Raketni motori na vodikov peroksid. Pirotehnička kemija: Uvod u raketno inženjerstvo - Fedosyev V.I.

John C. Whitehead, Lawrence Livermore National Laboratory L-43, PO Box 808 Livermore, CA 94551 925-423-4847 [e-mail zaštićen]

Sažetak. Kako se veličina razvijenih satelita smanjuje, postaje sve teže odabrati pogonske sustave (pogonske sustave) za njih koji pružaju potrebne parametre upravljivosti i manevriranja. Najmanji sateliti sada tradicionalno koriste komprimirani plin. Kako bi se povećala učinkovitost, a ujedno i smanjili troškovi u usporedbi s hidrazinskim dizelskim gorivom, predlaže se korištenje vodikovog peroksida. Minimalna toksičnost i male potrebne dimenzije instalacije omogućuju ponovljena ispitivanja u prikladnom laboratorijskom okruženju. Opisan je napredak u niskocjenovnim samotlačnim motorima i spremnicima goriva.

Uvod

Stigla je klasična tehnologija daljinskog upravljanja visoka razina i nastavlja se razvijati. Sposoban je u potpunosti zadovoljiti potrebe svemirskih letjelica teških stotina i tisuća kilograma. Sustavi koji lete ponekad ne prođu ni test. Ispada da je sasvim dovoljno koristiti poznata idejna rješenja i odabrati jedinice testirane u letu. Nažalost, takvi čvorovi su obično preveliki i teški za korištenje u malim satelitima teških nekoliko desetaka kilograma. Kao rezultat toga, potonji su se uglavnom morali oslanjati na motore na komprimirani dušik. Komprimirani dušik daje ID od samo 50-70 s [oko 500-700 m/s], zahtijeva teške spremnike i ima nisku gustoću (na primjer, oko 400 kg/m3 pri tlaku od 5000 psi [oko 35 MPa]) . Značajna razlika u cijeni i svojstvima dizelskih motora na bazi komprimiranog dušika i hidrazina tjera nas da tražimo međurješenja.

V posljednjih godina obnovljen interes za korištenje koncentriranog vodikovog peroksida kao pogonskog goriva za motore svih veličina. Peroksid je najatraktivniji kada se koristi u novim dizajnima gdje se prethodne tehnologije ne mogu izravno natjecati. Sateliti od 5-50 kg su upravo takvi razvoji. Kao jednokomponentno gorivo, peroksid ima veliku gustoću (> 1300 kg/m3) i specifični impuls (SI) u vakuumu od oko 150 s [oko 1500 m/s]. Iako je značajno manji od SI za hidrazin, na oko 230 s [oko 2300 m/s], alkohol ili ugljikovodik u kombinaciji s peroksidom mogu podići SI na raspon od 250-300 s [oko 2500 do 3000 m/s ].

Cijena je ovdje važan čimbenik, jer peroksid ima smisla koristiti samo ako je jeftiniji od izrade smanjenih verzija klasične tehnologije daljinskog upravljanja. Smanjenje troškova je vrlo vjerojatno s obzirom da rad s toksičnim komponentama povećava troškove razvoja, testiranja i pokretanja sustava. Primjerice, postoji samo nekoliko štandova za ispitivanje raketnih motora na otrovne komponente, a njihov se broj postupno smanjuje. Nasuprot tome, dizajneri mikrosatelita mogu sami razviti vlastitu peroksidnu tehnologiju. Argument sigurnosti goriva posebno je važan kada se radi o slabo shvaćenim opcijama sustava. Mnogo je lakše napraviti takve sustave ako je moguće provoditi česta testiranja niske cijene. U tom slučaju nesreće i izlijevanje komponenti raketnog goriva treba uzeti zdravo za gotovo, kao što je, na primjer, hitno gašenje računalnog programa tijekom njegovog otklanjanja pogrešaka. Stoga, kada se radi s otrovnim gorivima, standardne metode rada su one koje pogoduju evolucijskim, inkrementalnim promjenama. Moguće je da će korištenje manje toksičnih goriva u mikrosatelitima imati koristi od velikih promjena dizajna.

Rad opisan u nastavku dio je većeg istraživačkog programa usmjerenog na istraživanje novih svemirskih tehnologija za male primjene. Dovršeni prototipovi mikrosatelita se testiraju (1). Slične teme vrijedne interesa uključuju male raketne motore s pumpom za letove na Mars, Mjesec i natrag uz niske financijske troškove. Takve sposobnosti mogu biti vrlo korisne za slanje malih istraživačkih vozila na putanje odlaska. Cilj ovog članka je stvoriti tehnologiju upravljanja pogonom koja koristi vodikov peroksid i ne zahtijeva skupe materijale ili metode razvoja. Kriterij učinkovitosti u ovom slučaju je značajna superiornost u odnosu na mogućnosti koje pruža PS koristeći komprimirani dušik. Pažljiva analiza potreba mikrosatelita pomaže u izbjegavanju nepotrebnih zahtjeva sustava koji povećavaju njegovu cijenu.

Zahtjevi za pogonsku tehniku

U idealnom svijetu, satelitski daljinski upravljač trebao bi se birati na isti način kao i današnje računalne periferije. Međutim, daljinski upravljač ima karakteristike koje nema nijedan drugi satelitski podsustav. Primjerice, gorivo je često najmasivniji dio satelita, a njegova potrošnja može promijeniti središte mase vozila. Vektori potiska namijenjeni za promjenu brzine satelita moraju, naravno, proći kroz središte mase. Iako su problemi prijenosa topline važni za sve komponente satelita, oni su posebno izazovni za pogonske sustave. Motor stvara najtoplije točke na satelitu, a istovremeno gorivo često ima uži temperaturni raspon od ostalih komponenti. Svi ovi razlozi dovode do činjenice da manevarski zadaci ozbiljno utječu na cjelokupni dizajn satelita.

Ako za elektronički sustavi Obično se smatra da su karakteristike postavljene, ali za daljinski upravljač to uopće nije slučaj. To se tiče sposobnosti pohranjivanja u orbiti, naglog uključivanja i isključivanja, sposobnosti da se izdrži proizvoljno duga razdoblja neaktivnosti. Sa stajališta inženjera motora, definicija zadatka uključuje raspored koji pokazuje kada i koliko dugo svaki motor mora raditi. Ove informacije mogu biti minimalne, ali u svakom slučaju smanjuju složenost inženjeringa i troškove. Na primjer, daljinski upravljač može se testirati pomoću relativno jeftine opreme, ako za let nije važno zadržati vrijeme rada daljinskog upravljača s točnošću od milisekundi.

Drugi uvjeti koji obično povećavaju cijenu sustava mogu biti, na primjer, potreba za točnim predviđanjem potiska i specifičnog impulsa. Tradicionalno, ove su informacije dopuštale primjenu precizno izračunatih korekcija brzine s unaprijed određenim vremenom pogona. S obzirom na najsuvremenije senzore i računske mogućnosti dostupne na satelitu, ima smisla integrirati ubrzanje dok se ne postigne zadana promjena brzine. Pojednostavljeni zahtjevi omogućuju smanjenje troškova individualnog razvoja. Izbjegava se precizno podešavanje tlakova i protoka te skupa ispitivanja u vakuumskoj komori. Međutim, toplinski uvjeti vakuuma još uvijek se moraju uzeti u obzir.

Najjednostavniji pogonski manevar je samo jednom upaliti motor, u ranoj fazi rada satelita. U tom slučaju početni uvjeti i vrijeme zagrijavanja pogonskog sustava imaju najmanji učinak. Otkriveno curenje goriva prije i nakon manevra neće utjecati na rezultat. Takav jednostavan scenarij može biti težak iz drugog razloga, kao što je potreban veliki porast brzine. Ako je potrebno ubrzanje veliko, tada veličina motora i njegova masa postaju još važniji.

Najteži zadaci za rad daljinskog upravljača su deseci tisuća ili više kratkih impulsa razdvojenih satima ili minutama neaktivnosti tijekom mnogo godina. Prolazni procesi na početku i na kraju impulsa, gubici topline u aparatu, curenje goriva - sve se to mora svesti na minimum ili eliminirati. Ova vrsta potiska tipična je za zadatak stabilizacije s 3 osi.

Periodično uključivanje daljinskog upravljača može se smatrati zadatkom srednje složenosti. Primjeri su promjene u orbiti, kompenzacija za atmosferske gubitke ili periodične promjene u orijentaciji satelita stabiliziranog rotacijom. Ovaj način rada nalazimo i kod satelita koji imaju inercijalne zamašnjake ili koji su stabilizirani gravitacijskim poljem. Takvi letovi obično uključuju kratka razdoblja visoke pogonske aktivnosti. To je važno jer će komponente vrućeg goriva izgubiti manje energije tijekom takvih razdoblja aktivnosti. U ovom slučaju možete koristiti više jednostavnih uređaja nego za dugotrajno održavanje orijentacije, pa su takvi letovi dobri kandidati za korištenje jeftinih tekućih pogonskih sustava.

