Motorne instalacije na vodikovim peroksidom za male satelite. Motorne instalacije na vodikovom peroksidu za male satelite udaraju iz dubine

VODIKOV PEROKSID H 2 o 2 - najjednostavniji prikaz peroksida; High-kipućni oksidacijski agens ili jedno-komponentni raketni gorivo, kao i izvor pare za pogon TNA. U obliku vodene otopine visoke (do 99%) koncentracije. Prozirna tekućina bez boje i mirisa s "metalnim" okusom. Gustoća je 1448 kg / m3 (na 20 ° C), T Pl ~ 0 ° C, Ting od ~ 150 ° C. Slabo toksično, kada gori, uzrokuje opekline, s nekim organskim tvarima tvori eksplozivne smjese. Čista rješenja su prilično stabilna (stopa raspada obično ne prelazi 0,6% godišnje); U prisutnosti tragova niza teških metala (na primjer, bakar, željezo, mangana, srebra) i drugih nečistoća, raspada se ubrzava i može se preseliti u eksploziju; Povećati stabilnost tijekom dugotrajnog skladištenja vodikov peroksid Uvedeni su stabilizatori (fosforni spojevi fosforni). Pod utjecajem katalizatora (na primjer, proizvodi od željezne korozije) raspadanje vodikov peroksid Kisik i voda odlaze uz puštanje energije, dok temperatura reakcijskih proizvoda (pare) ovisi o koncentraciji vodikov peroksid: 560 ° C pri 80% koncentraciji i 1000 ° C na 99%. Najbolje je kompatibilno s nehrđajućim čelikom i čistim aluminijom. U industriji se dobiva hidrolizom potporne kiseline H2S208, koji se formira tijekom elektrolize sumporne kiseline H2S04. Koncentriran vodikov peroksid Pronađen široko rasprostranjena uporaba u raketnoj tehnologiji. Vodikov peroksid To je izvor parogaze za TNA pogon do niza (Fau-2, "Redstone", "Viking", "Istok", itd.), Oksidizator raketnih goriva u raketama (crna strelica itd.) I zrakoplova ( 163, X-1, X-15, itd.), Jedno-komponentno gorivo u svemirskim motorima (Soyuz, Union t, itd.). Obećava njegovo korištenje u par s ugljikovodicima, pentaboran i berilij hidridom.

