เชื้อเพลิงจรวดประกอบด้วยเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ และไม่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบภายนอก เช่น อากาศหรือน้ำ ซึ่งต่างจากเชื้อเพลิงเครื่องบิน เชื้อเพลิงจรวดตามสถานะการรวมตัวแบ่งออกเป็นของเหลวของแข็งและไฮบริด เชื้อเพลิงเหลวแบ่งออกเป็นอุณหภูมิต่ำ (โดยมีจุดเดือดของส่วนประกอบต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียส) และจุดเดือดสูง (ที่เหลือ) เชื้อเพลิงแข็งประกอบด้วยสารประกอบเคมี สารละลายที่เป็นของแข็ง หรือส่วนผสมที่เป็นพลาสติกของส่วนประกอบ เชื้อเพลิงไฮบริดประกอบด้วยส่วนประกอบในสถานะรวมที่แตกต่างกัน และขณะนี้อยู่ในขั้นตอนการวิจัย
ในอดีต เชื้อเพลิงจรวดชนิดแรกคือผงสีดำ ซึ่งเป็นส่วนผสมของดินประสิว (ออกซิไดเซอร์) ถ่าน (เชื้อเพลิง) และกำมะถัน (สารยึดเกาะ) ซึ่งถูกใช้ครั้งแรกในจรวดของจีนในโฆษณาศตวรรษที่ 2 กระสุนที่มีเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง) ถูกใช้ในกิจการทหารเป็นเครื่องก่อไฟและส่งสัญญาณ
หลังจากการประดิษฐ์ผงไร้ควันเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 เชื้อเพลิง ballistite แบบองค์ประกอบเดียวได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของมัน ซึ่งประกอบด้วยสารละลายไนโตรเซลลูโลส (เชื้อเพลิง) ที่เป็นของแข็งในไนโตรกลีเซอรีน (สารออกซิไดซ์) เชื้อเพลิง Ballistite มีพลังงานสูงกว่าผงสีดำหลายเท่า มีความแข็งแรงเชิงกลสูง มีรูปแบบที่ดี รักษาเสถียรภาพทางเคมีไว้เป็นเวลานานระหว่างการจัดเก็บ และมีราคาต้นทุนต่ำ คุณสมบัติเหล่านี้กำหนดล่วงหน้าการใช้เชื้อเพลิงขีปนาวุธอย่างแพร่หลายในกระสุนขนาดใหญ่ที่สุดที่ติดตั้งจรวดและระเบิด
การพัฒนาในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ในสาขาวิทยาศาสตร์ เช่น พลศาสตร์ของแก๊ส ฟิสิกส์ของการเผาไหม้ และเคมีของสารประกอบพลังงานสูง ทำให้สามารถขยายองค์ประกอบของเชื้อเพลิงจรวดผ่านการใช้ส่วนประกอบที่เป็นของเหลว ขีปนาวุธต่อสู้ครั้งแรกที่มีเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลว (LPRE) "V-2" ใช้ตัวออกซิไดเซอร์แบบแช่แข็ง - ออกซิเจนเหลวและเชื้อเพลิงที่เดือดสูง - เอทิลแอลกอฮอล์
หลังสงครามโลกครั้งที่สอง อาวุธจรวดได้รับความสำคัญในการพัฒนาเหนืออาวุธประเภทอื่นๆ เนื่องจากความสามารถในการส่งประจุนิวเคลียร์ไปยังเป้าหมายในทุกระยะ ตั้งแต่หลายกิโลเมตร (ระบบจรวด) ไปจนถึงพิสัยข้ามทวีป (ขีปนาวุธนำวิถี) นอกจากนี้ อาวุธจรวดได้เข้ามาแทนที่อาวุธปืนใหญ่อย่างมากในการบิน การป้องกันภัยทางอากาศ กองกำลังภาคพื้นดิน และกองทัพเรือ เนื่องจากขาดแรงถีบกลับเมื่อยิงกระสุนด้วยเครื่องยนต์จรวด
พร้อมกันกับเชื้อเพลิงจรวดแบบขีปนาวุธและของเหลว สารขับเคลื่อนที่เป็นของแข็งแบบผสมหลายองค์ประกอบได้รับการพัฒนาให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานทางทหารเนื่องจากช่วงอุณหภูมิกว้างของการทำงาน ขจัดอันตรายจากการรั่วไหลของส่วนประกอบ ต้นทุนที่ต่ำกว่าของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งเนื่องจากไม่มี ท่อ วาล์ว และปั๊มที่มีแรงขับต่อหน่วยน้ำหนักสูงกว่า