Zahtjevi za motor koji se razvija

Niska razina potiska pogodna za manevre za promjenu orbite malih satelita približno je jednaka onoj koja se koristi na velikim letjelicama za održavanje orijentacije i orbite. Međutim, postojeći motori niskog potiska testirani u letovima obično su dizajnirani da riješe drugi problem. Dodatne komponente poput električnog grijača koji zagrijava sustav prije uporabe, kao i toplinska izolacija, omogućuju postizanje visokog prosječnog specifičnog impulsa uz brojna kratkotrajna pokretanja motora. Povećava se veličina i težina opreme, što može biti prihvatljivo za velike uređaje, ali nije prikladno za male. Relativna masa potisnog sustava još je manje korisna za električne raketne motore. Lučni i ionski potisnici imaju vrlo mali potisak u odnosu na masu potisnika.

Zahtjevi za vijek trajanja također ograničavaju dopuštene težine i dimenzije pogonskog sustava. Na primjer, u slučaju monopogonskog goriva, dodavanje katalizatora može produžiti vijek trajanja. Motor za kontrolu položaja može raditi ukupno nekoliko sati tijekom cijelog radnog vijeka. Međutim, spremnici satelita mogu se isprazniti za nekoliko minuta ako je potrebna dovoljno velika promjena orbite. Kako bi se spriječilo curenje i osiguralo da je ventil čvrsto zatvoren, čak i nakon mnogo pokretanja, nekoliko ventila se postavlja u nizu u vodove. Dodatna vrata mogu biti nepotrebna za male satelite.

Riža. 1 pokazuje da se tekući motori ne mogu uvijek proporcionalno smanjiti za korištenje s malim pogonskim sustavima. Veliki motori obično podižu 10 do 30 puta njihove težine, a taj broj raste na 100 za motore lansirnih vozila s pumpom. Međutim, najmanji tekući motori ne mogu ni podići svoju težinu.

Satelitske motore je teško napraviti male.

Čak i ako je mali postojeći motor dovoljno lagan da služi kao glavni manevarski motor za mikrosatelit, gotovo je nemoguće odabrati set od 6-12 tekućih motora za vozilo od 10 kg. Stoga mikrosateliti koriste komprimirani plin za orijentaciju. Kao što je prikazano na sl. 1, postoje plinski motori s omjerima potiska i mase sličnim onima kod velikih raketnih motora. Plinski motori su samo elektromagnetni ventil s mlaznicom.

Osim što rješavaju problem pogonske mase, sustavi na komprimirani plin proizvode kraće impulse od tekućih motora. Ovo svojstvo važno je za kontinuiranu orijentaciju tijekom dugih letova, kao što je prikazano u Dodatku. Kako se svemirska letjelica smanjuje u veličini, sve kraći impulsi mogu biti dovoljni za održavanje orijentacije s danom točnošću tijekom određenog životnog vijeka.

Dok sustavi stlačenog plina općenito izgledaju najbolje za male svemirske letjelice, spremnici za skladištenje plina su veliki i teški. Moderni kompozitni spremnici za pohranu dušika dizajnirani za male satelite teže otprilike isto koliko i sam dušik. Za usporedbu, spremnici tekućeg goriva u letjelicama mogu pohraniti gorivo do 30 masa spremnika. S obzirom na težinu i spremnika i motora, bilo bi vrlo korisno pohraniti gorivo u tekućem obliku i pretvoriti ga u plin za distribuciju između različitih motora za kontrolu položaja. Takvi su sustavi razvijeni za korištenje hidrazina u kratkim suborbitalnim eksperimentalnim letovima.

Vodikov peroksid kao raketno gorivo

Kao jednopogonsko gorivo, čisti H2O2 se razgrađuje na kisik i pregrijanu paru na temperaturama nešto iznad 1800F [oko 980C - cca. per.] u nedostatku toplinskih gubitaka. Peroksid se obično koristi u obliku vodene otopine, ali u koncentraciji manjoj od 67%, energija raspadanja je nedovoljna da ispari svu vodu. Američka testna vozila s posadom 1960-ih koristio je 90% peroksid za održavanje orijentacije aparata, što je dalo adijabatsku temperaturu raspadanja od oko 1400 F i specifični impuls u stabilnom stanju od 160 s. U koncentraciji od 82%, peroksid proizvodi temperaturu plina od 1030F, koji pokreće glavne pumpe motora rakete-nosača Soyuz. Koriste se različite koncentracije jer cijena goriva raste s koncentracijom, a temperatura utječe na svojstva materijala. Na primjer, aluminijske legure se koriste na temperaturama do oko 500F. Kada se koristi adijabatski proces, to ograničava koncentraciju peroksida na 70%.

Koncentracija i pročišćavanje

Vodikov peroksid je komercijalno dostupan u širokom rasponu koncentracija, čistoće i količina. Nažalost, male posude s čistim peroksidom koje bi se mogle koristiti izravno kao gorivo praktički nisu komercijalno dostupne. Raketni peroksid je također dostupan u velikim bačvama, ali možda neće biti lako dostupan (npr. u SAD-u). Osim toga, pri radu s velikim količinama peroksida potrebna je posebna oprema i dodatne sigurnosne mjere, što nije sasvim opravdano ako su potrebne samo male količine peroksida.

Za korištenje u ovom projektu, 35% peroksida se kupuje u polietilenskim spremnicima od 1 galona. Prvo se koncentrira na 85%, zatim se pročišćava u instalaciji prikazanoj na Sl. 2. Ova varijacija prethodno korištene metode pojednostavljuje instalaciju i smanjuje potrebu za čišćenjem staklenih dijelova. Proces je automatiziran tako da je potrebno samo dnevno punjenje i pražnjenje posuda za proizvodnju 2 litre peroksida tjedno. Naravno, cijena po litri se ispostavlja visokom, ali je puna količina ipak opravdana za male projekte.

Prvo, u čašama od dvije litre na vrućim pločama u dimnoj napi, većina vode ispari tijekom razdoblja od 18 sati kontroliranog timerom. Volumen tekućine u svakoj čaši se smanjuje za faktor četiri, na 250 ml, ili približno 30% početne mase. Tijekom isparavanja gubi se četvrtina izvornih molekula peroksida. Stopa gubitka raste s koncentracijom, pa je za ovu metodu praktična granica koncentracije 85%.

Jedinica s lijeve strane je komercijalno dostupan rotacijski vakuumski isparivač. 85% otopina, koja sadrži oko 80 ppm nečistoća, zagrijava se u količini od 750 ml u vodenoj kupelji na 50°C. Instalacija održava vakuum ne veći od 10 mm Hg. Art., koji omogućuje brzu destilaciju u roku od 3-4 sata. Kondenzat teče u spremnik dolje lijevo s gubicima manjim od 5%.

Iza isparivača vidljiva je kupelj pumpe s vodenim mlazom. U njega su ugrađene dvije električne pumpe, od kojih jedna opskrbljuje vodom mlaznu pumpu vode, a druga cirkulira vodu kroz zamrzivač, hladnjak vode rotacijskog isparivača i samu kupku, održavajući temperaturu vode tek nešto iznad nule, što poboljšava i kondenzaciju para u hladnjaku i vakuum u sustavu. Pare peroksida, koje se nisu kondenzirale na hladnjaku, ulaze u kadu i razrjeđuju se do sigurne koncentracije.

Čisti vodikov peroksid (100%) znatno je gušći od vode (1,45 puta na 20C), pa hidrometar od plutajućeg stakla (u rasponu 1,2-1,4) obično određuje koncentraciju s točnošću od 1%. I prvotno kupljeni peroksid i destilirana otopina analizirani su na sadržaj nečistoća, kao što je prikazano u tablici. 1. Analiza je uključivala emisionu spektroskopiju plazme, ionsku kromatografiju i mjerenje ukupnog organskog ugljika (TOC). Imajte na umu da su fosfat i kositar stabilizatori, dodaju se u obliku kalijevih i natrijevih soli.

Tablica 1. Analiza otopine vodikovog peroksida

Sigurnosne mjere pri rukovanju vodikovim peroksidom

H2O2 se razgrađuje na kisik i vodu, stoga nema dugotrajnu toksičnost i nije opasan za okoliš. Najčešći problem s peroksidom nastaje kada kapljice koje su premale da bi se otkrile dođu u dodir s kožom. To uzrokuje privremene, bezopasne, ali bolne mrlje bez boje koje je potrebno isprati hladnom vodom.