H2O2 vodikov peroksid je transparentna bezbojna tekućina, primjetno viskozna od vode, s karakterističnim, iako slabi miris. Bezvodni vodikov peroksid je teško dobiti i pohraniti, a to je preskupo za uporabu kao raketno gorivo. Općenito, visoka cijena je jedan od glavnih nedostataka vodikovog peroksida. No, u usporedbi s drugim oksidirajućim sredstvima, to je prikladnije i manje opasno u optjecaju.
Prijedlog peroksida spontanom raspadanju tradicionalno je pretjeran. Iako smo primijetili smanjenje koncentracije od 90% do 65% u dvije godine skladištenja u litri polietilenske boce na sobnoj temperaturi, ali u velikim količinama iu prikladnijem spremniku (na primjer, u bačvi od 200 litre dovoljno čistog aluminija ) Stopa raspada od 90% paketa bi bila manja od 0,1% godišnje.
Gustoća bezvodnog vodikovog peroksida premašuje 1450 kg / m3, što je mnogo veće od tekućeg kisika, a nešto manje od oksidanata dušičnih kiselina. Nažalost, nečistoće vode brzo ga smanjuju, tako da 90% rješenje ima gustoću od 1380 kg / m3 na sobnoj temperaturi, ali je još uvijek vrlo dobar pokazatelj.
Peroksid u EDD također se može koristiti kao jedinstveno gorivo, a kao oksidirajuće sredstvo - na primjer, u par s kerozinom ili alkoholom. Ni kerozin ni alkohol je samo-prijedlog s peroksidom, a kako bi se osiguralo paljenje u gorivu, potrebno je dodati katalizator za raspadanje peroksida - zatim je ispunjena toplina dovoljna za paljenje. Za alkohol, prikladan katalizator je acetatni mangan (ii). Za kerozin, također postoje odgovarajući aditivi, ali njihov sastav se čuva tajna.
Upotreba peroksida kao jedinstvena goriva ograničena je na njegove relativno niske energetske karakteristike. Dakle, postignuti specifični impuls u vakuumu za 85% peroksida je samo oko 1300 ... 1500 m / s (za različite stupnjeve ekspanzije), a za 98% - približno 1600 ... 1800 m / s. Međutim, peroksid je prvi put primijenio Amerikanci za orijentaciju svemirske letjelice žive, a zatim, s istom svrhom, sovjetski dizajneri na Spasitelju Soyk QC. Dodatno, vodikov peroksid se koristi kao pomoćno gorivo za TNA pogon - po prvi put na raketu V-2, a zatim na njegovim "potomcima", do P-7. Sve izmjene "sexok", uključujući najmodernije, još uvijek koriste peroksid za pogon TNA.
Kao oksidator, vodikov peroksid je učinkovit s raznim zapaljivim. Iako daje manji specifičan impuls, a ne tekući kisik, ali kada se koristi visoki koncentracijski peroksid, vrijednosti UI premašuju onaj za oksidanse dušične kiseline s istim zapaljivim. Od svih raketa prijevoznika, samo jedan koristi peroksid (uparen s kerozinom) - engleskom "crnom strelicom". Parametri njegovih motora bili su skroman - UI motora i koraka, malo je premašio 2200 m / s na Zemlji i 2500 m / s u vakuumu ", jer je u ovoj raketi korišteno samo 85% koncentracija. To je učinjeno zbog činjenice da osigurati samo-paljenja peroksid razgrađen na srebrnom katalizatoru. Koncentrirani peroksid bi se otopilo srebro.
Unatoč činjenici da je interes za peroksid s vremena na vrijeme aktiviran, izgledi ostaju magloviti. Dakle, iako sovjetski EDR RD-502 ( pare goriva - Peroksid PUS PENTABRAN) i pokazao specifičan impuls od 3680 m / s, ostao je eksperimentalan.
U našim projektima usredotočujemo se na peroksid također zato što se motori na njemu ispostavi da su više "hladniji" od sličnih motora s istim UI-om, ali na drugim gorivima. Na primjer, produkti izgaranja "karameli" goriva imaju gotovo 800 ° s većom temperaturom s istim ui. To je posljedica velike količine vode u peroksidnim reakcijskim proizvodima i, kao rezultat, s niskom prosječnom molekulskom masom reakcijskih proizvoda.

učinak snažnog katalizatora. Jedan od deset tisuća dio kalija cijanida gotovo potpuno uništava katalitičko djelovanje platine. Polako usporite razgradnju peroksida i drugih tvari: serougerij, strikrenje, fosfornu kiselinu, natrijev fosfat, jod.

U detalje se proučava mnoga svojstva vodikovog peroksida, ali postoje i oni koji i dalje ostaju misterija. Otkriće njezinih tajne imalo je izravnu praktičnu važnost. Prije nego što se peroksid široko koristi, bilo je potrebno riješiti stari spor: što je peroksid - eksplozivan, spreman za eksploziju iz najmanjih šoka ili neškodljive tekućine koja ne zahtijeva mjere opreza u optjecaju?

Kemijski čisti vodikov peroksid je vrlo stabilna tvar. Ali kada zagađenje, počinje se nasilno razgraditi. A Chemicals je rekao inženjerima: Možete nositi ovu tekućinu na bilo koju udaljenost, što trebate samo tako da je čist. Ali može biti kontaminirano na cesti ili kada je pohranjeno, što onda učiniti? Kemičari su odgovorili na ovo pitanje: Dodajte mali broj stabilizatora, katalizatorskih otrova u nju.

Jednom, tijekom Drugog svjetskog rata, takav se slučaj dogodio. Na željezničkom kolodvoru stajao je spremnik s vodikovim peroksidom. Iz nepoznatih razloga, temperatura tekućine počela je rasti, a to je značilo da je lančana reakcija već počela i prijeti eksplozijom. Spremnik je zaliljen hladnom vodom, a temperatura vodikovog peroksida bila je tvrdoglavo podignuta. Tada je spremnik izlio nekoliko litara slabe vodene otopine fosforne kiseline. I temperatura je brzo pala. Eksplozija je spriječena.

