Поиск  Пользователи  Правила 
Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Войти
 
Страницы: 1 2 3 4 5 ... 15 След.
RSS
Зажигание!
 
Как это началось

Дни великой королевы наконец подошли к концу, и король Эдвард VII был весьма доволен собой, унаследовав престол Империи, где никогда не заходило солнце. Кайзер Вильгельм II в Германии строил линкоры и делал нескромные замечания, а в Соединённых Штатах президент Теодор Рузвельт делал нескромные замечания и строил линкоры. На дворе стоял 1903 год, и до его окончания первому аэроплану братьев Райт суждено было ненадолго подняться в воздух. А в городе Санкт-Петербурге, во владениях Царя Всея Руси, в журнале, название которого можно перевести как "Scientific Review", была опубликована статья, которая не привлекла абсолютно никакого внимания у кого бы то ни было.

Впечатляющее, но не очень информативное название статьи было "Исследования мировых пространств реактивными приборами", и её автором был некто Константин Эдуардович Циолковский, неизвестный учитель настолько же неизвестного города Боровска Калужской Губернии.

Суть статьи может быть изложена в пяти простых утверждениях:

1. Полёты в космос возможны.
2. Этого можно достичь посредством - и только посредством - ракетной тяги, поскольку ракета является единственным известным средством перемещения, которое будет работать в пустом пространстве.
3. Пороховые ракеты для этого не годятся, так как дымный порох (или бездымный порох, раз уж на то пошло) просто не обладает достаточной для этого энергией.
4. Некоторые жидкости обладают необходимой энергией.
5. Жидкий водород был бы хорошим топливом, а жидкий кислород - окислителем, и данная пара представляет собой почти идеальную комбинацию компонентов.

Если бы кто-нибудь слушал первых четыре из этих утверждений, то у него могли бы удивлённо подняться брови, но никто не слушал, и они были встречены оглушительной тишиной. Пятое утверждение было совершенно другого сорта, и всего несколькими годами раньше было бы не просто удивительным, но и просто-таки бессмысленным. Потому что жидкий водород и жидкий кислород в этом мире в новинку.

Начиная с Майкла Фарадея в 1823 году, учёные со всей Европы пытались перевести различные газы в жидкое состояние - охлаждая их, сжимая их и комбинируя эти два процесса. Первым сдался хлор, затем последовал аммиак, углекислый газ и многие другие, и к семидесятым годам только некоторые непокорные газы упрямо сопротивлялись сжижению. К ним относились кислород, водород и азот (фтор ещё не был выделен, и благородные газы ещё даже не были открыты), и эти очаги сопротивления пессимистично называли "вечными газами".

До 1883 года. В апреле того года З. Ф. Врублевский, из Краковского университета в австрийской Польше, объявил Французской Академии, что он и его коллега К. С. Ольшевский преуспели в своих стараниях сжижить кислород. Жидкий азот последовал через несколько дней, и жидкий воздух - через два года. К 1891 году жидкий кислород был доступен в экспериментальных количествах, а к 1895 году Линде разработал технологичный промышленный процесс для получения жидкого воздуха, из которого жидкий кислород (и жидкий азот) можно было получить простым разделением на фракции посредством дистилляции.

Джеймс Дьюар (позднее Сэр Джеймс, изобретатель сосуда Дьюара и, соответственно, колбы термоса), из Королевского Института в Лондоне, в 1897 году сжижил фтор, который был выделен в чистом виде Муассаном всего лишь за одиннадцать лет до этого, и объявил, что плотность жидкости 1,108. Это явно (и необъяснимо) ошибочное значение (настоящая плотность равна 1,50) основательно укоренилось в литературе и оставалось там, без особых возражений, на протяжении почти шестидесяти лет, к вящей путанице практически каждого.

Последний серьёзный рубеж - водород - в конце концов сдался усилиям Дьюара, и был сжижен в мае 1898 года. И как он триумфально объявил, "тринадцатого июня 1901 года пять литров его (жидкого водорода) были успешно пронесены по улицам Лондона из лаборатории Королевского Института в палаты Королевского Общества!"

И только тогда Циолковский мог написать о космических путешествиях в ракете, работающей на жидком водороде и жидком кислороде. Без Врублевского и Дьюара, Циолковскому было бы не о чем говорить.

В более поздних статьях Циолковский обсуждал другие возможные ракетные топлива - метан, этилен, бензол, метиловый и этиловый спирт, скипидар, бензин, керосин - практически всё, что можно налить и поджечь, но он никогда не рассматривал никакого окислителя кроме жидкого кислорода. И хотя он активно писал статьи до самой смерти (в 1935 году), его ракеты оставались на бумаге. Он никогда ничего не делал с ними на практике. Человеком, который делал, был Роберт Х. Годдард.

Ещё в 1909 году доктор Годдард размышлял о жидкостных ракетах, и пришёл к тем же выводам, что и его русский предшественник (о котором он никогда не слыхал): жидкий водород и жидкий кислород составили бы комбинацию, близкую к идеальной. В 1922 году, работая профессором физики в Кларковском университете, он начал экспериментировать с жидкостными ракетами и их компонентами. В то время добыть жидкий водород было практически невозможно, поэтому он работал с бензином и жидким кислородом - комбинацией, которую он использовал во всех своих последующих работах. К ноябрю 1923 года он запустил ракетный двигатель на испытательном стенде, и 16 марта 1926 года он добился первого полёта жидкостной ракеты. Она пролетела 184 фута за 2,5 секунды. (Ровно сорок лет спустя, день в день, Армстронг и Скотт с большим трудом пытались взять под контроль взбесившийся Джемини 8.)

Ранние работы Годдарда с бензином и кислородом имели одно общее странное свойство - очень низкое отношение расхода окислителя к горючему. На каждый фунт сжигаемого бензина он сжигал примерно 1,3 или 1,4 фунта кислорода, в то время как три фунта кислорода были бы ближе к оптимуму. В результате его двигатели работали довольно плохо и редко давали удельный импульс выше, чем 170 секунд. (Удельный импульс - мера эффективности ракетного двигателя и компонентов топлива. Его получают, деля тягу двигателя в фунтах на, скажем, расход компонентов в фунтах в секунду. Например, если тяга 200 фунтов и потребление топлива один фунт в секунду, то удельный импульс 200 секунд.) Вероятнее всего, он работал с неоптимальным соотношением, чтобы снизить температуру сгорания и продлить срок службы техники - иными словами, просто для того, чтобы предохранить двигатель от прогара.

Для следующего поколения экспериментаторов импульс пришёл в 1923 году, в виде книжки совершенно неизвестного трансильванского немца, некоего Германа Оберта. Заголовок был "Die Rakete zu den Planetenraumen", или Ракета в межпланетном пространстве, и книжка неожиданно стала своего рода бестселлером. Люди начали думать о ракетах - почти никто не слышал о Годдарде, который работал в строгой и никчёмной секретности - и некоторые из тех, кто думал о ракетах, решили что-то сделать на практике. Первым делом они организовали сообщества. Общество "Verein fur Raumschiffart", или Общество космических путешествий, известное как VfR, было первым, в июне 1927 года. Американское межпланетное общество было основано в начале 1930 года, Британское межпланетное общество - в 1933 году, и две русских группы, одна в Ленинграде и другая в Москве - в 1929. Затем пришёл черёд лекций и книжек о ракетах и межпланетных путешествиях. Возможно, наиболее важной из них была очень детальная книга Роберта Эсно-Пельтри L'Astronautique, выпущенная в 1930 году. И Фриц Ланг сделал кинофильм о космических путешествиях - Frau in Mond, или Женщина на Луне, и нанял Оберта техническим советником. И они договорились, что Ланг и кинокомпания (UFA) предоставят деньги, необходимые Оберту для разработки и постройки жидкостной ракеты, которая будет запущена, в рекламных целях, в день премьеры кинофильма.