Učinci na oči i pluća su opasniji. Na sreću, tlak pare peroksida je prilično nizak (2 mmHg na 20C). Ispušna ventilacija lako održava koncentraciju ispod granice disanja od 1 ppm koju je postavio OSHA. Peroksid se može sipati između otvorenih posuda preko ladica u slučaju prolijevanja. Za usporedbu, N2O4 i N2H4 moraju se stalno držati u zatvorenim spremnicima, a pri radu s njima često se koristi poseban aparat za disanje. To je zbog njihovog značajno većeg tlaka pare i granice koncentracije u zraku od 0,1 ppm za N2H4.

Ispiranje prolivenog peroksida vodom čini ga bezopasnim. Što se tiče zahtjeva za zaštitnom odjećom, neudobna odijela mogu povećati vjerojatnost izlijevanja. Kada radite s malim količinama, možda je važnije slijediti pitanja praktičnosti. Na primjer, rad s mokrim rukama pokazao se razumnom alternativom radu s rukavicama, koje čak mogu dopustiti da prskanje prođe ako procuri.

Iako se tekući peroksid ne raspada u masi kada je izložen izvoru vatre, koncentrirane pare peroksida mogu detonirati uz zanemarivo izlaganje. Ova potencijalna opasnost ograničava proizvodnju gore opisane biljke. Proračuni i mjerenja pokazuju vrlo visok stupanj sigurnosti samo za ove male količine proizvodnje. Na sl. 2 zraka se uvlači u horizontalne ventilacijske otvore iza aparata brzinom od 100 cfm (kubičnih stopa u minuti, približno 0,3 kubičnih metara u minuti) duž laboratorijske klupe od 6 stopa (180 cm). Koncentracija pare ispod 10 ppm izmjerena je neposredno iznad koncentracijskih čaša.

Odlaganje malih količina peroksida nakon razrjeđivanja s vodom ne dovodi do posljedica za okoliš, iako je to u suprotnosti s najstrožim tumačenjem pravila zbrinjavanja opasnog otpada. Peroksid je oksidacijsko sredstvo i stoga je potencijalno zapaljiv. To, međutim, zahtijeva zapaljive materijale i zabrinutost nije opravdana pri rukovanju malim količinama materijala zbog odvođenja topline. Na primjer, mokre mrlje na tkanini ili labavom papiru zaustavit će dobar plamen jer peroksid ima visoku specifičnu toplinu. Spremnici za skladištenje peroksida trebaju imati otvore ili sigurnosne ventile jer postupna razgradnja peroksida na kisik i vodu povećava tlak.

Kompatibilnost materijala i samorazgradnja tijekom skladištenja

Kompatibilnost između koncentriranog peroksida i građevinskih materijala uključuje dvije različite klase problema koje se moraju izbjegavati. Kontakt s peroksidom može dovesti do propadanja materijala, kao što se događa kod mnogih polimera. Osim toga, brzina razgradnje peroksida uvelike varira ovisno o materijalima koji se kontaktiraju. U oba slučaja postoji kumulativni učinak tijekom vremena. Dakle, kompatibilnost treba biti izražena u terminima brojčanih vrijednosti i razmatrana u kontekstu aplikacije, a ne kao jednostavno svojstvo, koje je ili prisutno ili ne. Na primjer, komora motora može biti izrađena od materijala koji nije prikladan za upotrebu s spremnicima goriva.

Povijesni rad uključuje eksperimente o kompatibilnosti s uzorcima materijala provedenih u staklenim posudama s koncentriranim peroksidom. U skladu s tradicijom, od uzoraka su za ispitivanje izrađene male zatvorene posude. Promatranja promjena tlaka i mase posude pokazuju brzinu raspadanja i istjecanja peroksida. Osim toga, moguće povećanje volumena ili slabljenje materijala postaje vidljivo jer su stijenke posude podvrgnute pritisku.

Fluoropolimeri kao što su politetrafluoroetilen (PTFE), poliklorotrifluoroetilen (PCTFE) i poliviniliden fluorid (PVDF) ne razgrađuju se peroksidom. Oni također usporavaju razgradnju peroksida, pa se ovi materijali mogu koristiti za premazivanje spremnika, ili međukontejnera, ako trebaju pohranjivati ​​gorivo mjesecima ili godinama. Isto tako, fluoroelastomerne brtve (od standardnog Vitona) i fluorirane masti dobro su prikladne za dugotrajni kontakt s peroksidom. Polikarbonatna plastika je iznenađujuće otporna na koncentrirani peroksid. Ovaj materijal bez pucanja koristi se gdje god je potrebna transparentnost. Ovi slučajevi uključuju izradu prototipa sa složenim unutarnjim strukturama i spremnicima gdje se moraju vidjeti razine tekućine (vidi sliku 4).

Razgradnja u kontaktu s Al-6061-T6 materijalom je samo nekoliko puta brža nego kod najkompatibilnijih aluminijskih legura. Ova legura je čvrsta i lako dostupna, dok najkompatibilnijim legurama nedostaje čvrstoća. Izložene površine čistog aluminija (tj. Al-6061-T6) traju mnogo mjeseci kada su u kontaktu s peroksidom. To je unatoč činjenici da voda, na primjer, oksidira aluminij.

Suprotno povijesnim smjernicama, složene operacije čišćenja pomoću nezdravih sredstava za čišćenje nisu potrebne za većinu primjena. Većina dijelova stroja korištenih u ovom poslu s koncentriranim peroksidom jednostavno je isprana vodom i deterdžentom na 110F. Preliminarni rezultati pokazuju da je ovaj pristup gotovo isti lijepi rezultati kao i preporučene postupke čišćenja. Konkretno, ispiranje PVDF posude tijekom 24 sata s 35% dušične kiseline smanjuje stopu razgradnje za samo 20% tijekom razdoblja od 6 mjeseci.

Lako je izračunati da razgradnja jednog posto peroksida sadržanog u zatvorenoj posudi s 10% slobodnog volumena podiže tlak na gotovo 600 psi (psi, tj. oko 40 atmosfera). Ovaj broj ukazuje da je smanjenje učinkovitosti peroksida kada se njegova koncentracija snizi značajno manje važno od sigurnosnih razmatranja tijekom skladištenja.

Planiranje svemirskih letova korištenjem koncentriranog peroksida zahtijeva potpuno razmatranje moguće potrebe za smanjenjem tlaka odzračivanjem spremnika. Ako pogonski sustav počne raditi u roku od nekoliko dana ili tjedana od trenutka pokretanja, potrebni prazni volumen spremnika može se odmah povećati nekoliko puta. Za takve satelite ima smisla napraviti potpuno metalne spremnike. Razdoblje skladištenja, naravno, uključuje vrijeme dodijeljeno za operacije prije leta.

Nažalost, službeni propisi o gorivu koji su razvijeni imajući na umu vrlo toksične komponente općenito zabranjuju automatske ventilacijske sustave na letnoj opremi. Uobičajeno korišteno skupi sustavi praćenje pritiska. Ideja povećanja sigurnosti zabranom ventila za odzračivanje suprotna je uobičajenoj zemaljskoj praksi pri radu sa sustavima tekućine pod tlakom. Ovo pitanje će se možda trebati ponovno razmotriti ovisno o tome koje se lansirno vozilo koristi pri lansiranju.

Razgradnja peroksida može se održavati na ili ispod 1% godišnje ako je potrebno. Osim što je kompatibilan s materijalima spremnika, brzina razgradnje jako ovisi o temperaturi. Peroksid je moguće neograničeno čuvati u svemirskim putovanjima ako se može zamrznuti. Peroksid se ne širi kada se smrzne i ne predstavlja prijetnju ventilima i cijevima, kao što je slučaj s vodom.

Kako se peroksid razgrađuje na površinama, povećanje omjera volumena i površine može produžiti rok trajanja. Komparativna analiza s uzorcima od 5 kubnih metara. cm i 300 ccm. vidi potvrditi ovaj zaključak. Jedan eksperiment s 85% peroksida u spremniku od 300 cc. vidi napravljeno od PVDF-a pokazalo je stopu razgradnje na 70F (21C) od 0,05% tjedno, ili 2,5% godišnje. Ekstrapolacija na spremnike od 10 litara daje rezultat od oko 1% godišnje na 20C.

U drugim usporednim eksperimentima korištenjem PVDF ili PVDF premaza na aluminiju, peroksid sa stabilizatorima od 80 ppm razgradio se samo 30% sporije od pročišćenog peroksida. Zapravo je dobro što stabilizatori ne produljuju uvelike rok trajanja peroksida u spremnicima tijekom dugih letova. Kao što je prikazano u sljedećem odjeljku, ovi aditivi ometaju korištenje vodikovog peroksida u motorima.