Klasificirana tvar

Koji nisu vidjeli obojeni plava boja Čelični cilindri u kojima se transportira kisik? No, malo ljudi zna koliko je takav prijevoz neprofitabilan. Cilindar je postavljen nešto više od osam kilograma kisika (6 kubičnih metara) i teži jedan samo jedan cilindar tijekom sedamdeset kilograma. Dakle, morate transportirati oko 90 / o beskorisnom teretu.

Mnogo je profitabilnije nositi tekući kisik. Činjenica je da se u cilindru kisik pohranjuje pod atmosferom visokog tlaka - 150, tako da su zidovi napravljeni vrlo izdržljivi, debeli. Plovila za transport tekućeg kisika zid razrjeđivača, a manje teže. Ali kada prevozi tekući kisik, kontinuirano se ispari. U malim brodovima, 10 - 15% kisika nestaje dnevno.

Vodikov peroksid povezuje prednosti komprimiranog i tekućeg kisika. Gotovo polovica težine peroksida je kisik. Gubici peroksidnog računala pravilno skladištenje beznačajan - 1% godišnje. Postoji peroksid i još jedna prednost. Komprimirani kisik mora se ubrizgati u cilindre sa snažnim kompresorima. Vodikov peroksid je jednostavan i jednostavno izlije u posude.

No, kisik dobiven iz peroksida mnogo je skuplji od komprimiranog ili tekućeg kisika. Upotreba vodikovog peroksida je opravdana samo tamo gdje sobat

ekonomska aktivnost se povlači u pozadini, gdje je glavna stvar kompaktnost i niska težina. Prije svega, to se odnosi na reaktivno zrakoplovstvo.

Tijekom Drugog svjetskog rata, ime "vodikov peroksid" nestao je iz leksikona zaraćenih država. U službenim dokumentima, ova tvar je počela pozivati: Ingolin, komponentu T, bubrega, aurol, heprol, sufidol, timol, oksilin, neutrain. I samo je to znalo

svi ovi pseudonini vodikovog peroksida, njegovih klasificiranih imena.

Ono što ga čini za klasificiranje vodikovog peroksida?

Činjenica je da se počela koristiti u motorima za tekuće mlaznice - EDD. Kisik za ove motore je u ukapljenom ili u obliku kemijskih spojeva. Zbog toga se ispada komora za izgaranje moguće je odrediti vrlo veliku količinu kisika po jedinici vremena. A to znači da možete povećati snagu motora.

Prvi borbeni zrakoplovi s tekućinom avionski motori pojavio se 1944. godine. Pileći alkohol je korišten kao gorivo u smjesi s hidrazinskim hidratom, 80 posto vodikovog peroksida korišteno je kao oksidirajuće sredstvo.

Peroksid je pronašao uporabu reaktivnih projektila s dugotrajnim područjem, koje su Nijemci ispalili u Londonu u jesen 1944. godine. Ove ljuske su radile na etil alkoholu i tekućem kisiku. No, u projektilu je također bio pomoćni motor, koji je premjestio gorivo i oksidativne pumpe. Ovaj motor je mala turbina - radina na vodikovom peroksidu, točnije, na smjesu pare-plin nastale tijekom razgradnje peroksida. Njegova snaga bila je 500 litara. iz. - Ovo je više od snage 6 motora traktora.

Peroksid radi po osobi

No, doista rasprostranjena upotreba vodikovog peroksida pronađenog u poslijeratnim godinama. Teško je imenovati ovu granu tehnologije u kojoj se vodikov peroksid ne bi koristio ili njezini derivati: natrijev peroksid, kalij, barij (vidi 3 str. Poklopci ovog dnevnika).

Kemičari koriste peroksid kao katalizator pri dobivanju mnogih plastike.

