Tek yakıtlı roket

Tek-yakıtlı roket (İng: "monopropellant rocket" veya "monoprop rocket"), itici yakıt olarak tek bir kimyasal madde kullanan roket türüdür.

Kimyasal-tepkime ile çalışan tek-yakıtlı roketler

Kimyasal tepkime ile çalışan tek-yakıtlı roketler için, itkiye sebep olan tepkime için gerekli olan güç ve sonucunda oluşan itki kimyasal maddenin kendisi tarafından sağlanmaktadır. Uzay aracını itmek için gerekli olan enerji, tepkimeye giren kimyasal maddenin moleküllerindeki kimyasal bağların içinde bulunmaktadır.
En çok kullanılan tekli-yakıt, aynı zamanda indirgen madde özelliğine sahip olan hidrazin (N₂H₄) isimli kimyasal maddedir.  En yaygın katalizör ise iridyum ile kaplanmış tanecikli/granül yapıdaki alümina (ing: Alumina), ya da diğer adıyla alüminyum oksittir. Bu kaplamalı granüller genllikle (geçmişte Shell tarafından üretilmiş olan) Aerojet S-405  ya da (geçmişte Kali Chemie tarafından üretilmiş olan) W.C.Heraeus H-KC 12 GA  gibi ticari markaların altında bulunurlar. Hidrazin için ateşleyici (ing: igniter) gerekmemektedir.  'Shell 405' hidrazinle temas ettiğinde hidrazin'in ayrışmasına sebep olduğundan, 'Shel 405' kendiliğinden katalist (ing: spontaneous catalyst) olarak adlandırılır. Hidrazin'in ayrışma (ing: decomposition) işlemi yüksek derecede ekzotermiktir ve sonuç olarak 1000 °C (1800 °F) sıcaklığa erişen, nitrojen, hidrojen ve amonyak karışımı olan bir gaz üretir. Tek-yakıtlı roketin tek kısıtlayıcı yönü kullanım süresidir ve bu süre temel olarak katalizörün kullanım süresine bağlıdır. Katalizör, katalitik zehre (ing: Catalytic poison) ve katalitik yıpranmaya (miktarda azalmaya)  maruz kalabilir ve  sonuç olarak katalizörlük işlevini göremez hala gelebilir. Bir diğer tekli-yakıt ise hidrojen peroksit isimli kimyasal bileşiktir. Bu kimyasal madde %90 ya da daha yüksek oranlarda saflaştırıldığında,  yüksek sıcaklıklarda  kendiliğinden ayrışmaya başlar. Aksi takdirde ayrışma için katalizör gerekmektedir.
Kimyasal-tepkime ile çalışan tek-yakıtlı roket sistemlerinin çoğunda bir adet yakıt tankı bulunur. Bu yakıt tankları genellikle titanyum'dan veya alüminyum'dan yapılmış küre şeklindedir ve iç kısmında yakıtı tutan  etilen-propilen kauçuk'tan (ing:EPR) yapılmış bir iç-tank/kap'tan ya da yakıtla doldurulmuş olan ve yüzey gerilimi esasıyla çalşan  yakıt yönetim cihazından oluşur. Sonrasında tank helyum ya da nitrojen gazı yardımıyla basınçlandırılır. Tanka doldurulmuş olan basınçlı gaz yakıtın motorlardan dışarı çıkmasına yarar. Bir boru, tankı dikme valfine (ing:poppet valve) ve sonrasında ise dikme valfini roket motorunun ayrıştırma odasına bağlar. Genel olarak, bir uydu, sadece bir motor yerine, her birinde ayrı bir valf olan 2 ile 12 arasında motora sahiptir.
Uydularda ve uzay sondalarında  yönelim denetimi (ing: attitude control ) için kullanılan roket motorları sıklıkla çok küçük olur(~25mm çapında), ve (bir düzlemde) 4 yöne bakacak şekilde gruplar halinde yerleştirilirler.
Roketin ateşlenmesi için, bilgisayar  küçük bir  elektromıknatıs üzerinden  doğru akım geçirerek dikme valfiini (ing:poppet valve) açmaktadır. Ateşleme genellikle çok kısadır (bir kaç milisaniye). Eğer atmosfer içinde çalıştırılıyorsa metal kutu içine atılan çakıl taşı gibi bir ses çıkarır. Çalışma süresi uzarsa keskin bir tıslama sesine dönüşmektedir.
Kimyasal-tepkime türündeki tekli-yakıtlar diğer bazı itki teknolojileri kadar verimli değillerdir. Mühendisler, basitliğe ve güvenlirliğe olan ihtiyaçları yüksek  miktarda itki kuvvetine olan ihtiyaca ağır bastığı durumlarda tekli-yakıt sistemlerini seçerler. Eğer itki sisteminin çok fazla miktarda itki kuvveti üretilmesi, ya da gezegenler arası uzar araçlarının ana motorunda olduğu üzere yüksek özgül itici kuvvet değerine sahip olması gerektiği durumlarda diğer teknolojiler kullanılmaktadır.