ลักษณะสำคัญของเชื้อเพลิงจรวด
นอกเหนือจากสถานะของการรวมตัวของส่วนประกอบแล้วเชื้อเพลิงจรวดยังมีตัวบ่งชี้ต่อไปนี้:
- แรงกระตุ้นเฉพาะของแรงขับ
- เสถียรภาพทางความร้อน
- ความคงตัวทางเคมี
- ความเป็นพิษทางชีวภาพ
- ความหนาแน่น;
- ควันบุหรี่
แรงกระตุ้นเฉพาะของเชื้อเพลิงจรวดขึ้นอยู่กับแรงดันและอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ เช่นเดียวกับองค์ประกอบโมเลกุลของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ นอกจากนี้ แรงกระตุ้นจำเพาะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการขยายตัวของหัวฉีดเครื่องยนต์ แต่สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมภายนอกของเทคโนโลยีจรวดมากกว่า (บรรยากาศในอากาศหรืออวกาศ)
แรงดันที่เพิ่มขึ้นนั้นมาจากการใช้วัสดุโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง (โลหะผสมเหล็กสำหรับเครื่องยนต์จรวดและออร์กาโนพลาสติกสำหรับเชื้อเพลิงแข็ง) ในแง่นี้ เครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นนำหน้าเชื้อเพลิงขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง เนื่องจากความกะทัดรัดของหน่วยขับเคลื่อนเมื่อเปรียบเทียบกับร่างกายของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็ง ซึ่งเป็นห้องเผาไหม้ขนาดใหญ่ห้องเดียว
อุณหภูมิสูงของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ทำได้โดยการเพิ่มโลหะอลูมิเนียมหรือสารประกอบเคมี - อะลูมิเนียมไฮไดรด์ลงในเชื้อเพลิงแข็ง เชื้อเพลิงเหลวสามารถใช้สารเติมแต่งดังกล่าวได้ก็ต่อเมื่อถูกทำให้ข้นด้วยสารเติมแต่งพิเศษเท่านั้น การป้องกันความร้อนของเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นมาจากการระบายความร้อนด้วยเชื้อเพลิง การป้องกันความร้อนของสารขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง - โดยการติดบล็อกเชื้อเพลิงเข้ากับผนังของเครื่องยนต์อย่างแน่นหนา และการใช้เม็ดมีดการเหนื่อยหน่ายที่ทำจากคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนในส่วนที่สำคัญของ หัวฉีด
องค์ประกอบโมเลกุลของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ / การสลายตัวของเชื้อเพลิงมีผลต่ออัตราการไหลและสถานะการรวมตัวที่ทางออกหัวฉีด ยิ่งโมเลกุลมีน้ำหนักต่ำเท่าใด อัตราการไหลก็จะยิ่งสูงขึ้น: ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ต้องการมากที่สุดคือโมเลกุลของน้ำ รองลงมาคือไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ คลอรีนออกไซด์ และฮาโลเจนอื่นๆ ที่ต้องการน้อยที่สุดคืออลูมินาซึ่งควบแน่นจนกลายเป็นของแข็งในหัวฉีดของเครื่องยนต์ซึ่งจะช่วยลดปริมาตรของก๊าซที่ขยายตัวได้ นอกจากนี้ เศษอะลูมิเนียมออกไซด์ยังบังคับให้ใช้หัวฉีดทรงกรวยเนื่องจากการสึกหรอแบบเสียดสีของหัวฉีดพาราโบลาลาวาลที่มีประสิทธิภาพสูงสุด