Приключения Оберта с киноиндустрией - и наоборот - хороший пример театра абсурда (всё это описано в других местах, с занимательными подробностями), но они привели к одному интересному, хотя и не доведённому до конца, эксперименту в технологии ракетных компонентов. Не справляясь с задачей заставить бензин-кислородную ракету летать ко дню премьеры фильма (время, отведённое для этого, было чрезвычайно мало), Оберт спроектировал ракету, которая, как он надеялся, может быть построена быстро. Она представляла собой длинную алюминиевую трубу с несколькими угольными стержнями в центре, залитыми жидким кислородом. Идея состояла в том, что угольные стержни будут сгорать сверху вниз с той же скоростью, с которой кислород будет расходоваться, а выхлопные газы будут выбрасываться через несколько сопел в верхнем (переднем) конце ракеты. Он никак не мог заставить ракету работать, что, вероятно, было хорошо, потому что она обязательно бы взорвалась. Но - это был первый известный проект гибридной ракеты - с твёрдым топливом и жидким окислителем. ("Обратный" гибрид использует твёрдый окислитель и жидкое топливо.)

Как бы то ни было, премьера состоялась 15 октября 1929 года (без полёта ракеты), и VfR (после оплаты нескольких счетов) унаследовала оборудование Оберта, и могло начать работать над своим собственным в раннем 1930 году.

Но здесь история начинает усложняться. Неизвестными для VfR - или для кого бы то ни было ещё - были как минимум ещё три активно работающие группы. Ф. А. Цандер возглавлял одну из них в Москве. Он был авиационным инженером, кто много - и красочно - писал о ракетах и космических полётах, и одна из его публикаций содержала идею, что астронавт мог растянуть запас топлива, имитируя Филеаса Фогга. Когда топливный бак опустошался, астронавт мог попросту размолоть его и добавить полученный таким образом алюминиевый порошок к остающемуся топливу, таким образом повышая его тепловую отдачу! Эта новаторская имитация героя "Вокруг света в восемьдесят дней", который, исчерпав запасы угля, сжигал части своего корабля, чтобы заставить его остатки продолжать двигаться, разумеется, оставалась на бумаге, и экспериментальные работы Цандера лежали в менее воображаемой плоскости. Он начал работы в 1929, сначала с бензином и газообразным воздухом, затем, в 1931 году, с бензином и жидким кислородом.

Другая группа была в Италии, возглавляемая Луиджи Крокко, и неохотно финансируемая итальянским Генералом Штаба* (Тот факт, что весь проект возглавлялся генералом Г. А. Крокко, не является случайным. Он был папой Луиджи, а итальянский папа сравним с еврейской мамой.)

Крокко начал работать над жидкостными ракетами в 1929 году, и к весне 1930 был готов к испытательным прожигам. Его работы интересны не только из-за довольно проработанного проекта мотора, но и прежде всего из-за выбранных компонентов топлива. Он использовал в качестве топлива бензин, что было неудивительно, но при выборе окислителя он отошёл от кислорода и использовал азотный тетроксид, N2O4. Это было большим шагом - азотный тетроксид, в отличие от кислорода, может храниться неограниченно долго при комнатной температуре - но никто вне его маленькой группы не слышал об этой работе в течение двадцати четырёх лет!
(В письме в журнал El Comercio в Лимо, Перу, 7 октября 1927 года, некто Педро А. Палет, перуанский инженер-химик, утверждал, что проводил эксперименты - в 1895-1897 годах (!) - с ракетным мотором, работающим на бензине и азотном тетроксиде. Если это утверждение хоть как-то основывается на фактах, то Палет опередил не только Годдарда, но даже Циолковского.

Однако, рассмотрим такие факты. Полет утверждал, что его двигатель развивал тягу в 200 фунтов, и работал импульсами, 300 раз в минуту, а не постоянно, как работают обычные ракетные двигатели.

Он также утверждал, что проводил свои экспериментальные работы в Париже.

Однако я знаю, насколько много шума делает 200-фунтовый двигатель. И я знаю, что если бы такой мотор зажигался триста раз в минуту - частота тикания часов - то это бы звучало как работа целой батареи автоматических 75-миллиметровых зенитных орудий. Такой грохот убедил бы парижан, что Коммуна вернулась, чтобы отомстить Республике, и был бы обязательно запомнен хоть кем-то, кроме Палета. Но только Палет запомнил.

В моей книге, утверждения Палета полностью неверны, и его заявленные испытания никогда не имели места.)

В. П. Глушко, ещё один авиационный инженер, возглавлял ракетную группу в Ленинграде. Он предложил суспензию порошка бериллия в масле или бензине в качестве топлива, но в своих первых прожигах в 1930 году он использовал обычный толуол. И он пришёл - независимо - к тому же решению, что и Крокко. Он использовал азотный тетроксид в качестве окислителя.

Группа VfR ничего этого не знала, когда начинала работу. Оберт вначале хотел использовать в качестве топлива метан, но его было трудно найти в Берлине, поэтому они начали работать с бензином и кислородом. Иоганн Винклер, однако, использовал эту идею, и работая независимо от VfR, смог запустить двигатель на жидком кислороде и жидком метане до окончания 1930 года. Эта работа ни к чему особенному не привела, так как метан давал только слегка лучший результат, чем бензин, но был гораздо сложнее в работе, и никто не видел никакого смысла в продолжении работ с ним.

Гораздо более важными были эксперименты Фридриха Вильгельма Зандера, по профессии пиротехника (он делал коммерческие ракеты на порохе), который запустил двигатель в раннем марте 1931 года. Он особенно не рассказывал о своём топливе, называя его "угленаполненным", но Вилли Лей предположил, что это могло быть лёгкое топливное масло, или бензол, в которое был добавлен в больших количествах измельчённый уголь, или сажа. Как пиротехник, Зандер, естественно, считал уголь топливом, и некто Герман Нурданг (псевдоним капитана Поточника в старой имперской австрийской армии) годом раньше предложил взвесь угля в бензоле в качестве топлива. (Идея состояла в том, чтобы увеличить плотность топлива, и позволить, таким образом, использовать бензобаки меньшего размера.) Важным в работе Зандера было то, что он предложил ещё один окислитель, красную дымящуюся азотную кислоту. (Так называется азотная кислота, содержащая значительные количества - от 5 до примерно 20 процентов - растворённого азотного тетроксида.) Его эксперименты знаменовали начало одной из важных направлений в разработке топлив.

Эсно-Пельтри, пионер самолётостроения и авиационный инженер, в 1931 году работал сначала с бензином и кислородом, а затем с бензолом и азотным тетроксидом, став третьим экспериментатором, независимо пришедшим к этому окислителю. Но этому, как оказалось, предстояло стать обычным явлением - с полдюжины экспериментаторов обычно появлялись одновременно, держа в зубах одинаковые кости! Его использование бензола (как и использование Глушко толуола) в качестве топлива было довольно странным. Оба они не дают никаких преимуществ перед бензином в части эффективности, при этом оба гораздо более дорогие. А потом Эсно-Пельтри попробовал использовать тетранитрометан, C(NO2)4, в качестве окислителя, и немедленно оторвал себе четыре пальца. (Это событие впоследствие окажется типичным для работ с тетранитрометаном.)

Глушко в Ленинграде начал с того, чем Зандер закончил, и с 1932 по 1937 год работал с азотной кислотой и керосином, с большим успехом. Эта комбинация всё ещё используется в СССР. И в 1937 году, несмотря на результат Эсно-Пельтри, который был широко известен, он успешно поджёг керосин в тетранитрометане. Эта работа, однако, не имела продолжения.