Razvoj motora

Planirani mikrosatelit u početku zahtijeva ubrzanje od 0,1 g za kontrolu mase od 20 kg, odnosno približno 4,4 lbf [približno 20 N] potiska u vakuumu. Budući da su mnoga svojstva konvencionalnih 5-lb motora bila nepotrebna, razvijena je specijalizirana verzija. Brojne su publikacije pregledale katalizatorske jedinice za upotrebu s peroksidom. Maseni protok za takve katalizatore procjenjuje se na oko 250 kg po kvadratnom metru katalizatora u sekundi. Skice motora u obliku zvona korištenih na blokovima Mercury i Centaurus pokazuju da je samo oko četvrtina toga zapravo korištena pri naporu upravljača od oko 1 lb [približno 4,5 N]. Za ovu primjenu odabran je blok katalizatora promjera 9/16 "[približno 14 mm]. Maseni protok od oko 100 kg po kvadratu. m u sekundi dat će skoro 5 funti potiska sa specifičnim impulsom od 140 s [približno 1370 m/s].

Katalizator na bazi srebra

Srebrna žičana mreža i posrebrene ploče od nikla bile su naširoko korištene u prošlosti za katalizu. Niklova žica kao podloga povećava otpornost na toplinu (za koncentracije preko 90%), a jeftinija je za masovnu upotrebu. Za ove studije odabrano je čisto srebro kako bi se izbjegao proces poniklanja, a također i zato što se mekani metal može lako rezati na trake, koje se zatim valjaju u kolutove. Osim toga, problem trošenja površine može se izbjeći. Korištene su lako dostupne mreže s 26 i 40 niti po inču (odnosno 0,012 odnosno 0,009 inča promjera žice).

Sastav površine i mehanizam rada katalizatora potpuno su nejasni, što proizlazi iz mnogih neobjašnjivih i proturječnih izjava u literaturi. Katalitička aktivnost površine čistog srebra može se poboljšati primjenom samarijevog nitrata nakon čega slijedi kalcinacija. Ova tvar se razgrađuje u samarijev oksid, ali može oksidirati i srebro. Drugi izvori osim ovoga odnose se na obradu čistog srebra dušičnom kiselinom, koja otapa srebro, ali je i oksidacijsko sredstvo. Još jednostavnija metoda temelji se na činjenici da čisti srebrni katalizator može povećati svoju aktivnost kada se koristi. Ovo opažanje je ispitano i potvrđeno, što je dovelo do upotrebe katalizatora bez samarijevog nitrata.

Srebrni oksid (Ag2O) je smeđe-crne boje, dok je srebrni peroksid (Ag2O2) sivo-crne boje. Te su se boje pojavljivale jedna za drugom, što je značilo da srebro postupno sve više oksidira. Najtamnija boja odgovara najboljoj izvedbi katalizatora. Osim toga, činilo se da je površina sve više i više neujednačena u usporedbi sa "svježim" srebrom kada se analizira pod mikroskopom.

Pronađena je jednostavna metoda za ispitivanje aktivnosti katalizatora. Pojedinačni krugovi srebrne mreže (9/16 "promjera [približno 14 mm]) bili su postavljeni na kapljice peroksida na površini čelika. Novokupljena srebrna mreža izazvala je sporo "šištanje". Najaktivniji katalizator je izazvao višestruku struju pare puta (10 puta) unutar 1 sekunde.

Ova studija ne dokazuje da je oksidirano srebro katalizator, ili da je uočeno tamnjenje uglavnom posljedica oksidacije. Također je vrijedno spomenuti da je poznato da se oba oksida srebra razlažu na relativno niskim temperaturama. Međutim, višak kisika tijekom rada motora može pomaknuti ravnotežu reakcije. Pokušaji eksperimentalnog pojašnjenja važnosti oksidacije i hrapavosti površine nisu dali jednoznačan rezultat. Pokušaji su uključivali analizu površine rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS), također poznatom kao kemijska analiza elektronske spektroskopije (ESCA). Također se pokušava eliminirati vjerojatnost površinske kontaminacije iz svježe kupljenih srebrnih gaza, što bi narušilo katalitičku aktivnost.

Neovisna ispitivanja su pokazala da ni samarijev nitrat ni njegov čvrsti produkt raspadanja (koji je vjerojatno oksid) ne katalizira razgradnju peroksida. To bi moglo značiti da tretman samarijevim nitratom može djelovati oksidacijom srebra. No, postoji i verzija (bez znanstvenog opravdanja) da tretman samarijevim nitratom sprječava prianjanje mjehurića plinovitih produkata razgradnje na površinu katalizatora. U ovom se radu razvoj lakih motora u konačnici smatrao važnijim od rješavanja zagonetki katalize.

Dijagram motora

Tradicionalno se za motore s peroksidom koristi čelična zavarena konstrukcija. Što je veći od čelika, koeficijent toplinskog širenja srebra dovodi do kompresije paketa srebrnog katalizatora pri zagrijavanju, nakon čega nastaju praznine između paketa i stijenki komore nakon hlađenja. Kako bi se spriječilo da tekući peroksid zaobiđe rešetke katalizatora kroz ove proreze, O-prstenovi se obično koriste između rešetki.

Umjesto toga, u ovom radu dobiveni su dobri rezultati korištenjem komora motora izrađenih od bronce (legura bakra C36000) na tokarskom stroju. Bronca se lako obrađuje, a osim toga, njezin koeficijent toplinskog širenja je blizak koeficijentu srebra. S temperaturom raspadanja od 85% peroksida, oko 1200F [oko 650C], bronca ima izvrsnu čvrstoću. Ova relativno niska temperatura također omogućuje korištenje aluminijskog injektora.

Ovaj izbor materijala koji se lako obrađuje i koncentracije peroksida koja se lako postiže u laboratorijskim uvjetima čini se prilično uspješnom kombinacijom za provođenje eksperimenata. Imajte na umu da bi korištenje 100% peroksida rastopilo i katalizator i stijenke komore. Navedeni izbor predstavlja kompromis između troškova i učinkovitosti. Treba napomenuti da se brončane komore koriste na motorima RD-107 i RD-108, koji se koriste na tako uspješnom nosaču kao što je Soyuz.

Na sl. Slika 3 prikazuje laganu inačicu motora, koja je pričvršćena izravno na podnožje ventila za tekućinu malog uređaja za manevriranje. Lijevo - 4g aluminijski injektor s fluoroelastomernom brtvom. Srebrni katalizator od 25 grama podijeljen je tako da se može prikazati iz različitih kutova. S desne strane je ploča od 2 grama koja podupire gazu katalizatora. Puna masa dijelovi prikazani na slici su otprilike 80 grama. Jedan od tih motora korišten je za ispitivanje s tla istraživačkog vozila od 25 kg. Sustav je radio kako je dizajniran, uključujući korištenje 3,5 kilograma peroksida bez vidljivog gubitka kvalitete.

150 grama komercijalno dostupan elektromagnetski ventil izravnog djelovanja s provrtom od 1,2 mm i zavojnicom od 25 ohma koju pokreće izvor od 12 volti pokazao je zadovoljavajuće rezultate. Površine ventila u dodiru s tekućinom izrađene su od nehrđajućeg čelika, aluminija i Vitona. Bruto težina je povoljna u usporedbi s preko 600 grama za motor od 3 lb [približno 13H] koji se koristio za održavanje orijentacije pozornice Centaurus do 1984.

Ispitivanje motora

Motor dizajniran za eksperimente bio je nešto teži od konačnog motora tako da se, primjerice, mogao doživjeti učinak veće količine katalizatora. Mlaznica je odvojeno pričvršćena na motor, što je omogućilo dimenzioniranje katalizatora podešavanjem sile zatezanja vijaka. Nešto uzvodno od mlaznice nalazili su se konektori za senzore tlaka i temperature plina.

Riža. 4 prikazuje postavku spremno za eksperiment. Izravni pokusi u laboratorijskim uvjetima mogući su zbog upotrebe prilično bezopasnog goriva, niskih vrijednosti potiska, rada u normalnim sobnim uvjetima i atmosferskom tlaku te upotrebe jednostavnih instrumenata. Zaštitni zidovi jedinice izrađeni su od polikarbonatnih listova debljine pola inča [oko 12 mm] postavljenih na aluminijski okvir s dobrom ventilacijom. Ploče su ispitane na silu loma od 365 000 N * s / m ^ 2. Na primjer, fragment od 100 grama, koji se kreće nadzvučnom brzinom od 365 m / s, zaustavit će se ako je površina udara 1 četvorni. cm.