สำหรับเชื้อเพลิงจรวดทางทหาร ความเสถียรทางความร้อนมีความสำคัญเป็นพิเศษเนื่องจากการทำงานของเทคโนโลยีจรวดในช่วงอุณหภูมิกว้าง ดังนั้นเชื้อเพลิงเหลวที่อุณหภูมิ (ออกซิเจน + น้ำมันก๊าดและออกซิเจน + ไฮโดรเจน) จึงถูกใช้เฉพาะในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาขีปนาวุธข้ามทวีป (R-7 และไททัน) เช่นเดียวกับยานพาหนะสำหรับปล่อยยานอวกาศที่ใช้ซ้ำได้ (กระสวยอวกาศและ Energia) มีไว้สำหรับส่งดาวเทียมและอาวุธอวกาศเข้าสู่วงโคจรระดับต่ำ
ปัจจุบัน กองทัพใช้เชื้อเพลิงเหลวที่มีจุดเดือดสูงโดยเฉพาะจากไนโตรเจนเตตรอกไซด์ (AT, ตัวออกซิไดเซอร์) และไดเมทิลไฮดราซีนอสมมาตร (UDMH, เชื้อเพลิง) ความเสถียรทางความร้อนของเชื้อเพลิงคู่นี้กำหนดโดยจุดเดือดของ AT (+21 ° C) ซึ่งจำกัดการใช้เชื้อเพลิงนี้โดยขีปนาวุธภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิในไซโลขีปนาวุธ ICBM และ SLBM เนื่องจากความก้าวร้าวของส่วนประกอบเทคโนโลยีการผลิตและการทำงานของรถถังขีปนาวุธจึง / เป็นเจ้าของโดยประเทศเดียวในโลก - สหภาพโซเวียต / RF (ICBMs "Voevoda" และ "Sarmat", SLBMs "Sineva" และ " ไลเนอร์") ยกเว้น AT + NDMG ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับขีปนาวุธล่องเรือ Kh-22 Tempest แต่เนื่องจากปัญหาในการปฏิบัติงานภาคพื้นดิน Kh-22 และ Kh-32 รุ่นต่อไปจะถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ไอพ่น ขีปนาวุธล่องเรือเพทายใช้น้ำมันก๊าดเป็นเชื้อเพลิง
ความเสถียรทางความร้อนของเชื้อเพลิงแข็งส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติที่สอดคล้องกันของตัวทำละลายและสารยึดเกาะโพลีเมอร์ ในองค์ประกอบของเชื้อเพลิง ballistite ตัวทำละลายคือไนโตรกลีเซอรีนซึ่งในสารละลายที่เป็นของแข็งที่มีไนโตรเซลลูโลสมีช่วงอุณหภูมิในการทำงานตั้งแต่ลบถึงบวก 50 ° C ในเชื้อเพลิงผสม ยางสังเคราะห์หลายชนิดที่มีช่วงอุณหภูมิการทำงานเท่ากันจะใช้เป็นสารยึดเกาะโพลีเมอร์อย่างไรก็ตาม ความคงตัวทางความร้อนของส่วนประกอบหลักของเชื้อเพลิงแข็ง (แอมโมเนียม ไดไนตราไมด์ + 97 ° C, อะลูมิเนียมไฮไดรด์ + 105 ° C, ไนโตรเซลลูโลส + 160 ° C, แอมโมเนียมเปอร์คลอเรตและ HMX + 200 ° C) สูงกว่าคุณสมบัติที่คล้ายกันของสารยึดเกาะที่รู้จักอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงเป็นการค้นหาองค์ประกอบใหม่ที่เกี่ยวข้อง
คู่เชื้อเพลิงที่มีความเสถียรทางเคมีมากที่สุดคือ AT + UDMG เนื่องจากมีการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บแอมพูลไลซ์ภายในประเทศในถังอลูมิเนียมภายใต้แรงดันไนโตรเจนส่วนเกินเล็กน้อยในช่วงเวลาเกือบไม่จำกัด เชื้อเพลิงแข็งทั้งหมดจะสลายตัวทางเคมีเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการสลายตัวตามธรรมชาติของพอลิเมอร์และตัวทำละลายทางเทคโนโลยี หลังจากนั้นโอลิโกเมอร์จะทำปฏิกิริยาเคมีกับส่วนประกอบเชื้อเพลิงอื่นๆ ที่เสถียรกว่า ดังนั้นตัวตรวจสอบการขับดันที่เป็นของแข็งจำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นประจำ