Позже в 1931 году Клаус Ридель из VfR разработал двигатель для новой топливной пары, и он был успешно протестирован в раннем 1932 году. Он использовал жидкий кислород, что было обычным, но топливом, придуманным Риделем и Вилли Леем, была смесь из 60 частей этилового спирта и 40 частей воды. Эффективность несколько уступала эффективности бензина, но температура пламени была гораздо ниже, охлаждение было проще и двигатель держался дольше. Это было крупным вкладом VfR в технологии компонентов топлива, ведя прямым путём к А-4 (V-2), на чём работа группы и закончилась. Вернер фон Браун начал работать над своей докторской диссертацией об горении в ракетных двигателях в Куммерсдорф-Весте в ноябре 1932 года при спонсорстве армии, гестапо забрало остатки VfR и общество прекратило активность к концу 1933 года.

Доктор Юджин Зангер, из Венского университета, провёл длинную серию испытаний двигателей в 1931 и 1932 годах. Его компоненты были достаточно обычными - жидкий (или иногда газообразный) кислород и жидкое печное горючее - но он изобрёл хитрое химическое средство для старта двигателя. Он заполнял часть топливной трубы, ближе к двигателю, диэтилом цинка, чтобы тот работал в качестве "стартовой воспламеняющей порции", как мы бы его теперь назвали. Когда эта порция попадала в двигатель и входила в контакт с кислородом, она спонтанно воспламенялась, так что когда приходил черёд горючего попасть в камеру, там уже весело горел огонь. Доктор также составил длинный список, первый из многих, возможных топлив, от водорода до чистого углерода, и рассчитал эффективность каждого из них с кислородом и N2O5. (Последнее, будучи не только нестабильным, но ещё и твёрдым веществом, естественно, никогда не использовалось.) К несчастью, в своих расчётах он несколько наивно предполагал 100-процентную тепловую эффективность, что потребовало бы или (а) бесконечное давление в камере, или (б) нулевое давление на выходе из сопла в идеальный вакуум, и в обоих случаях потребовало бы сопла бесконечной длины, что могло привести к определённым трудностям при изготовлении. (Тепловая эффективность ракет обычно составляет где-то 50-60 процентов.) Он также предложил использовать в качестве окислителя озон, и, как и Цандер, отметил, что молотый алюминий мог бы быть добавлен к топливу.

Затем Луиджи Крокко, в Италии, пришла ещё одна идея, и он смог уговорить Министерство Авиации дать ему немного денег, чтобы её попробовать. Идеей было однокомпонентное топливо. Однокомпонентное топливо - это жидкость, содержащая в себе и горючее, и окислитель, либо в составе одной молекулы, как, скажем, метилнитрат, CH3NO3, в котором кислород может окислить углерод и водород, или как смесь топлива и окислителя, как, например, раствор бензола в N2O4. На бумаге идея выглядела привлекательно. Вам нужно подавать в камеру сгорания всего одно топливо, что упрощает систему труб, ваше соотношение компонентов задано и остаётся там, где вы хотите, вам не нужно беспокоиться о форсуночной головке, которая должна как следует перемешивать топливо с окислителем, и вообще всё гораздо проще. Но! Любая тонкая смесь топлива и окислителя - потенциальная взрывчатка, и молекула с одним восстановительным концом (горючее) и одним окислительным концом (окислитель), разделённых парой плотно перекрещенных пальцев - это приглашение катастрофы.

Всё это Крокко знал. Но тем не менее, со смелостью, едва отличимой от лунатического безумия, он начал в 1932 году длинную серию испытательных прожигов с нитроглицерином (не меньше!), который только слегка был ослаблен добавлением 30 процентов метилового спирта. Каким-то чудом он ухитрился не убить себя, и продолжил работы с несколько менее чувствительным нитрометаном, CH3NO2. Он получил многообещающие результаты, но деньги кончились в 1935 году, и из исследований больше ничего особенного не вышло.

Ещё одним ранним исследователем однокомпонентных топлив был Гарри У. Булл, который работал по своей программе в университете Сиракуз. К середине 1932 года он сжёг в газообразном кислороде бензин, эфир, керосин, печное топливо и спирт. Позже он попробовал, безуспешно, сжечь спирт в 30-процентном растворе перекиси водорода (наивысшая концентрация, доступная в то время в США), а также сжечь скипидар в (видимо, 70-процентной) азотной кислоте. Затем, в 1934 году, он испытал однокомпонентное топливо собственного изобретения, которое он назвал "Атален", но никак иначе не определил. Оно взорвалось и отправило его в госпиталь. Тупик.

Наконец, Хельмут Вальтер, в Химическом институте Берлина в 1934 и 1935 годах сделал однокомпонентный двигатель, который работал на 80-процентной перекиси водорода, которая только недавно стала доступной. При правильном катализе, или при нагреве, перекись водорода распадается на кислород и перегретый пар, и таким образом может быть использована в качестве однокомпонентного топлива. Эта работа не была опубликована - Люфтваффе видело определённые применения этой идее - но была продолжена и дала множество результатов в последующие несколько лет.

Последняя строго довоенная работа, которую надо упомянуть, была проделана группой Франка Малина в GALCIT (Гуггенхаймской Авиационной Лаборатории Калифорнийского Технологического Института.) В феврале 1936 года он планировал проект для своей докторской диссертации, которым должна была стать разработка жидкостной высотной ракеты. Группа, которой предстояло проделать эту работу, была постепенно собрана, и была в полном составе к лету 1937 года: шесть человек, включая самого Малина. Джона У. Парсонса, химика группы, Уэлда Арнольда, который дал немного денег, и Су Шень Цзена, которому, через тридцать лет, предстояло обрести лавры создателя баллистических ракет Коммунистического Китая. Доброжелательное око Теодора фон Кармана приглядывала за всей активностью.

Первой задачей было научиться запускать ракетный двигатель, и экспериментальные прожиги для этого начались в октябре 1936 года. Метанол и газообразный кислород служили компонентами. Но рассматривались и другие компоненты, и к июню 1937 года Парсонс составил списки и рассчитал эффективность (предполагая, как и Зангер, 100-процентную эффективность) дюжин комбинаций компонентов. В дополнение к топливам Зангера он включил в список различные спирты и насыщенные и ненасыщенные углеводорода, а также такие экзотические вещества как метоксид лития, декаборан, гидрид лития и триметил алюминия. В качестве окислителей он брал кислород, красную дымящуюся азотную кислоту и азотный тетроксид.

Следующей комбинацией, которую группа попробовала испытать, был азотный тетроксид с метанолом. Испытания начались в августе 1937 года. Но Малина, вместо того, чтобы работать на свежем воздухе, как сделал бы любой здравомыслящий человек, последовал чьему-то глупому совету и проводил свои испытания в здании Инженерной механики, которое при каждом несработавшем зажигании заполнялось дымной смесью паров метанола и N2O4. Последний, реагируя с кислородом и влагой, содержащейся в воздухе, быстренько преобразовывался в азотную кислоту, которая наводила коррозию на всю дорогую механику в здании. Авторитет Малина в глазах руководства рухнул, и он со своей аппаратурой и помощниками был изгнан из здания, заслужив звание "команды самоубийц". Пионеры редко добиваются признания.

Но группа продолжала работать, до 1 июля 1939, когда, по подстрекательству генерала Хапа Арнольда, армейские Воздушные Силы спонсировали проект по разработке JATO - ракетной системы, предназначенной помочь тяжёлым самолётам взлетать с коротких взлётных полос.

С этого момента ракетные исследования оплачивались военными и были засекречены. Группа GALCIT потеряла девственность с Малиновским первым взрывом. Теперь она потеряла и свой любительский статус.
Изменено: avmich - 18.03.2013 08:41:13
 
Ну а гидразин то?
Ангара - единственный в истории мировой космонавтики случай когда новая ракета по всем параметрам хуже старой. (с) Старый Ламер
 
Извините, avmich, Вы - автор?
Если да, то почему "фунты" в удельном импульсе?
В остальном читал с интересом.
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!
 