Solar-termal tek-yakıtlı iticiler

Alçak Dünya yörüngesi'nde  (ing:LEO) yol alacak olan ve diğer uzay araçlarının LEO ötesindeki görevleri öncensinde durarak yakıt ihtiyaçlarını giderecekleri bir ara istasyon olarak kullanılacak olan yakıt depoları (ing:Propellant depot) üzerine yapılan bir tasarım çalışması kapsamında; uzay'ın ısıl ışınım ortamında uzun süreli olarak sıvı hidrojen saklamanın kaçınılmaz bir sonucu olan atık hidrojen gazının,  solar termal (ing: solar-thermal) itki sisteminde tekli-yakıt olarak kullanılması önerilmiştir.  Atık hidrojen  hem yörünge sabitleme (ing:Orbital station-keeping) ve  yönelim denetimi (ing: attitude control ) için  verimli bir şekilde kullanılabilir hem de depo'dan yakıt almak üzere yaklaşan diğer uzay araçlarıyla buluşmak (ing:rendezvous ) için yapılacak yörüngesel manevralar (ing:Orbital_maneuver) sırasında kısıtlı yakıt ve itki sağlamak üzere kullanılabilir.
Solar-termal türdeki tek-yakıtlı (ing: 'monoprop') iticiler;  ABD merkezli Birleşik Fırlatma Paktı (ing: ULA) adlı şirket tarafından önerilen yeni nesil kriyojenik  üst aşama roket tasarımının önemli bir parçasını teşkil etmektedir. Gelişmiş Kriyojenik Evrilmiş Aşama (ing: ACES) düşük-maliyetli, daha fazla özelliğe ve esnekliğe sahip olan bir 'üst aşama' olarak tanımlanabilir ve ULA 'ya ait kullanımdaki Centaur (ing: Centaur)  ve Delta IV(ing: DCSS) üst roket aşamalarını desteklemesi hatta ileride tamamen onların yerini alması öngörülmektedir. ACES tasarımındaki 'Bütünleşik Araç Sıvıları' (ing:Integrated Vehicle Fluids) seçeneği,   normalde yönelim denetimi ve yörünge sabitleme amacıyla kullanılan tüm hidrazin ve helyumu uzay aracından eler ve sadece atık hidrojenle çalışan solar-termal tek-yakıtlı iticileri kullanır.

Yeni Gelişmeler

NASA, 10–150 m/s aralığında delta-v gereksinimleri olan, maliyet odaklı küçük uzay araçlarında kullanılmak üzere yeni bir tekli-yakıt geliştirmektedir. Bu sistem, Hidroksilamonyum nitrat (ing:HAN)/su/yakıt bileşiminden oluşan on derece yoğun bir tekli-yakıt karışımı üzerine kurulmuştur. Bu karışım çevre açısından tehlikesizdir ve basitliği ile iyi başarım/verim oranı vadetmektedir.
EURENCO Bofors şirketi, bire-bir hidrazin yerine kullanılmak üzere LMP-103S isimli kimyasalı, %65'lik oranda amonyum dinitramid'i, NH₄N(NO₂)₂, %35'lik oranda metanol-amonyak su çözeltisi içerisinde eriterek üretmiştir. LMP-103S,  hidrazin'e göre %6 oranında daha yüksek bir özgül itici kuvvet değerine ve %30 oranında daha yüksek bir itki yoğunluğu değerine sahiptir. Ek olarak, hidrazin son derece zehirli ve kanserojen bir kimyasal maddeyken diğer taraftan LMP-103S ise orta derecede zehirlidir. LMP-103S  UN 1.4S (ing: UN Class 1.4S) sınıfında olduğu için ticari uçaklarda taşınmasına izin verilmektedir ve 2010 yılında Prisma isimli uyduda denenmiştir. Fazladan özel işlem gerektirmemektedir .  LMP-103S'in en çok kullanılan tekli-yakıt olarak hidrazin'in yerini alma potansiyeli yüksektir.