Перекись водорода - это что-то, что у есть у каждого дома. Её поливают ранки, чтоб остановить кровь, выводят самые зловредные пятна, травят плесень в джакузи... Бытовое средство, безобидная вещь на фоне какого-нибудь “Крота”. Ну, пока концентрация маленькая.
Ракетный мотоцикл на перекиси водорода для привлечения внимания.
Автор популярного блога о химии Derek Lowe пишет вот что:
“Если вы знаете, что такое перекись водорода, то вы в курсе, что этот раствор ведет себя вполне благопристойно, пока концентрация невелика. 30% раствор немедленно оставит на вас белое пятно, а 70% раствор, с которым я не сталкивался уже много лет, имеет привычку иногда вырываться из стальных рукавиц. Химики, которые с ним работают, знают, что это не фигура речи. В лаборатории дальше по коридору от моей, которая имеет дело с перекисью, держат для этой цели пару кольчужных рукавиц. Я думаю, основное их предназначение - заставить тебя хорошо обдумывать все, что ты делаешь, после того как их надел. ... Я часто использовал 30% раствор и стал бы работать с 70%, если бы был надлежащим образом экипирован (в духе Тони Старка), но ни при каких обстоятельствах я не намерен иметь дела с более концентрированной формой”.
Зачем же химику физическая защита от перекиси водорода? Дело в том, что перекись постепенно распадается на воду и кислород по схеме H2O2 -> H2O + 1/2 O2. Или не постепенно. В присутствии катализатора, которым может стать что угодно, это может происходить очень быстро. И в ходе этого процесса выделяется энергия.
Перекись водорода с самого начала была на карандаше у любителей энергичной химии, как в качестве мощного окислителя, так и как монотопливо - такое топливо, которому для реакции не нужен ни воздух ни другой окислитель. Засовываете в камеру катализатор, например пучок серебряной проволоки, привариваете сопло, подаете перекись, ..., profit. Вот этот дружок умещающийся на ладошке, развивает 45 кг тяги. И ребятам, установившим такой двигатель на большой ротор удается снимать почти 200 л.с.
Но начать надо с Хельмута Вальтера и его выдающихся технических достижений в интересах люфтваффе и кригсмарине. Начал он с разработки воздухонезависимых двигателей для подводных лодок и торпед на основе перекиси как монотоплива или с дожиганием кислорода, образующегося при распаде перекиси, с помощью обычного топлива. На основе его 2000-сильного движка в 1940 году была построена экспериментальная 76-тонная подлодка V-80. Бешеная 20 000-оборотная турбина разгоняла вундервафлю до 28,1 узлов (52 км/ч) 一 результат вдвое превосходящей любую субмарину мира и побитый американцами только в 1953 году. Гроссадмирал Карл Дёниц был в восторге, а мнение команды, запертой с 21-ю тоннами 85% перекиси в стальном ящике длиной 22 метра, история не сохранила.
Новая версия двигателя Вальтера, мощностью 2500 лошадей, обеспечивала ход небольшим субмаринам XVIIB серии. Спущено на воду было всего 3 единицы. Одно судно потоплено, одно разобрали любопытные американцы, а одно перешло служить во флот её величества под наименованием... HMS “Метеорит”, что как бы намекает на её способность развивать 25 узлов подводного хода. А ведь скорость в этом случае - всего лишь приятный бонус, а главная фишка - воздухонезависимость.
Параллельно Хельмут разрабатывал двигатели для Вернера фон Брауна. Фау-2 заправлялась этанолом и жидким кислородом, которые в двигатель качала 680-сильная турбопомпа на перекиси водорода, смешивавшегося в газогенераторе с катализатором её распада - перманганатом натрия. А еще Вальтер делал вспомогательные ракетные ускорители, дававшие самолетам дополнительный разгон на взлете.
