Кстати, а нельзя непосредственно перед камерой сгорания частично разложить закись азота? Чтобы подогреть.
При большой температуре будет и самовоспламенение?
Но вероятно вы правы, скорее всего искра потребуется. Однако искровое зажигание достаточно просто, по крайней мере когда смесь газов реально взрывоопасна.
Вот и Маск смесь метана и кислорода зажигает на ура.

[Prokrust]

Ок, но что с охлаждением движка? Чем? Какой вариант предложите вы?

А что, гидразин будет разлагаться от температуры?

Наличие сплавов подобных Mondaloy, дает альтернативу. Охлаждать можно амилом!
Если уж лопатки турбины можно делать на Mondaloy, то просто охлаждать - вообще не проблема. Теплопроводность правда не известна, но скорее всего хорошая. И тетраоксид азота, хоть и сильная кислота, менее агрессивен чем горячий кислород.
То есть движок гидразин+амил реален.
Пустотный УИ на 15 меньше чем у метан+кислород. Это лучшая не криогенная альтернатива.
Полагаю в вакууме, с соплом коэф. расширения как у Мерлина, можно достичь 365-370 УИ.