Конечно, это написано давно и довольно бойко.
Я позволю себе только замечание насчёт Циолковского (насчет остальных времени нет).
1. В 1903 г он не был "неизвестным учителем из неизвестного Боровска" т.к. еще в 1892 г переехал в Калугу. Неизвестным он тоже не был - сотрудничал с Академией, печатался в журналах и даже удостаивался разгромной критике.
2. О том, что его работу 1903 никто не знал и не воспринял - это миф. Весь тираж журнала разошелся и статья произвела впечатление. Например, школьный учитель Цандера читал классу эту статью. Знали и обсуждали многие. Однако статья была абсолютно революционной, все значения брались по максимуму и в реале были неверны.
3. Эту статью Циолковский написал РАНЬШЕ, чем Дьюар получил жидкий водород. Что не помешало Циолковскому понять, что это самое эффективное топливо и сжижение его - дело времени. Причём в статье он имел наглость утверждать, что жидкий водород дешев и получение его в промышленных масштабах не представляет трудностей.
4. Собственно, почему Циолковский так полюбил кислород/водород? Да ракета у него была одноступенчатой и никаким другим топливом поднять её в космос было нельзя
 
Статья Изслѣдованiе мiровыхъ пространствъ реактивными приборами. К. Цiолковскаго
http://tsiolkovsky.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=64
 
Спасибо!
 
Цитата
N пишет:
Статья Изслѣдованiе мiровыхъ пространствъ реактивными приборами. К. Цiолковскаго
Это я сканировал лет 12 назад. В html. Наверняка тут и ошибки есть. Надо в графике делать.
Вот в pdf
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/dorev-knigi/ciolkovskiy/tsiolkovskii-issl-mir-pr-1903.pdf
Кстати - вот аргумент, опровергающий миф, что статью никто не знал. В нашей публичке журнал совершенно свободно лежит. Был журнал вполне известен. Печатались Плеханов, Ленин, Менделеев да и сам Циолковский не первый раз.
 
Спасибо!
 
Цитата
Штуцер пишет:
Извините, avmich , Вы - автор?
Если да, то почему "фунты" в удельном импульсе?
В остальном читал с интересом.

Clark John D. Ignition An informal history of liquid rocket propellants (University Press, 1972)
"Были когда-то и мы рысаками!!!"
 
Читать:
http://bookre.org/reader?file=1208367

Скачать:
http://bookfi.org/dl/1208367/3933de
"Были когда-то и мы рысаками!!!"
 
Пенемюнде и ЛРД

Фон Браун начал работать над своей докторской диссертацией (процессы сгорания в ракетных двигателях) в ноябре 1932 года. Вся экспериментальная часть делалась в Куммерсдорф-Весте, на артиллерийском полигоне вблизи Берлина - и Рейхсвер оплачивал транспортные услуги, а также поставлял ему сотрудников. К моменту получения им степени в 1937 году фон Браун стал техническим директором организации, которая вскоре переехала в Пенемюнде. Там была спроектирована и разработана A-4, более известная под пропагандистским именем V-2.

При разработке A-4 почти не проводилось работ по исследованиям компонентов топлива. С самого начала планировалось использовать жидкий кислород и смесь спирта с водой в соотношении 70/30 (как это делалось в VfR) в качестве топлива. 80-процентная перекись водорода Хельмута Вальтера использовалась для привода жидкостных насосов. Перекись поступала в камеру газогенератора, где смешивалась с небольшим количеством раствора перманганата кальция в воде. Это приводило к разложению перекиси на кислород и перегретый водяной пар, которые приводили в движение турбины, которые, в свою очередь, крутили насосы, качающие кислород и спирт в главную камеру сгорания.

A-4 была стратегическим оружием дальнего действия, не предназначенным для быстрых запусков по приказу. Вполне целесообразным было готовить ракету к пуску заранее и затем заправлять спиртом и кислородом непосредственно перед стартом. Но Рейхсверу были нужны зенитные ракеты, которые были бы в постоянной готовности. Когда получаешь сообщение от своих наблюдателей на передовых позициях что бомбардировщики приближаются, нет времени заправлять ракету жидким кислородом. Что хотелось бы иметь, так это хранимые компоненты топлива, которые можно заправить в баки заранее и держать там до момента нажатия на кнопку. Так нельзя сделать с кислородом, который не может быть жидким при температурах выше -119 C, его критической температуре, и никакое давление тут не поможет.

Рейхсвер довольно долго осознавал, что ему понадобятся зенитные ракеты - может быть, они верили Герману Герингу, когда он хвастался - "Если британцы хоть раз будут бомбить Берлин, можете звать меня Мейером!" - но когда до них это наконец дошло, они обнаружили, что работа над долгохранимыми компонентами топлива уже давно ведётся. Вначале она в основном велась на фирме Витте Верке Гельмута Вальтера, в Киле. Как уже упоминалось, высококонцентрированная перекись водорода (80-83 процента) впервые стала доступной примерно в 1934 году, и Вальтер использовал её в качестве однокомпонентного топлива, и в Люфтваффе очень интересовалось этим. Как и генерал Арнольд в Соединённых Штатах, люфтваффе очень ценило возможность тяжёлому бомбардировщику взлетать с запредельной нагрузкой с помощью ракетной системы, и к февралю 1937 года вальтеровская перекисная разработка помогла аэроплану Хейнкель Кадет взлететь. Позже в том же году был запущен ракетный самолёт - снова с использованием двигателя на перекиси водорода. Перехватчик Мессершмитт 163-А использовал то же топливо.

Но перекись водорода - это не только однокомпонентное топливо, но и очень неплохой окислитель. И Вальтер разработал топливо для него, которое он назвал "Ц-Штофф". (Сама перекись называлась "Т-Штофф".) Гидразин-гидрат, N2H4*H2O, самовоспламенялся при контакте с перекисью (Вальтер был, возможно, первым разработчиком топлив, обнаружившим этот феномен) и Ц-Штофф состоял из 30 процентов гидразин-гидрата, 57 процентов метанола и 13 процентов воды, плюс тридцать миллиграмм на литр меди в виде купроцианида калия, для улучшения зажигания и в качестве катализатора горения. Метанол и вода добавлялись потому, что гидразин-гидрат было сложно найти - настолько сложно, что к концу войны его содержание в Ц-Штоффе снизилось до пятнадцати процентов. Мессершмитт 163-Б использовал Ц-Штофф и Т-Штофф.

Следующей организацией, занявшейся разработками ракетных топлив, был Институт авиационных исследований в Брауншвейге. Там, в 1937-1938 годах, доктор Отто Лац и доктор Вольфганг С. Ногеррах начали работать над комбинацией Ц-Штоффа и Т-Штоффа. За ними БМВ (Баварские Моторные Заводы - да, те самые люди, которые делают мотоциклы) получила приглашение от Люфтваффе вступить в действие. Гельмут Филип фон Зборовски, племянник знаменитого до Первой Мировой войны автогонщика, руководил работами, и Хайнц Мюллер был его заместителем. Летом 1939 годы БМВ получила контракт на разработку ракетной системы JATO с использованием комбинации Ц- и Т-Штоффа, и они работали с ней на протяжении нескольких месяцев. Но фон Зборовский был уверен, что 90 процентная азотная кислота была окислителем получше, и кроме того она была куда более доступной (Концерн И.Г.Фарбена гарантировал поставки любых количеств), и занялся убеждением военных в своей правоте. С начала 1940 года он и Мюллер работали над комбинацией азотной кислоты и метанола, и в 1941 году убедительно продемонстрировали свои достижения идеальным тридцатисекундным испытанием двигателя с тягой три тысячи фунтов силы. Он даже смог переубедить Юджина Зангера, который считал жидкий кислород единственным окислителем, стоящим рассмотрения.