Graditelji s vodikovim peroksidom dobivaju porozni beton, takozvani beton. Za to se dodaje peroksid na betonsku masu. Kisik koji se formira tijekom njegovog razgradnje prožima beton, a se dobivaju mjehurići. Kubični metar takvog betona teži oko 500 kg, to jest dvostruko lakši vode. Porozni beton je izvrstan izolacijski materijal.

U konditorskoj industriji vodikov peroksid izvodi iste funkcije. Samo umjesto betonske mase, proteže se tijesto, dobro zamjenjujući sodu.

U medicini, vodikov peroksid se odavno koristi kao sredstvo za dezinfekciju. Čak iu pastu za zube koristite, postoji peroksid: neutralizira oralnu šupljinu od mikroba. I nedavno, njegovi derivati \u200b\u200bsu solidan peroksid - pronađena nova primjena: jedna tableta iz tih tvari, na primjer, napuštenih u kadu s vodom, čini ga "kisikom".

U tekstilnoj industriji, uz pomoć peroksida, tkanine bijeli, u hrani - masti i uljima, u papiru - drvu i papiru, u rafineriji nafte dodaju peroksid na dizel gorivo: Poboljšava kvalitetu goriva itd.

Čvrsti peroksid se koriste u ronilačkim prostorima iz maske za izolaciju plina. Upijajući ugljični dioksid, oksigen odvojen peroksid potreban za disanje.

Svake godine vodikov peroksid osvaja sve nove i nove primjene. Nedavno se smatralo neekonomskim korištenjem vodikovog peroksida tijekom zavarivanja. Ali u stvari, u praksi popravka postoje takve slučajeve kada je volumen rada mali, a slomljen automobil je negdje u daljinom ili teško dostupnom području. Zatim, umjesto glomaznog acetilena generatora, zavarivač uzima mali benzo-spremnik, a umjesto teški cilindar kisika - prijenosni ne] uređaj za snimanje. Vodikov peroksid, napunjen u ovaj uređaj, automatski se isporučuje fotoaparatu sa srebrnom mrežom, raspada, a odvojeni kisik ide na zavarivanje. Sva instalacija se nalazi u malom koferu. Jednostavan je i prikladan

Nova otkrića u kemiji stvarno su napravljena u situaciji koja nije vrlo svečana. Na dnu epruvete, u okulaku mikroskopa ili u vrućem loncu, pojavljuje se mala kvržica, možda pad, možda zrno nove tvari! I samo je kemičar u stanju vidjeti njegova prekrasna svojstva. Ali to je u tome da je prava romantika kemije predvidjeti budućnost novootvorene tvari!