Na fotografiji je komora motora orijentirana okomito, odmah ispod dimnjaka. Senzori tlaka na ulazu u injektor i tlak unutar komore nalaze se na ploči za vaganje, koji mjere potisak. Digitalni indikatori vremena rada i temperature nalaze se izvan zidova jedinice. Otvaranje glavnog ventila uključuje mali niz indikatora. Snimanje podataka vrši se ugradnjom svih indikatora u vidno polje video kamere. Konačna mjerenja vršena su kredom osjetljivom na toplinu, koja je povučena po dužini katalizne komore. Promjena boje odgovarala je temperaturama preko 800 F [približno 430 C].

Spremnik s koncentriranim peroksidom nalazi se lijevo od vage na zasebnom nosaču, tako da promjena mase goriva ne utječe na mjerenje potiska. Koristeći referentne utege, potvrđeno je da je cijev za dovod peroksida u komoru dovoljno fleksibilna da postigne točnost mjerenja od 0,01 lbf [približno 0,04 N]. Spremnik za peroksid napravljen je od velike polikarbonatne cijevi i kalibriran tako da se promjena razine tekućine može koristiti za izračunavanje ID-a.

Parametri motora

Eksperimentalni motor je testiran mnogo puta tijekom 1997. godine. Rani testovi koristili su injektor za zatvaranje i malo grlo, pri vrlo niskim pritiscima. Činilo se da je učinkovitost motora u snažnoj korelaciji s aktivnošću korištenog jednoslojnog katalizatora. Nakon što je postignuta pouzdana razgradnja, tlak u spremniku je fiksiran na 300 psig [približno 2,1 MPa]. Svi eksperimenti su provedeni s početnom opremom i temperaturom goriva od 70F [približno 21C].

Početni kratkotrajni start izveden je kako bi se izbjegao "mokri" start, u kojem je bio vidljiv ispuh. Uobičajeno, početno pokretanje se provodi unutar 5 s pri brzini protoka<50%, но вполне хватало бы и 2 с. Затем шёл основной прогон в течение 5-10 с, достаточных для полного прогрева двигателя. Результаты показывали температуру газа в 1150F , что находится в пределах 50F от теоретического значения. 10-секундные прогоны при постоянных условиях использовались для вычисления УИ. Удельный импульс оказывался равным 100 с , что, вероятно, может быть улучшено при использовании более оптимальной формы сопла, и, особенно, при работе в вакууме.

Duljina srebrnog katalizatora uspješno je smanjena s konzervativnih 2,5 "[oko 64 mm] na 1,7" [oko 43 mm]. Konačni raspored motora imao je 9 rupa od 1/64 inča [otprilike 0,4 mm] na ravnoj površini mlaznice. Grlo od 1/8 inča proizvelo je potisak od 3,3 lbf pri tlaku u komori od 220 psig i diferencijalnom tlaku od 255 psig između ventila i grla.

Destilirano gorivo (Tablica 1) dalo je dosljedne rezultate i konzistentna očitanja tlaka. Nakon ispuštanja 3 kg goriva i 10 pokretanja, točka 800F bila je na komori 1/4 inča od površine mlaznice. Istodobno, za usporedbu, vrijeme rada motora na 80 ppm nečistoća bilo je neprihvatljivo. Fluktuacije tlaka u komori na frekvenciji od 2 Hz dosegle su 10% nakon što je potrošeno samo 0,5 kg goriva. Temperaturna točka od 800F je preko 1 inča od injektora.

Nekoliko minuta u 10% dušične kiseline dovelo je katalizator u dobro stanje. Unatoč činjenici da se zajedno s kontaminantima otapa i nešto srebra, aktivnost katalizatora je bila bolja nego nakon tretmana dušičnom kiselinom novog katalizatora koji još nije korišten.

Treba napomenuti da iako se vrijeme zagrijavanja motora mjeri u sekundama, mogući su znatno kraći impulsi ako je motor već zagrijan. Dinamički odgovor tekućeg potisnog podsustava mase 5 kg na linearnom presjeku pokazao je vrijeme impulsa kraće od 100 ms, s odaslanim impulsom od oko 1 N * s. Točnije, pomak je bio približno +/- 6 mm pri 3 Hz, pri čemu je sustav bio ograničen kontrolnom brzinom.

Varijante konstrukcije DU

Na sl. 5 prikazuje neke od mogućih shema pogona, iako, naravno, ne sve. Svi krugovi tekućine prikladni su za korištenje peroksida, a svaki se može koristiti i za dvokomponentni motor. Gornji red navodi sheme koje se obično koriste na satelitima s tradicionalnim pogonskim gorivom. Srednji red pokazuje kako se komprimirani plinski sustavi mogu koristiti za orijentacijske zadatke. Složeniji rasporedi, koji potencijalno dopuštaju lakšu opremu, prikazani su u donjem redu. Stjenke spremnika shematski pokazuju različite razine tlaka tipične za svaki sustav. Također primjećujemo razliku u oznakama za LPRE i pogonske jedinice koje rade na komprimirani plin.

Tradicionalne sheme

Opcija A korištena je na nekim od najmanjih satelita zbog svoje jednostavnosti, ali i zbog toga što sustavi komprimiranog plina (ventili mlaznica) mogu biti vrlo lagani i mali. Ova se opcija također koristila na velikim svemirskim letjelicama, na primjer, sustavu kontrole položaja dušika stanice Skylab 1970-ih.

Opcija B je najjednostavniji dizajn tekućine i više puta je korišten s hidrazinom kao gorivom. Plin koji održava tlak u spremniku obično u startu zauzima četvrtinu spremnika. Plin se tijekom leta postupno širi, pa se kaže da se tlak "ispuhuje". Međutim, pad tlaka smanjuje i potisak i PI. Maksimalni tlak tekućine u spremniku nastaje tijekom pokretanja, što iz sigurnosnih razloga dodaje težinu spremnicima. Nedavni primjer je Lunar Prospector, koji je imao otprilike 130 kg hidrazina i 25 kg pogonske mase.

Opcija C se široko koristi s konvencionalnim otrovnim mono i dvokomponentnim gorivima. Za najmanje satelite mora se dodati pogonski sustav na komprimirani plin kako bi se održala orijentacija, kao što je gore opisano. Na primjer, dodavanje pogonskog sustava na komprimirani plin opciji C rezultira opcijom D. Ovaj tip pogonskog sustava, koji se pokreće dušikom i koncentriranim peroksidom, izgrađen je u Laboratoriju Lawrence (LLNL) kako bi se sigurno testirali orijentacijski sustavi prototipnih mikrosatelita pogonjena neotrovnim gorivima....

Održavanje orijentacije s vrućim plinovima

Za najmanje satelite, kako bi se smanjila opskrba komprimiranim plinom i masa spremnika, ima smisla napraviti orijentacijski sustav koji radi na vruće plinove. Na razini potiska manjoj od 1 lbf [približno 4,5 N], postojeći sustavi komprimiranog plina su red veličine lakši od jednokomponentnih raketnih motora na tekuće gorivo (slika 1). Kontroliranjem protoka plina može se dobiti manje impulsa nego kontroliranjem tekućine. Međutim, neučinkovito je imati komprimirani inertni plin na brodu zbog velikog volumena i mase spremnika pod tlakom. Iz tih razloga, bilo bi poželjno generirati plin kako bi se zadržala orijentacija iz tekućine kako se veličina satelita smanjuje. U svemiru ova opcija još nije korištena, ali je u laboratoriju testirana opcija E pomoću hidrazina, kao što je gore navedeno (3). Razina minijaturizacije komponenti bila je prilično impresivna.

Kako bi se dodatno smanjila težina opreme i pojednostavio sustav skladištenja, poželjno je u potpunosti izbjegavati spremnike plina. Opcija F potencijalno je zanimljiva za minijaturne peroksidne sustave. Ako je prije početka rada potrebno dugotrajno skladištenje goriva u orbiti, sustav se može pokrenuti bez početnog tlaka. Ovisno o slobodnom prostoru u spremnicima, veličini spremnika i njihovom materijalu, sustav se može projektirati tako da bude pod tlakom u unaprijed određenom trenutku leta.

Opcija D ima dva neovisna izvora goriva za manevriranje i održavanje orijentacije, zbog čega je potrebno unaprijed uzeti u obzir brzinu protoka za svaku od ovih funkcija posebno. Sustavi E i F, koji proizvode vrući plin za kontrolu položaja iz goriva korištenog za manevriranje, imaju veliku fleksibilnost. Na primjer, neiskorišteno gorivo tijekom manevriranja može se iskoristiti za produljenje vijeka satelita koji treba zadržati svoju orijentaciju.