По ходу дела, в начале 1940 года Зборовски с Мюллером сделали весьма важное открытие - о том, что некоторые топлива (первыми, которые они нашли, были анилин и скипидар) самовоспламенялись при контакте с азотной кислотой. Ногеррах узнал об этом и присоединился к проводимым в БМВ поискам топлив, имеющих это интересное свойство. Его кодовое название для азотной кислоты было "Игнол", а для его топлив - "Эргол", и как человек, знакомый с греческим, он придумал слово "Гипергол" для самовоспламеняющихся комбинаций. "Гипергол" и производные слова, такие как прилагательное "гипергольный", прочно вошли не только в немецкий, но и в английский языки, и даже, несмотря на усилия Шарля де Голля сохранять язык "чистым", во французский.

Обнаружение эффекта самовоспламенения было очень важным. Поддерживать ракетный двигатель работающим относительно просто. Выключать его без того, чтобы он взорвался, несколько сложнее. Но запустить его без всяких осложнений - это настоящая проблема. Иногда используются электрические системы зажигания - а иногда пиротехнические устройства. Но ни одному нельзя доверять, каждое добавляет хлопот, ненужных сложностей, когда у тебя и так уже больше осложнений, чем нужно. Очевидно, что самовоспламеняющиеся топлива позволяют выкинуть все системы зажигания, и предоставить химии делать свою работу. Вся конструкция становится гораздо проще и более надёжной.

Но, как обычно, сложности есть и тут. Если компоненты топлива попадают в камеру сгорания и мгновенно воспламеняются - дело идёт как надо. Но если они попадают в камеру, успевают в ней накопиться и воспламеняются только потом - происходит взрыв, обычно разрушающий двигатель и всё, что вокруг. Общепринятый термин для этого эффекта - "жёсткий старт". Таким образом, зажигание самовоспламенением должно быть очень быстрым, или оно становится хуже, чем бесполезным. Немцы установили верхний предел в 50 миллисекунд в качестве задержки зажигания, на которое они были согласны.

К слову, чтобы потом не перепутать, Зборовски называл свои топлива именами растений. Азотную кислоту он называл "Салбей" (шалфей), а топлива - "Тонка", в честь бобов, из которых получают кумарин, напоминающий запахом ванилин. Учитывая настоящие запахи тех веществ, с которыми он работал, я не могу придумать более неподходящих названий!

Первые измерения задержки зажигания были, мягко говоря, довольно примитивными. После долгой ночи копаний в старых книгах по химии в поисках веществ, которые бы активно реагировали с азотной кислотой, Зборовски с Мюллером пропитывали чистящую салфетку очередным веществом-кандидатом, обрызгивали её азотной кислотой и смотрели, насколько быстро она вспыхнет - если вспыхнет вообще. Тут они обнаружили интересный эффект. Старые, использованные салфетки из механических мастерских иногда вспыхивали гораздо быстрее свежих, пропитанных тем же составом. Их химлаборатория позволила найти причину. Следы железа и меди из мастерской, в форме металлов или солей, работали катализаторами возгорания. Тогда они модифицировали свою 98-процентную азотную кислоту, "Салбей", добавив туда 6 процентов гидрата хлорида железа, и назвали новый окислитель "Сальбейк".

Технология пропитанных салфеток скоро уступила место несколько более сложному подходу, при котором можно было капнуть каплю горючего-кандидата в кислоту объёмом с чайную ложку, определяя способность к самовоспламенению с меньшим риском поджечь всю мастерскую, и в течение следующих четырёх лет БМВ с одной стороны и Ногеррах с другой испытывали на самовоспламеняемость всё, что попадалось им в руки. В БМВ, где разработки топлив шли под руководством Германа Хемесах, было испытано больше 2000 потенциальных топлив. И очень скоро концерн И.Г.Фарбен в Людвигсхавене начал заниматься тем же самым. Проявив замечательное отсутствие воображения, Фарбен поначалу использовал кодовые названия, и маркировал свои смеси кодами типа T93/4411.

Эти организации разработали много топлив, весьма различающихся между собой, и вместе с тем очень похожих, поскольку число веществ, которые самовоспламенялись при контакте с азотной кислотой, и при этом доступны в нужных количествах, было ограничено. Тройные амины, такие как триэтиламин, самовоспламенялись, и ещё лучше самовоспламенялись ароматические амины, такие, как анилин, толуидин, ксилидин, N-метиланилин. Большинство из испытанных смесей - простые топлива, состоящие из молекул одного вещества, были неслыханны - основывалось на семействе анилина, часто с добавками триэтиламина, плюс иногда таких веществ как диметилбензол, бензол, бензин, тетрагидрофуран, пирокатехин и иногда других алифатических аминов. Разработанная в БМВ Тонка 250 включала 57 процентов ксилидина и 43 процента триэтиламина (она использовалась в ракете "Тайфун"), а Тонка 500 содержала толуидин, триэтиламин, анилин, бензин, бензол и ксилидин. Ногеррах добавил фурфуриловый спирт к Тонке 250, получив "Эргол-60", который он считал "лучшим" самовоспламеняющимся топливом, и в докладе о нём мечтательно добавил, что фурфуриловый спирт легко доступен в Соединённых Штатах - в отличие от Германии.

Как только какой-нибудь исследователь находил смесь, которая ему чем-нибудь нравилась, он патентовал её. (Такая заявка, вероятно, даже не рассматривалась бы при гораздо более строгих патентных законах в США.) Неудивительно, что каждый из них, в частности, Хемесах и Ногеррах, обвиняли всех вокруг в краже "их" патентов. В 1946 году, когда Хайнц Мюллер приехал в эту страну, он снова встретил Ногеррах, и нашёл, что тот ничуть не изменился, и продолжает бурчать, что "и БМВ, особенно Хемесах, утащил у нас много патентов!"

Примерно в 1942 или 1943 году работы в И.Г.Фарбене стали постепенно смещаться с исследований смесей, похожих на Тонку и Эргол, с которыми они работали вначале, на топлива, основанные на "Визолах", которые представляли собой виниловые эфиры. Виниловые эфиры бурно самовоспламенялись с MS-10, смесью, состоящей из 10 процентов серной кислоты и 90 процентов азотной, и задержка воспламенения меньше зависела от температуры, чем при использовании чистой азотной кислоты. (Что было серьёзной проблемой. Топливная пара может воспламеняться за 50 миллисекунд при комнатной температуре, но ждать целую секунду при минус 40 градусах.) К тому же считалось, практически на веру, что MS-10 не окисляет нержавеющую сталь. Это было заблуждением, которое продержалось пять лет до своего опровержения.

Типичная смесь, запатентованная доктором Хеллером в 1943 году, состояла из 57,5 процентов Визола-1 (винилбутиловый эфир) или Визола-6 (винилэтиловый эфир), 25,8 процентов Визола-4 (дивинилбутандиоловый эфир), 15 процентов анилина, и 1,7 процентов пентакарбонила железа или нафтената железа. (Хеллеру приходилось добавлять железо к топливу, а не к окислителю, потому что окислитель содержал серную кислоту, а сульфаты железа нерастворимы в азотной кислоте.) На эту тему было много разных вариаций топлив, иногда с заменой n-бутилового компаунда на винилизобутиловый эфир. Так или иначе, более 200 смесей было испытано, среди которых меньше десяти было найдено достаточно полезными. "Оптолин" был смесью анилина, Визола, ароматических углеводородов, иногда аминов, бензина и пирокатехина. Ракета "земля-воздух" Вассерфаль использовала Визол в качестве топлива.