ส่วนประกอบที่เป็นพิษทางชีวภาพของเชื้อเพลิงจรวดคือ UDMH ซึ่งส่งผลต่อระบบประสาทส่วนกลาง เยื่อเมือกของดวงตา และระบบทางเดินอาหารของมนุษย์ และกระตุ้นให้เกิดมะเร็ง ในเรื่องนี้ การทำงานกับ UDMH จะดำเนินการในชุดป้องกันสารเคมีแบบแยกส่วนโดยใช้เครื่องช่วยหายใจแบบมีถังน้ำในตัว
ค่าความหนาแน่นของเชื้อเพลิงส่งผลโดยตรงต่อมวลของถังเชื้อเพลิง LPRE และตัวจรวดเชื้อเพลิงแข็ง ยิ่งความหนาแน่นสูงเท่าใด มวลกาฝากของจรวดก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ความหนาแน่นต่ำสุดของคู่เชื้อเพลิงไฮโดรเจน + ออกซิเจนคือ 0.34 g / cu ซม. น้ำมันก๊าด + ออกซิเจน 1 คู่มีความหนาแน่น 1.09 ก. / ลบ.ม. cm, AT + NDMG - 1, 19 g / cu. cm, nitrocellulose + nitroglycerin - 1.62 g / cu. cm, อะลูมิเนียม / อะลูมิเนียมไฮไดรด์ + เปอร์คลอเรต / แอมโมเนียม ไดไนตราไมด์ - 1.7 g / cc, HMX + แอมโมเนียมเปอร์คลอเรต - 1.9 g / cc. ในกรณีนี้ควรระลึกไว้เสมอว่าเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งของการเผาไหม้ตามแนวแกนความหนาแน่นของประจุเชื้อเพลิงนั้นน้อยกว่าความหนาแน่นของเชื้อเพลิงประมาณสองเท่าเนื่องจากส่วนรูปดาวของช่องเผาไหม้ที่ใช้ เพื่อรักษาความดันคงที่ในห้องเผาไหม้โดยไม่คำนึงถึงระดับความเหนื่อยหน่ายของเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงขีปนาวุธซึ่งเกิดขึ้นเป็นชุดของสายพานหรือแท่งเพื่อลดระยะเวลาการเผาไหม้และระยะเร่งความเร็วของจรวดและจรวด ในทางตรงกันข้ามความหนาแน่นของประจุเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งของการเผาไหม้ส่วนปลายตาม HMX นั้นสอดคล้องกับความหนาแน่นสูงสุดที่ระบุไว้
ลักษณะสำคัญประการสุดท้ายของเชื้อเพลิงจรวดคือควันของผลิตภัณฑ์เผาไหม้ซึ่งเผยให้เห็นเที่ยวบินของจรวดและจรวดอย่างเห็นได้ชัด คุณลักษณะนี้มีอยู่ในเชื้อเพลิงแข็งที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ซึ่งออกไซด์ของออกไซด์จะถูกควบแน่นจนเป็นสถานะของแข็งระหว่างการขยายตัวในหัวฉีดเครื่องยนต์จรวด ดังนั้น เชื้อเพลิงเหล่านี้จึงถูกใช้ในสารขับดันที่เป็นของแข็งของขีปนาวุธนำวิถี ซึ่งเป็นส่วนที่ใช้งานของวิถีซึ่งอยู่นอกแนวสายตาของศัตรู ขีปนาวุธอากาศยานนั้นใช้เชื้อเพลิง HMX และแอมโมเนียมเปอร์คลอเรต จรวด ระเบิดมือ และขีปนาวุธต่อต้านรถถัง - ด้วยเชื้อเพลิงขีปนาวุธ
พลังงานเชื้อเพลิงจรวด
เพื่อเปรียบเทียบความสามารถด้านพลังงานของเชื้อเพลิงจรวดประเภทต่างๆ จำเป็นต้องกำหนดสภาวะการเผาไหม้ที่เปรียบเทียบกันได้ในรูปแบบของแรงดันในห้องเผาไหม้และอัตราส่วนการขยายตัวของหัวฉีดเครื่องยนต์จรวด เช่น 150 บรรยากาศและ 300 เท่า การขยาย. จากนั้นสำหรับเชื้อเพลิงคู่ / แฝดสาม แรงกระตุ้นเฉพาะจะเป็น:
ออกซิเจน + ไฮโดรเจน - 4.4 km / s;
ออกซิเจน + น้ำมันก๊าด - 3.4 km / s;
AT + NDMG - 3.3 กม. / วินาที;
แอมโมเนียมไดไนตราไมด์ + ไฮโดรเจนไฮไดรด์ + HMX - 3.2 km / s;
แอมโมเนียมเปอร์คลอเรต + อลูมิเนียม + HMX - 3.1 km / s;
แอมโมเนียมเปอร์คลอเรต + HMX - 2.9 km / s;