Ideje za samopunjavanje

Samo složenije opcije u posljednjem redu sl. 5 može bez spremnika za plin i još uvijek održavati konstantan tlak kako se gorivo troši. Mogu se pokrenuti bez početnog pumpanja, ili pri niskom tlaku, što smanjuje težinu spremnika. Odsutnost komprimiranih plinova i tekućina pod tlakom smanjuje opasnost od pokretanja. To može rezultirati značajnim smanjenjem troškova do te mjere da se standardna gotova oprema smatra sigurnom za niskotlačne i netoksične komponente. Svi motori u ovim sustavima koriste jedan spremnik goriva za maksimalnu fleksibilnost.

Opcije G i H mogu se nazvati "tlačnim vrućim plinom" ili tekućim sustavima "puhaj i pritiska", kao i "plin iz tekućine" ili "samotlačnim" sustavima. Kontrolirano nadtlačenje spremnika istrošenog goriva zahtijeva mogućnost povećanja tlaka.

Opcija G koristi membranski spremnik s otklonom tlaka, tako da je tlak tekućine prvi veći od tlaka plina. To se može postići diferencijalnim ventilom ili elastičnom dijafragmom koja razdvaja plin i tekućinu. Može se koristiti i ubrzanje, t.j. gravitacija u zemaljskim aplikacijama ili centrifugalna sila u rotirajućoj letjelici. Opcija H radi s bilo kojim spremnikom. Posebna pumpa za održavanje tlaka cirkulira kroz generator plina i natrag do slobodnog volumena u spremniku.

U oba slučaja regulator tekućine sprječava povratne informacije i proizvoljno visoke tlakove. Za normalan rad sustava potreban je dodatni ventil, povezan serijski s regulatorom. U budućnosti se može koristiti za kontrolu tlaka u sustavu do tlaka postavljenog od strane regulatora. Na primjer, manevri promjene orbite izvodit će se pod punim pritiskom. Smanjeni tlak omogućit će točniju orijentaciju u 3 osi uz uštedu goriva kako bi se produljio životni vijek plovila (vidi Dodatak).

Tijekom godina provedeni su eksperimenti s pumpama diferencijalne površine u pumpama i spremnicima, a postoji mnogo dokumenata koji opisuju takve dizajne. Godine 1932. Robert H. Goddard i dr. izgradili su strojno vođenu pumpu za kontrolu tekućeg i plinovitog dušika. Nekoliko pokušaja je napravljeno između 1950. i 1970. godine, u kojima su razmatrane opcije G i H za atmosferski let. Ovi pokušaji smanjenja volumena izvedeni su kako bi se smanjio otpor. Ti su radovi kasnije prekinuti širokim razvojem raketa na kruto gorivo. U novije vrijeme radilo se na sustavima pod pritiskom koji koriste hidrazin i diferencijalne ventile, uz neke inovacije za specifične primjene.

Samousisni sustavi za pohranu tekućeg goriva nisu se ozbiljno razmatrali za dugotrajne letove. Nekoliko je tehničkih razloga zašto je za razvoj uspješnog sustava potrebno osigurati dobro predvidljiva svojstva potiska tijekom cijelog vijeka trajanja pogonskog sustava. Na primjer, katalizator suspendiran u plinu za pojačanje može razgraditi gorivo unutar spremnika. Odvajanje spremnika bit će potrebno, kao u opciji G, kako bi se postigla operativnost u letovima koji zahtijevaju dugo razdoblje odmora nakon početnog manevriranja.

Radni ciklus potiska također je važan za toplinska razmatranja. Na sl. 5G i 5H, toplina koja se oslobađa tijekom reakcije u plinskom generatoru gubi se u okolnim dijelovima tijekom dugog leta uz povremeno aktiviranje pogonskog sustava. To je u skladu s upotrebom mekih brtvi za sustave s vrućim plinom. Visokotemperaturne metalne brtve imaju puno curenja, ali će biti potrebne samo ako je radni ciklus DU čvrst. Pitanja o debljini toplinske izolacije i toplinskom kapacitetu komponenti treba razmotriti uz dobro razumijevanje očekivane prirode pogonskog sustava tijekom leta.

Motori s pumpom

Na sl. Pumpa 5J isporučuje gorivo iz niskotlačnog spremnika u visokotlačnu komoru motora. Ovaj pristup osigurava maksimalnu manevarsku sposobnost i standard je za stupnjeve raketa-nosača. I brzina vozila i njegovo ubrzanje mogu biti visoki, budući da ni motor ni spremnik goriva nisu posebno teški. Crpka mora biti projektirana za vrlo visok omjer energije i mase kako bi opravdala njezinu upotrebu.

Iako riža. 5J je donekle pojednostavljen, uključen je ovdje kako bi pokazao da je ovo vrlo različita opcija od opcije H. U potonjem slučaju, crpka se koristi kao pomoćni mehanizam i zahtjevi pumpe se razlikuju od motorne pumpe.

Rad se nastavlja, uključujući testiranje raketnih motora koji rade na koncentriranom peroksidu i koriste pumpne jedinice. Moguće je da će lako ponovljivi jeftini testovi motora korištenjem netoksičnih goriva dovesti do još jednostavnijih i pouzdanijih krugova nego što je to prije postignuto korištenjem dizana s pumpanim hidrazinom.

Prototip samotlačnog sustava spremnika

Iako se nastavlja rad na implementaciji sklopova H i J na sl. 5, najlakša opcija je G, i testirana je prva. Potrebna oprema je nešto drugačija, ali razvoj sličnih tehnologija međusobno pojačava razvojni učinak. Na primjer, temperatura i vijek trajanja fluoroelastomernih brtvi, fluoriranih masti i aluminijskih legura relevantni su za sva tri koncepta sustava.

Riža. Slika 6 prikazuje jeftinu ispitnu opremu koja koristi pumpu diferencijalnog ventila izrađenu od komada aluminijske cijevi promjera 3 "[oko 75 mm] s debljinom stijenke od 0,065" [oko 1,7 mm], stegnute na krajevima između O-prstenova. Ovdje nema zavarivanja, što olakšava provjeru sustava nakon testiranja, promjenu konfiguracije sustava, a također smanjuje troškove.

Ovaj samotlačni sustav koncentriranog peroksida testiran je korištenjem komercijalno dostupnih elektromagnetnih ventila i jeftinih alata, baš kao u dizajnu motora. Približan dijagram sustava prikazan je na Sl. 7. Osim termoelementa uronjenog u plin, temperatura je izmjerena i na spremniku i plinskom generatoru.

Spremnik je konstruiran tako da je tlak tekućine u njemu nešto veći od tlaka plina (???). Izvedena su brojna lansiranja pomoću početnog tlaka zraka od 30 psig [približno 200 kPa]. Kada se upravljački ventil otvori, protok kroz generator plina dovodi paru i kisik u kanal za održavanje tlaka u spremniku. Prvi red pozitivne povratne sprege iz sustava rezultira eksponencijalnim povećanjem tlaka sve dok se regulator tekućine ne zatvori kada dosegne 300 psi [približno 2 MPa].

Osjetljivost na ulazni tlak neprihvatljiva je za regulatore tlaka plina koji se trenutno koriste na satelitima (sl. 5A i C). U sustavu tekućine pod pritiskom, ulazni tlak regulatora ostaje unutar uskog raspona. Time se izbjegavaju mnoge složenosti svojstvene konvencionalnim dizajnima regulatora koji se koriste u zrakoplovnoj industriji. Regulator od 60 grama ima samo 4 pokretna dijela, ne računajući opruge, brtve i vijke. Regulator ima fleksibilnu brtvu za zatvaranje nadtlaka. Ova jednostavna osnosimetrična konstrukcija dovoljna je jer se tlak ne mora održavati unutar određenih granica na ulazu u regulator.

Rasplinjač je također pojednostavljen zbog niskih zahtjeva za cjelokupni sustav. Uz razliku tlaka od 10 psi, protok goriva je dovoljno mali da omogući najjednostavnije konfiguracije mlaznica. Osim toga, odsutnost sigurnosnog ventila na ulazu u plinski generator rezultira samo malim vibracijama reda veličine 1 Hz u reakciji razgradnje. Sukladno tome, relativno mali povratni tok tijekom pokretanja sustava zagrijava regulator na ne više od 100F.

Početni testovi nisu koristili regulator; Istodobno se pokazalo da se tlak u sustavu može održavati u bilo kojem rasponu od dopuštenog trenja brtve do sigurnosnog graničnika tlaka u sustavu. Ova fleksibilnost sustava može se koristiti za smanjenje potrebnog potiska sustava kontrole položaja tijekom većeg dijela života satelita, iz gore navedenih razloga.