Несколько агентств пытались найти добавки, которые при добавлении в небольших количествах делали бензин или бензол или метанол самовоспламеняющимся с кислотой. Вещества типа карбонильного железа и селенида натрия более-менее работали, но такой успех был достаточно академическим, потому что полезные добавки были слишком редкими, слишком дорогими или слишком агрессивными, чтобы с ними как-то мириться.

Но азотная кислота всё же однозначно считалась лучше всех. Много немецких ракет было разработано сперва в расчёте на перекись, но по мере продолжения войны подлодки Вальтера типа XVII угрожали истратить весь объём производства, и работы с азотной кислотой были настолько успешны, что неизбежно этот окислитель стали рассматривать для использования в ракетах. В этот период гораздо больше вариантов комбинаций обсуждалось, чем испытывалось, и проводились теоретические расчёты эффективности. Эти расчёты уже не были наивными ранними оценками, как у Зангера и других, но учитывали давление сгорания, атмосферное давление, тепловую эффективность, температуру сгорания, диссоциацию - все подробности. Такие точные расчёты чрезвычайно утомительны - каждый из них, сделанный с помощью настольного калькулятора, легко мог занять целый день. Но доктор Грета Рэндж и другие терпеливо делали один расчёт за другим, беря в качестве топлив спирт, водный раствор спирта, бензин, дизельное топливо, аммиак, пропаргиловый спирт и бог знает что ещё, а в качестве окислителей - кислород, азотную кислоту, N2O4, тетранитрометан, озон и OF2, хотя лаборанты никак не могли получить достаточное количество последнего вещества, чтобы его должным образом охарактеризовать. И ещё в 1943 году появились мысли об использовании трифторида хлора, который до того был всего лишь лабораторным курьёзом. Но недавно это вещестно начали производить в промышленности - в качестве средства для зажигания, и его эффективность тоже была рассчитана, с аммиаком и такими странными вещами как взвесь угля в воде.

Один из расчётов, сделанных в то время Ногеррах, показывал, что если бы компоненты топлива A-4 были заменены на азотную кислоту и дизельное топливо, то дальность полёта существенно бы выросла - не из-за большей эффективности топлива по сравнению с кислородом и спиртом, которые в реальности использовались, и имели на самом деле большую эффективность, но из-за того, что более высокая плотность позволяла залить в баки больше топлива. Этот расчёт не имел особого эффекта в то время, хотя A-10, планировавшаяся на замену A-4, должна была использовать новую комбинацию, но через несколько лет он имел довольно весёлые последствия в России.

Окислителем, который всё время "мог бы быть", был тетранитрометан. Это хороший окислитель, имеющий определённые преимущества. Он долгохраним, обладает большей эффективностью, чем азотная кислота и имеет довольно высокую плотность, так что он не требует больших баков. Но он плавится при +14,1 C, так что иначе как тёплым солнечным днём он представляет собой замёрзший кусок. И он взрывоопасен - как это выяснил Эсно-Пельтри - и вывел из строя как минимум одну немецкую лабораторию. Смесь в состоянии эвтектики с N2O4, 64 процента ТНМ и 36 процентов N2O4, не замерзает до -30 C, и гораздо менее чувствительна, чем чистый ТНМ, но всё ещё считалась опасной, и Ногеррах отказался иметь с ней дело или даже допустить её в лабораторию. Но инженеры продолжали мечтательно поглядывать на неё, и когда они получили сведения (совершенную дезинформацию) о том, что она используется в больших объёмах в Соединённых Штатах, немцы героически начали работы по синтезу, и к концу войны накопили восемь-десять тонн этого вещества. Никто потом так и не придумал, как его можно использовать.

Другой идеей, которая тоже ни к чему не привела, было гетерогенное топливо - суспензия, или пульпа, металлического порошка, например, алюминиевого, в жидком топливе, например, бензине. Идея была предложена несколькими авторами, среди них Цандером в России и Зангером в Австрии, и Хайнц Мюллер в БМВ провёл испытания, используя алюминиевый или магниевый порошок и дизельное масло. Эффективность была очень низкая - давление в камере было 50-100 psi [3,5 - 7 атмосфер] вместо 300 psi, как они рассчитывали, из-за неполного сгорания металла. Но в остальном результаты были впечатляющими. Двигатель испытывался в горизонтальном положении, с использованием дефлектора, отклоняющего выхлопные газы вверх. Несгоревшие частицы металла постепенно осели и украсили все ёлки вокруг красивым, блестящим нарядом - что очень уместно, к рождеству. Идее с пульпой предстояло снова проявиться лет через двадцать, чтобы морочить голову другому поколению экспериментаторов.

Испытания однокомпонентных топлив (которые назывались "Монерголы") продолжались до конца войны. В 1937-1938 годах основная работа делалась с растворами N2O или NH4NO3 в аммиаке. (Последняя смесь, под названием "раствор Драйвера", была известна долгие годы.) Единственными результатами этих экспериментов были разочаровывающие взрывы и разрушенные двигатели. А в Пенемюнде доктор Вармке попробовал растворить спирт в 80-процентной перекиси и подать это в двигатель. Смесь сдетонировала и убила его. Фирма Шмиддинга, тем не менее, продолжала эксперименты с однокомпонентным топливом, которое они называли "Мирол", смесь 80 процентов метилнитрата и 20 процентов метанола - очень похожим на смесь нитроглицерина и метанола, с которой Крокко работал годами раньше. Они ухитрились добиться зажигания, и получили довольно высокую эффективность, но их преследовали один взрыв за другим, и они так и не смогли добиться надёжной работы.

И наконец, была комбинация топлив, которую в БМВ и в АРИБ называли "Литерголами" - что, в общем-то, было шагом в сторону исходного гибридного двигателя, испытываемого Обертом во времена UFA. Перекись или закись азота, N2O, впрыскивалась в двигатель, в котором были закреплены несколько стержней пористого угля. Закись азота способна к экзотермическому разложению на кислород и азот, а перекись - на кислород и пар, и они могут работать как однокомпонентные топлива, но экспериментаторы хотели получить дополнительную энергию при сгорании угля. Когда они сдались американцам в конце войны, они уверили своих победителей, что ещё немного инженерной работы - и система заработает как следует. В реальности прошло около двадцати лет до того, как хоть кто-то смог заставить гибриды работать.

Тем временем, дома на ранчо -

Самым впечатляющим в исследовании компонентов топлив в Соединённых Штатах во время войны было то, насколько сильно оно походило на исследования в Германии. Конечно, в Америке не было A-4 и высококонцентрированная перекись водорода была недоступной в этой стране, но другие разработки были очень похожи.

Как отмечалось в первой главе, первые работы в GALCIT, проведённые для военных, состояли в разработке JATO, чтобы помочь тяжёлым бомбардировщикам армейской авиации при взлёте. И армейская авиация требовала долгохранимых компонентов - они не собирались, повторяю, не собирались валять дурака с жидким кислородом.

Поэтому первым вопросом на повестке дня был выбор окислителя. Кислород и озон, оба из которых не являюся долгохранимыми, отпадали. Хлору недоставало энергии, и Малина, Парсонс и Форман, которые, с помощью доктора Х. Р. Муди, сделали обзор данной темы, сочли N2O4 непрактичным. Трудно сказать почему, но, вероятно, исключительная ядовитость вещества поспособствовала этому отказу. Они рассматривали 76 процентную хлорную кислоту, тетранитрометан, и, наконец, остановились на красной дымящей азотной кислоте, КДАК, содержащей 6-7 процентов N2O4. Они пробовали сжигать в тигле разные топлива с этой кислотой - бензин, петролейный эфир, керосин, метиловый и этиловый спирт, скипидар, льняное масло, бензол и так далее, и обнаружили, что кислота поддерживает горение. Более того, они обнаружили, что гидразин-гидрат и бензол гипергольны с ней, хотя они и никогда не слышали этого слова, так что выбор остановился на кислоте. В последнем отчёте 1939-1940 года, Исследования реактивных двигателей для армейской авиации, GALCIT-ЛРД номер 3, 1940, есть очень неудачный прогноз. (К тому времени группа Малина стала Лабораторией ракетных двигателей, Jet Propulsion Laboratory, с фон Карманом во главе.)

