Почему химические ракеты имеют странную форму на этом графике зависимости тяги от Isp?

Я предполагаю, что оболочка химической ракеты на графике охватывает точки, представляющие реально построенные ракетные двигатели, а не теоретические, поэтому некоторая неравномерность формы связана с исторической случайностью.

10Н - это очень мало для химического ракетного двигателя. Такие блоки в основном используются для управления ориентацией малых космических аппаратов, а не для выполнения значительных маневров, поэтому надежность, простота и малый вес более важны, чем удельный импульс. Я не уверен, что на самом деле невозможно сделать маленькие двигатели с высоким Isp, или просто никто не беспокоится.

В частности, я отмечаю, что каталог двухкомпонентных двигателей Aerojet (MMH+NTO) (с Isp около 300 секунд) распространяется до 22N; ниже этого они предлагают катализированные гидразиновые моновинтовые двигатели (около 220 секунд) до 1 Н; инженерная простота, требующая только одного топливного бака, окупает потерю удельного импульса (и, вероятно, сложно получить хорошее смешивание двухкомпонентного топлива в такой маленькой камере сгорания). Эти две категории двигателей составляют левые две трети оболочки химического двигателя на графике.

Дальше вверх и вправо небольшие водородно-кислородные двигатели занимают верхнюю часть диапазона Isp: китайский YF-73 с 44 кН и 420 секунд, затем группа двигателей по соседству с американским RL10 : 65-100 кН. и 440-460 секунд. Это максимальная отметка удельного импульса для серийных химических двигателей, главный двигатель космического челнока РС-25 находится за пределами правой части диаграммы при 2200 кН и 452 секундах. Опять же, я не уверен, возможно ли сделать водородно-кислородные двигатели с высоким Isp менее ~ 40 кН или это просто не сделано.

В историческом документе НАСА «КОСМИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК: АСТРОНАВТИКА И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ» есть полезная таблица, которую я частично воспроизведу здесь:

ТАБЛИЦА 1. Удельный импульс некоторых типичных химических ракетных топлив

Низкоэнергетические монотопливы________________________ от 160 до 190.

Высокоэнергетические монотопливы: Нитрометан_______________________________ от 190 до 230

Двухкомпонентное топливо (жидкое): двухкомпонентное топливо с низким энергопотреблением___________________________ от 200 до 230.

Двухкомпонентные топлива средней энергии________________________ от 230 до 260.

Высокоэнергетические двухкомпонентные топлива___________________________ от 250 до 270.

Двухтопливные топлива с очень высокой энергией_______________________ от 270 до 330.

Двухтопливные сверхвысокоэнергетические ____________________________ от 300 до 385.

Компоненты металлического бора и окислитель____________________ от 200 до 250.

Компоненты металлического лития и окислитель ___________________ от 200 до 250.

Мне кажется весьма вероятным, что категория «Химические» включает в себя несколько различных видов топлива, и, вероятно, как твердое, так и жидкое топливо, поэтому это не однородная форма.

Кто-то более опытный мог бы угадать, какие конкретные виды топлива составляют различные области.

«Химическая» форма существует благодаря двум четким режимам. Это немного случайно из-за задействованного топлива, но в основном это так:

• двигатели слева работают под давлением или твердотопливные
• двигатели справа - это различные типы насосов (детандерный цикл / газогенератор / ступенчатое сгорание / электрический)

Кроме того, диаграмма на самом деле не проясняет весь спектр возможностей гидразинового монотоплива с электрическим усилением, например - каталитический гидразиновый двигатель с увеличенной мощностью (Isp = 250 - 280) - гидразиновый дуговой реактивный двигатель (Isp 550 - 600)