Vodikov peroksid H202 - prozirna bezbojna tekućina, primjetno viskozniji od vode, s karakterističnim, iako slabi miris. Bezvodni vodikov peroksid je teško dobiti i pohraniti, a to je preskupo za uporabu kao raketno gorivo. Općenito, visoka cijena je jedan od glavnih nedostataka vodikovog peroksida. No, u usporedbi s drugim oksidirajućim sredstvima, to je prikladnije i manje opasno u optjecaju.
Prijedlog peroksida spontanom raspadanju tradicionalno je pretjeran. Iako smo primijetili smanjenje koncentracije od 90% do 65% u dvije godine skladištenja u litri polietilenske boce na sobnoj temperaturi, ali u velikim količinama iu prikladnijem spremniku (na primjer, u bačvi od 200 litre dovoljno čistog aluminija ) Stopa raspada od 90% paketa bi bila manja od 0,1% godišnje.
Gustoća bezvodnog vodikovog peroksida premašuje 1450 kg / m3, što je značajno veće nego u tekućem kisiku, a nešto manje od oksidanata dušične kiseline. Nažalost, nečistoća u vodama brzo ga smanjuju, tako da 90% rješenje ima gustoću od 1380 kg / m 3 na sobnoj temperaturi, ali je još uvijek vrlo dobar pokazatelj.
Peroksid u EDD također se može koristiti kao jedinstveno gorivo, a kao oksidirajuće sredstvo - na primjer, u par s kerozinom ili alkoholom. Ni kerozin ni alkohol je samo-prijedlog s peroksidom, a kako bi se osiguralo paljenje u gorivu, potrebno je dodati katalizator za raspadanje peroksida - zatim je ispunjena toplina dovoljna za paljenje. Za alkohol, prikladan katalizator je acetatni mangan (ii). Za kerozin, također postoje odgovarajući aditivi, ali njihov sastav se čuva tajna.
Upotreba peroksida kao jedinstvena goriva ograničena je na njegove relativno niske energetske karakteristike. Dakle, postignuti specifični impuls u vakuumu za 85% peroksida je samo oko 1300 ... 1500 m / s (za različite stupnjeve ekspanzije), a za 98% - približno 1600 ... 1800 m / s. Međutim, peroksid je prvi put primijenio Amerikanci za orijentaciju svemirske letjelice žive, a zatim, s istom svrhom, sovjetski dizajneri na Spasitelju Soyk QC. Dodatno, vodikov peroksid se koristi kao pomoćno gorivo za TNA pogon - po prvi put na raketu V-2, a zatim na njegovim "potomcima", do P-7. Sve izmjene "sexok", uključujući najmodernije, još uvijek koriste peroksid za pogon TNA.
Kao oksidator, vodikov peroksid je učinkovit s raznim zapaljivim. Iako daje manji specifičan impuls, a ne tekući kisik, ali kada se koristi visoki koncentracijski peroksid, vrijednosti UI premašuju onaj za oksidanse dušične kiseline s istim zapaljivim. Od svih raketa prijevoznika, samo jedan koristi peroksid (uparen s kerozinom) - engleskom "crnom strelicom". Parametri njegovih motora bili su skroman - UI motora i koraka, malo je premašio 2200 m / s na Zemlji i 2500 m / s u vakuumu ", jer je u ovoj raketi korišteno samo 85% koncentracija. To je učinjeno zbog činjenice da osigurati samo-paljenja peroksid razgrađen na srebrnom katalizatoru. Koncentrirani peroksid bi se otopilo srebro.
Unatoč činjenici da je interes za peroksid s vremena na vrijeme aktiviran, izgledi ostaju magloviti. Dakle, iako je sovjetski EDRD RD-502 (par za gorivo - peroksid PENTABRAN) i pokazao specifičan impuls od 3680 m / s, ostao je eksperimentalan.
U našim projektima usredotočujemo se na peroksid također zato što se motori na njemu ispostavi da su više "hladniji" od sličnih motora s istim UI-om, ali na drugim gorivima. Na primjer, produkti izgaranja "karameli" goriva imaju gotovo 800 ° s većom temperaturom s istim ui. To je posljedica velike količine vode u peroksidnim reakcijskim proizvodima i, kao rezultat, s niskom prosječnom molekulskom masom reakcijskih proizvoda.