ไนโตรเซลลูโลส + ไนโตรกลีเซอรีน - 2.5 กม. / วินาที
เชื้อเพลิงแข็งที่ใช้แอมโมเนียมไดไนตราไมด์เป็นการพัฒนาในประเทศในช่วงปลายทศวรรษ 1980 มันถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับขีปนาวุธ RT-23 UTTKh และ R-39 ระยะที่สองและสามและยังไม่ได้รับการปล่อยตัวในลักษณะพลังงานโดยตัวอย่างที่ดีที่สุด เชื้อเพลิงจากต่างประเทศที่ใช้แอมโมเนียมเปอร์คลอเรต ใช้ในขีปนาวุธมินิทแมน-3 และตรีศูล-2แอมโมเนียมไดไนตราไมด์เป็นวัตถุระเบิดที่จุดชนวนแม้จากการแผ่รังสีแสง ดังนั้น การผลิตจะดำเนินการในห้องที่ส่องสว่างด้วยโคมไฟสีแดงกำลังต่ำ ความยากลำบากทางเทคโนโลยีไม่อนุญาตให้ควบคุมกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงจรวดบนพื้นฐานที่ใดก็ได้ในโลกยกเว้นในสหภาพโซเวียต อีกสิ่งหนึ่งคือเทคโนโลยีของสหภาพโซเวียตถูกนำมาใช้เป็นประจำเฉพาะที่โรงงานเคมี Pavlograd ซึ่งตั้งอยู่ในภูมิภาค Dnepropetrovsk ของยูเครน SSR และสูญหายไปในปี 1990 หลังจากที่โรงงานถูกดัดแปลงเพื่อผลิตสารเคมีในครัวเรือน อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาจากลักษณะทางยุทธวิธีและทางเทคนิคของอาวุธที่มีแนวโน้มของ RS-26 "Rubezh" เทคโนโลยีดังกล่าวได้รับการฟื้นฟูในรัสเซียในปี 2010
ตัวอย่างขององค์ประกอบที่มีประสิทธิภาพสูงคือองค์ประกอบของเชื้อเพลิงจรวดที่เป็นของแข็งจากสิทธิบัตรรัสเซียหมายเลข 2241693 ซึ่งเป็นเจ้าของโดย Federal State Unitary Enterprise Perm Plant ที่ได้รับการตั้งชื่อตาม ซม. คิรอฟ :
ตัวออกซิไดซ์ - แอมโมเนียมไดไนตราไมด์ 58%;
เชื้อเพลิง - อะลูมิเนียมไฮไดรด์ 27%;
กระด้างไนล - nitroisobutyltrinitrateglycerin, 11, 25%;
สารยึดเกาะ - ยางโพลีบิวทาไดอีนไนไตรล์ 2, 25%;
ตัวชุบแข็ง - กำมะถัน 1.49%;
โคลงการเผาไหม้ - อะลูมิเนียม ultrafine, 0.01%;
สารเติมแต่ง - คาร์บอนแบล็ค เลซิติน ฯลฯ
อนาคตสำหรับการพัฒนาเชื้อเพลิงจรวด
ทิศทางหลักสำหรับการพัฒนาเชื้อเพลิงจรวดเหลวคือ (ตามลำดับความสำคัญของการดำเนินการ):
- การใช้ออกซิเจน supercooled เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของตัวออกซิไดเซอร์
- การเปลี่ยนไปใช้ไอระเหยออกซิเจน + มีเทน ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ติดไฟได้ซึ่งมีพลังงานสูงกว่า 15% และความจุความร้อนได้ดีกว่าน้ำมันก๊าด 6 เท่า โดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าถังอลูมิเนียมแข็งตัวที่อุณหภูมิของก๊าซมีเทนเหลว
- เพิ่มโอโซนให้กับองค์ประกอบออกซิเจนที่ระดับ 24% เพื่อเพิ่มจุดเดือดและพลังงานของตัวออกซิไดซ์ (ส่วนใหญ่ของโอโซนระเบิด)
- การใช้เชื้อเพลิงไทโซทรอปิก (ชนิดข้น) ซึ่งส่วนประกอบที่มีสารแขวนลอยของเพนทาโบเรน เพนตาฟลูออไรด์ โลหะหรือไฮไดรด์
ออกซิเจนยิ่งยวดยิ่งถูกใช้ในยานยิงจรวด Falcon 9 แล้ว เครื่องยนต์จรวดที่ใช้ออกซิเจนและก๊าซมีเทนกำลังได้รับการพัฒนาในรัสเซียและสหรัฐอเมริกา