Jedno zapažanje koje se kasnije čini očitim bilo je da se spremnik zagrijava više ako sustav doživi niskofrekventne fluktuacije tlaka kada radi bez regulatora. Sigurnosni ventil na ulazu u spremnik, gdje se dovodi komprimirani plin, mogao bi eliminirati dodatni toplinski tok koji nastaje zbog fluktuacija tlaka. Ovaj ventil bi također spriječio da spremnik podigne tlak, ali to nije nužno važno.

Iako se aluminijski dijelovi tope na temperaturi razgradnje od 85% peroksida, temperatura lagano pada zbog gubitka topline i isprekidanog protoka plina. Spremnik prikazan na fotografiji imao je temperaturu izrazito ispod 200F tijekom testiranja pritiska. Istodobno, temperatura izlaznog plina premašila je 400F tijekom prilično snažnih prebacivanja ventila toplog plina.

Temperatura izlaznog plina je važna jer pokazuje da voda ostaje u stanju pregrijane pare unutar sustava. Raspon od 400F do 600F izgleda idealno, jer je dovoljno hladan za jeftinu laganu opremu (aluminij i meke brtve) i dovoljno topao da uhvati značajan dio energije goriva koja se koristi za održavanje orijentacije s plinskim mlaznicama. Tijekom razdoblja rada pod sniženim tlakom, dodatna prednost je što se temperatura održava na minimumu. također se smanjuje potrebno kako bi se izbjegla kondenzacija vlage.

Za što dulje djelovanje unutar dopuštenog temperaturnog raspona, parametri kao što su debljina toplinske izolacije i ukupni toplinski kapacitet konstrukcije moraju se prilagoditi specifičnom profilu potiska. Očekivano, u spremniku je nakon testiranja pronađena kondenzirana voda, ali ta neiskorištena masa predstavlja mali dio ukupne mase goriva. Čak i ako se sva voda iz struje plina koja se koristi za orijentaciju vozila kondenzira, 40% mase goriva i dalje će biti plinovito (za 85% peroksida). Čak se i ova opcija pokazuje boljom od korištenja komprimiranog dušika, jer je voda lakša od skupog modernog spremnika dušika.

Ispitna oprema prikazana na sl. 6 je očito daleko od toga da se naziva potpunim pogonskim sustavom. Tekući motori približno istog tipa kao što je opisano u ovom članku mogu se, na primjer, spojiti na izlaz spremnika, kao što je prikazano na sl. 5G.

Planovi za povećanje pumpe

Za testiranje koncepta prikazanog na sl. 5H, razvija se pouzdana pumpa za plin. Za razliku od spremnika diferencijalnog tlaka, pumpa se tijekom rada mora puniti više puta. To znači da će biti potrebni ventili za rasterećenje tekućine, kao i automatski plinski ventili za odzračivanje plina na kraju takta i ponovno postavljanje tlaka.

Predviđeno je korištenje par pumpnih komora koje rade naizmjenično umjesto minimalno potrebne jedne komore. To će osigurati kontinuirani rad orijentacijskog podsustava na toplom plinu pri konstantnom tlaku. Izazov je biti u mogućnosti uskladiti spremnik za smanjenje težine sustava. Crpka će raditi na dijelu plina iz plinskog generatora.

Rasprava

Nedostatak odgovarajućih opcija daljinskog upravljanja za male satelite nije novost, a razmatra se nekoliko opcija za rješavanje ovog problema (20). Bolje razumijevanje problema daljinskog upravljanja među korisnicima sustava pomoći će boljem rješavanju ovog problema, a bolje razumijevanje problema s daljinskim upravljanjem sa satelita zrelo je za dizajnere motora.

Ovaj članak istraživao je mogućnosti korištenja vodikovog peroksida korištenjem jeftinih materijala i tehnika koje se mogu primijeniti u malom opsegu. Dobiveni rezultati mogu se primijeniti i na dizelsko gorivo na bazi jednokomponentnog hidrazina, kao i u slučajevima kada peroksid može poslužiti kao oksidant u netoksičnim dvokomponentnim kombinacijama. Potonja opcija uključuje samozapaljiva alkoholna goriva opisana u (6), kao i tekuće i krute ugljikovodike, koji se zapale u kontaktu s vrućim kisikom koji nastaje razgradnjom koncentriranog peroksida.

Relativno jednostavna peroksidna tehnologija opisana u ovom članku može se izravno koristiti u eksperimentalnim svemirskim letjelicama i drugim malim satelitima. Prije samo jedne generacije, niske Zemljine orbite, pa čak i duboki svemir istraženi su pomoću gotovo novih i eksperimentalnih tehnologija. Primjerice, sustav za slijetanje Lunar Surveyora uključivao je brojne meke pakete koji se danas mogu smatrati neprihvatljivim, ali su bili sasvim prikladni za zadaće. Trenutno su mnogi znanstveni instrumenti i elektronika vrlo minijaturizirani, ali tehnologija daljinskog upravljanja ne zadovoljava potrebe malih satelita ili malih sondi za slijetanje na Mjesec.

Ideja je da se oprema po mjeri može dizajnirati za specifične primjene. To je, naravno, u suprotnosti s idejom "nasljeđivanja" tehnologija, koja obično prevladava pri odabiru satelitskih podsustava. Osnova za ovo mišljenje je pretpostavka da se detalji procesa ne razumiju dobro za razvoj i pokretanje potpuno novih sustava. Ovaj članak je potaknut mišljenjem da će mogućnost čestih niskobudžetnih eksperimenata pružiti potrebna znanja projektantima malih satelita. Uz razumijevanje i potreba satelita i mogućnosti tehnologije dolazi i potencijalno smanjenje nepotrebnih zahtjeva sustava.

Priznanja

Mnogi su ljudi pomogli autoru upoznati se s raketnom tehnologijom na bazi vodikovog peroksida. Među njima su Fred Aldridge, Kevin Bolinger, Mitchell Clapp, Tony Friona, George Garboden, Ron Humble, Jordin Kare, Andrew Cubica, Tim Lawrence, Martin Mintorn, Malcolm Paul, Jeff Robinson, John Roosek, Jerry Sanders, Jerry Selura.

Studija je bila dio programa Clementine II i programa mikrosatelitske tehnologije Laboratorija Lawrence, uz potporu istraživačkog laboratorija zračnih snaga Sjedinjenih Država. Ovaj rad koristio je financiranje američke vlade i proveden je u Lawrence National Laboratory u Livermoreu, Sveučilište u Kaliforniji prema ugovoru W-7405-Eng-48 s Ministarstvom energetike SAD-a.

V 1818 g. francuski kemičar L. J. Tenard otkrili "oksidiranu vodu". Kasnije je ova tvar dobila ime vodikov peroksid... Njegova gustoća je 1464,9 kg / kubični metar... Dakle, rezultirajuća tvar ima formulu H 2 O 2, endotermalno, odvaja kisik u aktivnom obliku uz veliko oslobađanje topline: H 2 O 2 > H 2 O + 0,5 O 2 + 23,45 kcal.

Kemičari su znali za imovinu i prije vodikov peroksid kao oksidacijsko sredstvo: otopine H 2 O 2(u daljnjem tekstu " peroksid") zapalila zapaljive tvari, toliko da ih nije uvijek bilo moguće ugasiti. peroksid v stvaran život kao energetska tvar, pa čak i ne zahtijeva dodatni oksidator, pao je na pamet inženjeru Helmut Walter iz grada Kobilica... Točnije, na podmornicama, gdje je potrebno uzeti u obzir svaki gram kisika, pogotovo jer je 1933 godine, a fašistička elita poduzela je sve mjere da se pripremi za rat. Odmah raditi s peroksid bili klasificirani. H 2 O 2- proizvod je nestabilan. Walter je pronašao proizvode (katalizatore) koji su pridonijeli još bržoj razgradnji peroksid... Reakcija eliminacije kisika ( H 2 O 2 = H 2 O + O 2) otišao odmah do kraja. Međutim, postalo je potrebno "riješiti se" kisika. Zašto? Činjenica je da peroksid najbogatija veza sa O 2 Skoro je 95% od ukupne težine tvari. A budući da se atomski kisik u početku oslobađa, bilo je jednostavno nezgodno ne koristiti ga kao aktivni oksidans.

Zatim u turbinu, gdje je primijenjen peroksid, počeli su opskrbljivati ​​fosilna goriva, kao i vodu, budući da je topline generiralo sasvim dovoljno. To je pridonijelo povećanju snage motora.