1 .. 42\u003e ..\u003e Dalje
Niska temperatura froste alkohola omogućuje vam da ga koristite u širokom rasponu ambijentalnih temperatura.
Alkohol se proizvodi u vrlo velikim količinama i nije nedovoljno zapaljivo. Alkohol ima agresivan utjecaj na strukturne materijale. To vam omogućuje da primijenite relativno jeftine materijale za alkoholne spremnike i autoceste.
Metilni alkohol može poslužiti kao zamjena za etil alkohol, koji daje nešto lošiju kvalitetu s kisikom. Metilni alkohol se pomiješa s etilom u bilo kojem proporcijama, što ga čini moguće koristiti s nedostatkom etilnog alkohola i doda se u klizač u gorivu. Gorivo na bazi tekućeg kisika koristi se gotovo isključivo u raketama dugog dometa, što omogućuje i čak, zbog veće težine, koji zahtijevaju punjenje raketa s komponentama na mjestu početka.
Vodikov peroksid
H2O2 vodikov peroksid (tj Najmanji zagađenje organskim tvarima i nečistoća nekih metala.
U raketnoj tehnologiji, "primijenjena otpornije visoke obučene (najčešće 80"% koncentracija) otopine vodika u vodi. Kako bi se povećala otpornost na vodikov peroksid, male količine tvari sprječavaju njegovu spontanu raspadanja (na primjer, fosforna kiselina). Korištenje 80 "% vodikovog peroksida zahtijeva samo konvencionalne mjere predostrožnosti potrebne pri rukovanju jakim oksidirajućim sredstvima. Vodikov peroksid takva koncentracija je prozirna, lagano plavkasta tekućina s temperaturom smrzavanja -25 ° C.
Vodikov peroksid kada se razgradi na kisiku i vodenim parovima naglašava toplinu. Ovo otpuštanje topline objašnjava se činjenicom da je toplina formiranja peroksida 45,20 kcal / g-mol,
126
G Iv. Rocket motori za gorivo
vrijeme kada je toplina formiranja vode jednaka 68,35 kcal / g-mola. Dakle, s razgradnjom peroksida prema formuli H202 \u003d -H20 + V2O0, označena je kemijska energija, jednaka razlika 68.35-45,20 \u003d 23,15 kcal / g-mol, ili 680 kcal / kg.
Koncentracija vodikovog peroksida 80e / OO ima sposobnost razgradnje u prisutnosti katalizatora s otpuštanjem topline u količini od 540 kcal / kg i oslobađanjem slobodnog kisika, koji se može koristiti za oksidaciju goriva. Vodikov peroksid ima značajnu specifičnu težinu (1,36 kg / L za 80% koncentracija). Nemoguće je koristiti vodikov peroksid kao hladnjak, jer kada se zagrijava ne kuhati, ali odmah se razgrađuje.
Nehrđajući čelik i vrlo čist (sa sadržajem nečistoća do 0,51%) aluminij može poslužiti kao materijali za spremnike i cjevovode motora koji rade na peroksidu. Potpuno neprihvatljivo korištenje bakra i drugih teških metala. Bakar je snažan katalizator koji doprinosi razgradnji vodikovog peroksi. Neke vrste plastike mogu se primijeniti za brtve i brtve. Ulazak koncentriranog vodikovog peroksida na koži uzrokuje teške opekline. Organske tvari kada vodikov peroksid pada na njih svjetlo.
Gorivo na temelju vodikovog peroksida
Na temelju vodikovog peroksida stvorene su dvije vrste goriva.
Gorivo prvog tipa je gorivo zasebne hrane, u kojem se kisik oslobađa kada se razgradivši vodikov peroksid koristi za spaljivanje goriva. Primjer je gorivo koje se koristi u motoru gore opisanog zrakoplova za presretanje (str. 95). Sastojao se od vodikovog peroksida 80% koncentracije i smjese hidrazinskih hidrata (N2H4H20) s metil alkoholom. Kada se doda poseban katalizator, ovo gorivo postaje samo-paljenje. Relativno niska kalorična vrijednost (1020 kcal / kg), kao i mala molekularna težina produkata izgaranja, određuje nisku temperaturu izgaranja, što olakšava rad motora. Međutim, zbog niske kalorijske vrijednosti, motor ima nisku konkretnu žudnju (190 kg / kg).
S vodom i alkoholom, vodikov peroksid može tvoriti relativno eksplozivne trokrevetne smjese, koji su primjer jedno-komponentnog goriva. Kalorična vrijednost takvih mješavina otpornih na eksploziju je relativno mala: 800-900 kcal / kg. Stoga, kao glavno gorivo za EDD, teško se primjenjuju. Takve smjese se mogu koristiti u parobrodu.
2. Moderni raketni motori goriva
127
Reakcija raspadanja koncentriranog peroksida, kao što je već spomenuto, široko se koristi u raketnoj tehnologiji da se dobije pare, koja je radni fluorid turbine pri pumpanju.
Poznate motore u kojima je vrućina dekompozicije peroksida služila za stvaranje sile potiska. Posebna vuča takvih motora je niska (90-100 kg / kg).
Za razgradnju peroksida koriste se dvije vrste katalizatora: tekući (kalijev permananat otopina KMno4) ili krutina. Primjena potonjeg je poželjnija, budući da se reaktor čini prekomjernom tekućem sustavu katalizatora.