"Единственным источником проблем, связанным с кислотой, является её коррозийная активность, которая может быть преодолена использованием коррозийно-стойких материалов". Ха! Если бы они знали, сколько проблем принесёт азотная кислота, пока она не будет приручена, авторы, вероятно, вышли бы из лаборатории и застрелились.

Как бы то ни было, отчёт был прекрасным обзором состояния дел в этой области на то время, и содержал сложные и точные расчёты эффективности. Процедура была разработана в диссертации Малина 1940 года, и практически, и неизбежно, была такой же, как и разработанная в Германии. Одна из первых таблиц термодинамических свойств продуктов сгорания была опубликована Дж. О. Хиршфелдером в ноябре 1942 года, в качестве необходимых исходных данных для таких расчётов.

Малина и компания начали экспериментальные работы с КДАК и бензином ещё в 1941 году - и немедленно столкнулись с проблемой. Это удивительно упрямая комбинация, идеально подходящая для того, чтобы свести исследователя с ума. Для начала её почти невозможно поджечь. ЛРД использовала электрическую свечу для зажигания, и чаще всего получала взрыв вместо надёжного зажигания, которого они пытались добиться. И когда они наконец получали зажигание, двигатель начинал кашлять, чихать, выть и икать - и потом обычно всё равно взрывался. Взвесь металлического натрия в топливе немного помогла зажиганию, и бензол вёл себя чуть получше бензина - но ненамного и недостаточно. Потребовалось неожиданное открытие на другом конце страны, чтобы решить их текущие проблемы.

Здесь нужно отступить немного назад. С 1936 до 1939 года Роберт Труакс, тогда гардемарин в Морской академии США, экспериментировал с ракетами на жидком топливе в свободное время и с материалами, которые ему удавалось найти. Он успешно защитил диплом, провёл требуемые два года во флоте и в 1941 году, в звании капитан-лейтенанта, был отправлен на Экспериментальную инженерную станцию (ЭИС) в Аннаполисе, с приказом разработать JATO. Потому что у Флота в то время были проблемы с обеспечением взлёта их перегруженных и недостаточно мощных патрульных бомбардировщиков PBM и PBY с воды. И Роберт тоже столкнулся с проблемами зажигания и неустойчивости горения. Но один его подчинённый, ефрейтор Стифф, работая над газогенераторами (небольшими устройствами, работающими как источники газа с повышенным давлением) обнаружил, что анилин и КДАК при контакте сразу воспламенялись. (Такие открытия обычно неожиданны, чтобы не сказать неприятны, и можно только гадать, сохранил ли при этом ефрейтор Стифф свои брови.)

В любом случае, Франк Малина, посетив ЭИС в феврале 1942 года, узнал об этом открытии и немедленно позвонил ЛРД в Пасадину, и ЛРД немедленно переключилась с бензина на анилин. И непосредственные проблемы волшебным образом исчезли. Воспламенение происходило сразу и всегда, и процесс горения отличался устойчивостью. К первому апреля у них работал на стенде мотор на 1000 фунтов тяги (к тому времени эти люди были уже профессионалами), а пятнадцатого он помог взлёту среднего бомбардировщика A20-A - это был первый полёт с жидкостным JATO в соединённых Штатах.

Труакс, конечно, тоже использовал эту топливную пару, и уже в начале 1943 года, подвесив два двигателя по 1500 фунтов тяги на PBY, смог поднять в воздух с воды весьма перетяжелённый аппарат.

По JATO для Флота работали и другие люди, в том числе сам профессор Годдард, чья разработка успешно полетела на PBY в сентябре 1942 года - первый JATO для Флота. Он использовал свою классическую пару - жидкий кислород и бензин, но фирма Реактивные Моторы, тоже активно ведущая разработки, придумала оригинальный ход.

Фирма Реактивные Моторы Инкорпорейтед, обычно называемая РМИ, была основана в 1941 году несколькими ветеранами Американского Ракетного Общества, включая Джеймса Вылда, Лоуэлла Лоуренса и Джона Шеста, и начала разработки системы JATO. Сперва они использовали жидкий кислород - все работы АРО были с этим окислителем - и бензин. Но они обнаружили, что эта комбинация даёт слишком высокую температуру, и двигатели долго не выдерживают. Поэтому как только бензин попадал в камеру, они подмешивали к нему воду через мерный клапан. Сгорание было более мягким, и двигатель на части не разваливался. Это решение проблемы температуры сгорания было несколько менее элегантным, чем использованное VfR (и Пенемюнде), где вода подмешивалась в топливо, которым был спирт. Система РМИ успешно полетела на PBM в 1943 году. Во время испытаний, проводившихся на реке Северн, струя из двигателя подожгла хвост гидросамолёта, но лётчик-испытатель поднялся (или наоборот опустился) над проблемой и посадил самолёт в воду вперёд хвостом на манер комика из старого фильма, который, бегая с подожжёнными полами, в спешке сел в ванну с водой, с шипением и облаками пара.

Комбинация анилин-КДАК обладала одним, но волшебным преимуществом, состоящим в том, что она работала. В остальном это была мерзость. Во-первых, анилин гораздо сложнее достать, чем бензин - особенно посреди войны цветов во всей одёжной индустрии, когда буквально каждый хочет использовать его для взрывчатки и чего-нибудь ещё. Во-вторых, он очень ядовит и быстро проникает под кожу. И в-третьих, он замерзает при -6,2 C и поэтому является топливом строго для летних кампаний. Армия и Флот в унисон, демонстрируя редкое единодушие, стонали и вопили при мысли о его использовании. Но выбора у них не было.

В остальном военный период характеризовался двумя тесно связанными исследовательскими темами. Одна из них была направлена на снижение температуры замерзания анилинового топлива, другая пыталась как-нибудь сделать бензин самовоспламеняющимся с азотной кислотой. Компания Американ Цианамид получила контракт на исследование добавок, которые могли бы достичь второго эффекта, а ЛРД работала над обеими задачами, вдобавок ещё испытывая добавки к самой кислоте. Помимо обычной КДАК, содержащей примерно 6 процентов N2O4, они испытывали кислоту, содержащую примерно 13 процентов, а также смесь, похожую на используемую немцами, но несколько более сильную. В одной смеси они имели 88 процентов азотной кислоты, 9,6 процентов серной кислоты и 2,4 процента SO3. (Почти такую же смесь использовали при производстве взрывчатки.) И они тоже верили, что нержавеющая сталь в этой смеси не ржавеет.

Очевидным способом понизить температуру замерзания анилина был смешать его с чем-нибудь ещё - лучше всего с чем-нибудь, что само по себе так же легко самовоспламеняется, как и анилин. И очевидным способом сделать бензин самовоспламеняющимся был смешать, в свою очередь, его с чем-нибудь, что уже саомовоспламеняется. Исследователи с энтузиазмом двигались по обеим направлениям.

В ЛРД смешивали анилин с ортотолуидом, близким аналогом, и получили эвтектику, замерзающую при -32 C. Но о-толуидин был такой же редкостью, как и анилин, и хотя смесь успешно работала на стендах, она никогда не дошла до промышленного использования. Более практичной добавкой был фурфуриловый спирт, по которому тосковал Зборовски. Фурфуриловый спирт получают из шелухи овсянки, и у фирмы Квакерская Овсянка было несколько железнодорожных цистерн этого вещества, которое они были рады продать любому, кто избавит их от него. 20 процентов фурфурилового спирта в анилине снижали температуру замерзания до 0 F, или -17,8 C, а эвтектика, 51 процент анилина и 49 процентов фурфурилового спирта, имела температуру замерзания -42 C. К тому же фурфуриловый спирт самовоспламенялся примерно так же, как и анилин.