ทิศทางหลักในการพัฒนาเชื้อเพลิงจรวดที่เป็นของแข็งคือการเปลี่ยนไปใช้สารยึดเกาะที่มีออกซิเจนอยู่ในโมเลกุล ซึ่งช่วยเพิ่มสมดุลการออกซิเดชันของเชื้อเพลิงขับเคลื่อนที่เป็นของแข็งโดยรวม ตัวอย่างในประเทศที่ทันสมัยของสารยึดเกาะดังกล่าวคือองค์ประกอบพอลิเมอร์ "Nika-M" ซึ่งรวมถึงกลุ่มไดไนไตรล์ไดออกไซด์และบิวทิลไดออลโพลีอีเทอร์ยูรีเทนแบบวัฏจักรที่พัฒนาโดยสถาบันวิจัยแห่งรัฐ "Kristall" (Dzerzhinsk)
ทิศทางที่มีแนวโน้มดีอีกประการหนึ่งคือการขยายขอบเขตของวัตถุระเบิดไนตรามีนที่ใช้แล้ว ซึ่งมีความสมดุลของออกซิเจนสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ HMX (ลบ 22%) ประการแรกคือ hexanitrohexaazaisowurtzitane (Cl-20, ความสมดุลของออกซิเจนลบ 10%) และ octanitrocubane (ความสมดุลของออกซิเจนเป็นศูนย์) ซึ่งขึ้นอยู่กับการลดต้นทุนการผลิต - ปัจจุบัน Cl-20 มีราคาแพงกว่ามาก มากกว่า HMX octonitrocubane เป็นลำดับความสำคัญที่แพงกว่า Cl -twenty
นอกเหนือจากการปรับปรุงประเภทส่วนประกอบที่รู้จักแล้ว การวิจัยยังดำเนินการในทิศทางของการสร้างสารประกอบพอลิเมอร์ ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนเพียงอย่างเดียวที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว เป็นผลมาจากการสลายตัวของสารประกอบพอลิเมอร์ภายใต้การกระทำของความร้อน ไนโตรเจนสร้างโมเลกุลอย่างง่ายของอะตอมสองอะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะสามตัว พลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้เป็นพลังงานสองเท่าของระเบิดไนตรามีน เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียและชาวเยอรมันได้สารประกอบไนโตรเจนที่มีโครงผลึกคล้ายเพชรมาในปี 2552 ระหว่างการทดลองกับโรงงานต้นแบบร่วมภายใต้การกระทำของแรงดัน 1 ล้านบรรยากาศและอุณหภูมิ 1725 ° C ขณะนี้ งานอยู่ระหว่างการดำเนินการเพื่อให้เกิดสถานะ metastable ของไนโตรเจนโพลิเมอร์ที่ความดันและอุณหภูมิปกติ
ไนโตรเจนออกไซด์ที่สูงขึ้นมีแนวโน้มว่าจะเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีออกซิเจน ไนตริกออกไซด์ V ที่รู้จักกันดี (โมเลกุลแบนซึ่งประกอบด้วยไนโตรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 5 อะตอม) ไม่มีคุณค่าในทางปฏิบัติในฐานะส่วนประกอบของเชื้อเพลิงแข็งเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ (32 ° C) การสำรวจในทิศทางนี้ดำเนินการโดยค้นหาวิธีการสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ VI (เตตระ-ไนโตรเจนเฮกซะออกไซด์) ซึ่งเป็นโมเลกุลของเฟรมเวิร์กที่มีรูปร่างเป็นจัตุรมุข ที่จุดยอดซึ่งมีอะตอมไนโตรเจนสี่ตัวผูกติดอยู่กับ อะตอมออกซิเจนหกตัวที่อยู่บนขอบของจัตุรมุข การปิดพันธะระหว่างอะตอมอย่างสมบูรณ์ในโมเลกุลของไนตริกออกไซด์ VI ทำให้สามารถคาดการณ์ได้ว่าพันธะระหว่างอะตอมจะมีเสถียรภาพทางความร้อนเพิ่มขึ้น คล้ายกับของยูโรโทรปิน ความสมดุลของออกซิเจนของไนตริกออกไซด์ VI (บวก 63%) ทำให้สามารถเพิ่มแรงโน้มถ่วงจำเพาะของส่วนประกอบพลังงานสูง เช่น โลหะ โลหะไฮไดรด์ ไนทรามีน และโพลีเมอร์ไฮโดรคาร์บอนในเชื้อเพลิงจรวดที่เป็นของแข็งได้อย่างมีนัยสำคัญ