Однако самым экзотическим потребителем перекиси был другой скоростной рекордсмен своего времени 一 ракетный самолет Me.163 “Комета”, истребитель точечной обороны. Это такой способ красиво сказать, что после запуска двигателя, тот работал минут семь. Зато мощь была такая, что он в считанные мгновения разгонялся до скорости в 676 км/ч, которую определили как оптимальную для набора высоты, а потом, взяв угол в 70°, поднимался на высоту 12 000 м за 3,5 минуты и имел возможность сделать один-два захода на цель. Из-за гигантской разницы скоростей попасть в бомбардировщик было крайне тяжело, поэтому для вооружения был разработан авиационный дробовик. Jagtfaust устанавливался на крылья, смотрел вертикально вверх и имел четыре 50мм ствола. Выстрел производился автоматикой, когда при пролете под самолетом противника, темный силуэт бомбардировщика закрывал небо от глазка фотоячейки. Но самым безумным в данном самолете было не это, и не отстреливаемые после взлета шасси, и не 7-минутное время работы двигателя, после которого следовала планерная посадка на лыжу, и не интимное соседство пилота с баками интересной химии (инцидент с разрывом топливной линии на испытаниях привел к растворению одного оберлейтенанта). Самым безумным на мой взгляд было отсутствие на на прототипе возможности регулировать тягу. Позже появился двигатель, имевший 4 ступени мощности. Однако первые три режима тяги, крайне неэффективно расходовали топливо, поэтому пилоту для максимального эффекта рекомендовалось переключаться между режимом “бешеная шайтан-арба” и планерным полетом.
Вообще, до Вальтера с его перекисью, фон Браун предлагал свой ракетный двигатель на старой доброй смеси спирта и жидкого кислорода. Но самолет с криогенным окислителем, который надо заправлять непосредственно перед взлетом, не годится как страж особо важных объектов, который должен подрываться по тревоге, завидев бомбардировщики врага. А другой работы для истребителя 7-минутки нету, а потому криогенику отцы-командиры решительно отмели.
Me.163 был первым самолетом, преодолевшим отметку в 1000 км/ч и держал неофициальный рекорд скорости в горизонтальном полете 1130 км/ч. В военном смысле, это было, конечно, полное фиаско. Огромный многолетний проект, море сил и в итоге немцы поимели соотношение технических потерь к уничтоженным противникам не в свою пользу...
Но вообще-то, как я уже говорил, монотопливный ракетный двигатель на концентрированной перекиси водорода, может быть предельно простым. Поэтому его активно использовали любители реактивных ранцев. Помните демонстрационный полет на открытии олимпийских игр в Лос-Анжелесе 1984 года, когда американцы изо всех сил переплюнуть шоу, показанное в 1980 году в СССР? Это был Bell Rocket Belt, работавший на перекиси водорода. Возразить нечего - шоу знатное. Это устройство демонстрировали еще в 61м году трем тысячам офицеров прямо во внутреннем дворике Пентагона, и во время учений лично президенту Кеннеди... но вот прошло 25 лет, на дворе 80е, а продолжительность полета все еще составляет 21 секунду, а дистанция - 250 метров. Бесполезная на практике штука, короче; аттракцион.