Что касается бензина, то в ЛРД добавляли к нему анилин, дифениламин, смеси ксилидинов и других аналогов анилина; разнообразные алифатические амины и всё остальное, что они могли придумать, и измеряли задержку зажигания. Но им никак не удавалось найти добавку, которая, в небольших количествах, сделала бы бензин самовоспламеняющимся достаточно быстро, с КДАК или смесью кислот. Одна из лучших добавок состояла из смеси ксилидинов, но требовалось добавить примерно 50 процентов ксилидинов, чтобы обеспечить надёжное и быстрое самовоспламенение - что, конечно, делали ксилидины не добавкой, а большой частью топлива. Что ещё усугубляло проблему, так это отсутствие производства ксилидинов в Соединённых Штатах, и хотя Аэроджет испытывал похожие смеси через несколько лет (в 1949 году), это ни к чему не привело.

У Американ Цианамид были примерно такие же дела. Они начали с топливного масла номер 2, дизельного масла и бензина, и добавляли к ним анилин, диметиланилин, моно- и диэтиланилин, неочищенный моноэтиланилин - и скипидар. Большинство экспериментов делалось со смесью кислот, некоторые с КДАК, и некоторые с чистой 98-процентной азотной кислотой (Белая дымящая азотная кислота, или БДАК). И ни разу им не встретилось эффективной добавки. Но они обнаружили, что скипидар отлично самовоспламенялся с о смесью кислот или КДАК, и вполне мог бы быть хорошим топливом сам по себе. (К тому же подумайте о всех этих голосах избирателей из сосновых лесов Юга!)

Аэроджет Инжиниринг была основана в марте 1942 года, практически в качестве производственного филиала ЛРД. Основателями были фон Карман, Малина, Парсонс, Саммерфилд и Форман, все из ЛРД, плюс Эндрю Хэйли, который был юристом фон Кармана. Они начали свою собственную программу исследования топливных компонентов, хотя несколько лет её было трудно отделить от таковой в ЛРД.

Аэроджет была первой организацией, которая работала с неочищенным N-этиланилином, иногда называемым моноэтиланилином, в качестве топлива. Он почти так же быстро самовоспламеняется, как и анилин. Неочищенный или очищенный продукт содержал примерно 10 процентов диэтиланилина и 26 процентов собственно анилина, остатком служил моноэтиловый компаунд, и точка замерзания была -63 C. Так или иначе, это было элегантным решением проблемы точки замерзания, но результат был примерно настолько же ядовитым, как и первоначальный вариант, и примерно настолько же малодоступным.

Но с этим можно было как-то мириться. Аэроджетовскими топливами для JATO, производимыми промышленно к концу войны, были смесь кислот и моноэтиланилин - такие же, как топлива фирмы РМИ для двигателей флотской ракеты земля-воздух, Ларк, разработка которой началась в 1944 году. Корпорал, ракета земля-земля, начала разрабатываться в том же году и использовала комбинацию КДАК-анилин-фурфуриловый спирт.

Три организации работали над однокомпонентными топливами во время войны, хотя результаты были довольно скромными. Все они осваивали нитрометан. Сначала с ним работала ЛРД, в 1944 или ещё раньше, и обнаружила, что можно было улучшить процесс сгорания добавкой небольших количеств триоксида хрома (впоследствии ацетилацетоната хрома) к топливу. Аэроджет тоже работал с ним и счёл необходимым понизить его чувствительность добавкой 8 процентов бутилового спирта. И Боб Труакс, из ЭИС, тоже попытался поработать с ним - и чуть не погиб, когда кто-то подключил неправильный шланг к правильному клапану и бак взорвался. Ну и наконец Дэйв Альтман, из ЛРД, испытал смесь бензола и тетранитрометана, которая, конечно, немедленно сдетонировала.

А затем война закончилась и работы немцев вышли на сцену - и всё стало резко усложняться.
 
Аффтар пиши исчо!!!! [С улыбкой]

ЗЫ: Героический труд! Интересно, почему эту книгу до сих пор не перевели?
"Были когда-то и мы рысаками!!!"
 
Да, перевод очень хороший. В оригинале есть некоторые ошибки, но к переводу - никаких претензий.
 
С точки зрения русского языка - увы, ляпов хватает :( . Поэтому предлагайте правки - стараюсь писать близко к исходнику, но получается местами коряво; с удовольствием послушаю предложения. Особенно хотелось бы химиков послушать - с правильными названиями веществ бывают вопросы.

Следующая глава подлиннее... так что увы, не сразу. Зато Старому - Володя, ты просил про гидразин, так это в следующей серии.
Изменено: avmich - 22.03.2013 01:22:52
 
В оригинале проехали мимо работ с азотной кислотой в ГДЛ или ещё не доехали?
Ангара - единственный в истории мировой космонавтики случай когда новая ракета по всем параметрам хуже старой. (с) Старый Ламер
 
Цитата
Старый пишет:
В оригинале проехали мимо работ с азотной кислотой в ГДЛ или ещё не доехали?
Глушко в Ленинграде начал с того, чем Зандер закончил, и с 1932 по 1937 год работал с азотной кислотой и керосином, с большим успехом.
Проехали. Вот всё, что написано. С учётом того, что автор заграничный - вполне достаточно.
 


http://files.mail.ru/6492D3F33A5C464D89239748FE25549A книга Зажигание! в хранилище (8 Mb)
http://files.mail.ru/ABDB4A06E3954A088CCA7A847A90DD9A (txt, 540 Kb)
http://files.mail.ru/273D614514A6422EA0CE198DBDC8830B комплект
Изменено: N - 22.03.2013 08:39:34
 
p.66 What Ivan Was Doing
Когда Русские вошли в Германию, они взяли химиков из ЛГФарбен для исследования топлив. и т.д.
 
Цитата
hlynin пишет:
Цитата
Старый пишет:
В оригинале проехали мимо работ с азотной кислотой в ГДЛ или ещё не доехали?
Глушко в Ленинграде начал с того, чем Зандер закончил, и с 1932 по 1937 год работал с азотной кислотой и керосином, с большим успехом.
Проехали. Вот всё, что написано. С учётом того, что автор заграничный - вполне достаточно.

А до самовоспламеняющихся пар топлива Глушко дошёл только к концу 50-х.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"
 
стр 116.
Home-made hydrazine hydrate (rather than captured German stuff) was available in the Soviet Union by HJ48, but there was apparently little interest in hydrazine or its derivatives until about 1955 or 1956. when the Soviet chemists (all the Germans had been sent home by 1950) learned of our success with UDMH. The lack of interest may have been caused by the incompatibility of copper and hydrazine; and their engineers liked to make their motors out of copper, because of its beautiful heat-transfer properties. And, of course, the Russian climate has a tendency to discourage the use of hydrazine. UDMH, now, is one of their standard propellants.


Самодельный гидразин гидрат (а не захваченный немецкий запас) был доступен в Советском Союзе через HJ48, но было очевидно мало интереса к гидразину и его производным примерно до 1955 или 1956 года, когда советские химики (все немцы были отправлены домой в 1950) узнали о нашем успехе с НДМГ. Отсутствие интереса может быть вызвано несовместимостью меди и гидразина,а их инженеры любили, чтобы их двигатели были из меди, из-за ее прекрасной теплоотдачи. И, конечно, климат в России имеет тенденцию препятствовать использованию гидразина. НДМГ, в настоящее время, стал одним из их стандартных топлив.
Изменено: SFN - 22.03.2013 11:13:04
Страницы: 1 2 3 4 5 ... 15 След.
Читают тему (гостей: 1)
Журнал Новости Форум Фото Подписка Рекламодателям Контакты