Тем не менее кое-какое полётное применение перекиси нашли. При подготовке к высадке на Луну американцы столкнулись со сложной проблемой. Все навыки пилотирования ракетного летательного аппарата, полученные на Земле, не подходят и даже мешают управлять посадочным модулем при прилунении. Дело вот в чём. Вес летательного аппарата на Луне в шесть раз меньше, и, соответственно, тяга, необходимая для полёта, тоже уменьшается в шесть раз. А вот масса аппарата остаётся та же самая, и, соответственно, тяга, нужная для горизонтального торможения, разгона и маневров, нужна такая же как на Земле. Вот только маршевый двигатель у аппарата один, и тяга у него одна, а горизонтальные маневры совершаются наклоном аппарата, как у вертолета. Выходит, что на Луне нужно пилотировать в шесть раз агрессивнее, с большими углами наклона, и рассчитывать на существенную потерю подъемной силы при таких маневрах. Первый раз пробовать такое извращение в реальном лунном полете дураков нет. Придумали построить огромную стальную раму, по верху которой в 2D бегает каретка, да бегает так, что постоянно находится точно над испытательным аппаратом. А от каретки к аппарату трос, и умная автоматика постоянно тянет аппарат вверх, компенсируя 5/6 его веса, пока пилот в этой клетке летает на маленьком ракетном табурете с двигателем небольшой тяги и привыкает к особенностям. Работала эта штука посредственно, так что перешли к плану Б. Собрали летающий стол. В центр массы на карданном подвесе установили самолетный турбореактивный двигатель и принудили автоматику держать этот двигатель вертикально вне зависимости от положения аппарата. А тягу, как вы догадались, поставили такую, чтоб компенсировать 5/6 веса. Параллельно установили независимую систему из 2х ракетных двигателей полёта и 16ти двигателей управления, имитирующую то, что будет на “Аполлоне”, и вот рычаги от неё уже доверили пилоту, чей мозжечок переучивался пилотировать в условиях, когда 5/6 веса куда-то делись, а вся масса осталось на месте. Ракетная часть сего чуда, именуемого Lunar Landing Research Vehicle (Аппарат для отработки лунных посадок), была сделана на монотопливных движках, работающих на перекиси водорода. Ну а чего усложнять, рекордов FAI им бить было не надо - 10 минут полетали, и можно идти штаны вытряхивать. Не забыли и катапульту для пилота, Нилу Армстронгу пригодилось. Первопокоритель Луны хоть и размотал один LLRV о Землю, зато не потом не трахнул Аполлон об Луну, для чего все и затевалось.
Парад экзотических аппаратов, приводимых в движение перекисью водорода, закрывают вертолеты с ракетным приводом несущего винта. Догадались, что это? Правильно - ставим на конец каждой лопасти ракету, они раскручивают винт - и в полет. Никаких дурацких турбин, редукторов, компенсации вращающего момента винта и прочих сложностей. Еще в 50х американским военным показывали прототип системы экстренного взлета вертолета (экстренного - это когда в тебя стреляют). Центробежная сила подавала перекись в камеры двигателей на концах винта, а там катализатор делал свое дело - просто и изящно. По свидетельствам очевидцев, работало прекрасно, вертолет-демонстратор возносился в небо как архангел на спидах, но проект отклонили. Как стало ясно во Вьетнаме, очень зря.
Были и попытки создания чисто ракетных мини-вертолетов на перекиси водорода. Зацените фотку:
Между прочем это направление очень даже живо! Вот энтузиаст в Мексике гонит 90% перекись и варит ракетные двигатели (а почему нет, MIG и TIG сварка людям уже доступна, температуры там не такие горячие, супер-сплавы не нужны), а вот этот энтузиаст в США делает на них ракетный вертолет массой 140кг и он вполне себе летает. А вот эти швейцарцы - еще один. Дешево и сердито! А когда их спрашивают, как им пришло это в голову, думаете, они отвечают, что у них нет денег на турбину с редуктором? Никак нет, они заботятся о матушке природе! На выхлопе то - кислород и водяной пар! Настоящий стимпанк; в известном смысле все машины, о которых я сегодня писал - паровые!
А ведь эти люди даже не используют кислород, выделяющийся при работе двигателя по его прямому ракетному назначению! Да почему же это чудо-вещество не используется во всю как окислитель для ракет, вместо едкой и ядовитой азотной кислоты, криогенного кислорода или опасного по всем пунктам сразу фтора? Об этом в следующий раз. В следующем посте я дам слово многолетнему главному химику лаборатории ракетного движения флота США Джону Д. Кларку и просто переведу главу под названием “Перекись - вечная подружка невесты” из нашей с Илоном Маском (это не шутка) любимой книги “Зажигание! Неформальная история ракетного топлива”.