V 1937 obavljena su uspješna stolna ispitivanja plinskih turbinskih jedinica s kombiniranim ciklusom, a u 1942 godine izgrađena je prva podmornica F-80 koja je razvijala brzinu pod vodom 28,1 čvor (52,04 km \ h). Njemačka komanda odlučila je graditi 24 podmornice, koje su trebale imati dvije elektrane kapaciteta svaki 5000 h.p.... Oni su konzumirali 80% riješenje peroksid... U Njemačkoj su se vršile pripreme za proizvodnju 90.000 tona peroksida u godini. Međutim, došao je neslavan kraj za "tisućljetni Reich"...

Valja napomenuti da u Njemačkoj peroksid počeo se koristiti u raznim modifikacijama zrakoplova, kao i na projektilima V-1 i V-2... Znamo da svi ti radovi nikada nisu mogli promijeniti tijek događaja...

U Sovjetskom Savezu raditi s peroksid također su provedene u interesu podmorničke flote. V 1947 redoviti član Akademije znanosti SSSR-a B.S.Stechkin, koji je na Institutu Akademije topničkih znanosti savjetovao stručnjake za tekuće mlazne motore, koji su se tada zvali motori na tekuće gorivo, dao je zadatak budućem akademiku (a potom i inženjeru) Varšavski I. L. upaliti motor peroksid koju je predložio akademik E. A. Čudakov... Za ovo, serijski dizel motori podmornice tipa " Štuka". I praktički je dao" blagoslov "za rad Staljin... To je omogućilo ubrzanje razvoja i dobivanje dodatnog volumena na brodu, gdje su se mogla postaviti torpeda i drugo oružje.

Radi s peroksid izvodili su akademici Stechkin, Čudakov a Varshavsky u vrlo kratkom vremenu. Prije 1953 godine, prema dostupnim informacijama, bio opremljen 11 podmornice. Za razliku od radova sa peroksid koje su predvodile Sjedinjene Američke Države i Britanija, naše podmornice nisu ostavile nikakav trag za sobom, dok je plinska turbina (SAD i ENGLESKA) imala demaskiran mjehur. Ali stvar je u domaćoj implementaciji peroksid i upotrijebiti ga za podmornice Hruščov: zemlja je prešla na rad s nuklearnim podmornicama. I snažan početak H 2-oružje je izrezano u staro željezo.

Međutim, što imamo u "suhom ostatku" s peroksid? Ispada da ga morate negdje kuhati, a zatim napuniti spremnike (spremnike) automobila. Ovo nije uvijek zgodno. Stoga bi ga bilo bolje primiti izravno u automobil, a još bolje prije ubrizgavanja u cilindar ili prije nego ga ubacite u turbinu. U tom slučaju, potpuna sigurnost svih radova bila bi zajamčena. Ali koje su početne tekućine potrebne za dobivanje? Ako uzmete malo kiseline i peroksid, recimo, barij ( Ba O 2), tada ovaj proces postaje vrlo nezgodan za korištenje izravno na istom "Mercedesu"! Stoga, obratimo pažnju na običnu vodu - H 2 O! Ispada da za dobivanje peroksid može se koristiti sigurno i učinkovito! I samo trebate napuniti spremnike običnom bunarskom vodom i možete krenuti na put.

Jedino upozorenje: u takvom procesu ponovno nastaje atomski kisik (sjetite se reakcije na koju ste naišli Walter), ali i ovdje se, kako se pokazalo, s njim može razumno postupiti. Za njegovu ispravnu upotrebu potrebna je emulzija vode i goriva u čijem je sastavu dovoljno imati najmanje 5-10% neka vrsta ugljikovodika. Isto loživo ulje može biti prikladno, ali čak i uz njegovu upotrebu, frakcije ugljikovodika će osigurati flegmatizaciju kisika, odnosno reagirat će s njim i dati dodatni impuls, isključujući mogućnost nekontrolirane eksplozije.

Prema svim proračunima, tu dolazi do kavitacije, stvaranja aktivnih mjehurića koji mogu uništiti strukturu molekule vode, izolirati hidroksilnu skupinu ON i natjerati ga da se poveže s istom grupom da dobije željenu molekulu peroksid H 2 O 2.

Ovaj pristup je vrlo koristan s bilo kojeg gledišta, jer vam omogućuje da isključite proizvodni proces peroksid izvan predmeta uporabe (tj. omogućuje njegovo stvaranje izravno u motoru s unutarnjim izgaranjem). Ovo je vrlo korisno jer eliminira faze odvojenog punjenja i skladištenja. H 2 O 2... Ispada da tek u trenutku ubrizgavanja dolazi do stvaranja veze koja nam je potrebna i, zaobilazeći proces skladištenja, peroksid stupa u pogon. A u spremnicima istog automobila može biti emulzija vode i goriva s minimalnim postotkom ugljikovodika! To bi bila ljepota! I ne bi bilo nimalo strašno da jedna litra goriva ima cijenu čak i u 5 Američki dolari. U budućnosti se možete prebaciti na kruto gorivo poput ugljena i iz njega sigurno sintetizirati benzin. Ugljen će trajati nekoliko stotina godina! Samo Jakutija dalje plitka dubina pohranjuje milijarde tona ovog fosila. Ovo je ogromna regija, omeđena odozdo BAM niti, čija se sjeverna granica proteže daleko iznad rijeka Aldan i Maya ...

ali peroksid prema opisanoj shemi, može se pripraviti iz bilo kojeg ugljikovodika. Mislim da je glavna riječ u ovom pitanju ostala na našim znanstvenicima i inženjerima.

VODIKOV PEROKSID H 2 O 2 - najjednostavniji predstavnik peroksida; oksidator visokog vrenja ili jednokomponentno pogonsko gorivo, kao i izvor pare i plina za pogon THA. Koristi se u obliku vodene otopine visoke (do 99%) koncentracije. Prozirna tekućina, bez boje i mirisa s "metalnim" okusom. Gustoća je 1448 kg / m 3 (na 20 ° C), talište ~ 0 ° C, vrelište ~ 150 ° C. Slabo je otrovan, izaziva opekline u dodiru s kožom, stvara eksplozivne smjese s nekim organskim tvarima. Čiste otopine su prilično stabilne (stopa razgradnje obično ne prelazi 0,6% godišnje); u prisutnosti tragova brojnih teških metala (na primjer, bakra, željeza, mangana, srebra) i drugih nečistoća, razgradnja se ubrzava i može se pretvoriti u eksploziju; za povećanje stabilnosti tijekom dugotrajnog skladištenja u vodikov peroksid uvode se stabilizatori (spojevi fosfora i kositra). Pod utjecajem katalizatora (npr. produkti korozije željeza) raspadanje vodikov peroksid prelazi u kisik i vodu s oslobađanjem energije, dok temperatura produkta reakcije (para-plin) ovisi o koncentraciji vodikov peroksid: 560 °C pri 80% koncentracije i 1000 °C pri 99%. Najbolja kompatibilnost s nehrđajućim čelikom i čistim aluminijem. U industriji se dobiva hidrolizom persulfurne kiseline H 2 S 2 O 8 koja nastaje tijekom elektrolize sumporne kiseline H 2 SO 4. Koncentrirano vodikov peroksid našla široku primjenu u raketnoj industriji. Vodikov peroksid je izvor parnog plina za pogon TNA u motoru na tekuće gorivo brojnih projektila (V-2, "Redstone", "Viking", "Vostok" itd.), oksidator raketnog goriva u raketama ( "Black Airrow" i dr.) i zrakoplova (Me-163, X-1, X-15 itd.), jednokomponentno gorivo u motorima svemirskih letjelica (Sojuz, Sojuz T itd.). Njegova uporaba obećava u paru s ugljikovodicima, pentaboranom i berilij hidridom.

1 .. 42> .. >> Sljedeće
Niska točka tečenja alkohola omogućuje mu upotrebu u širokom rasponu temperatura okoline.
Alkohol se proizvodi u vrlo velikim količinama i nije oskudno gorivo. Alkohol nema korozivni učinak na konstrukcijske materijale. To omogućuje korištenje relativno jeftinih materijala za spremnike alkohola i autoceste.
Kao zamjena za etilni alkohol može poslužiti metilni alkohol koji s kisikom daje gorivo nešto lošije kvalitete. Metilni alkohol se miješa s etilnim alkoholom u bilo kojem omjeru, što omogućuje korištenje s nedostatkom etilnog alkohola i dodavanjem u nekom omjeru gorivu. Tekuće gorivo na bazi kisika koristi se gotovo isključivo u raketama dugog dometa, koje dopuštaju, pa čak i zbog svoje velike težine, zahtijevaju punjenje rakete komponentama na mjestu lansiranja.
Vodikov peroksid
Vodikov peroksid H2O2 u svom čistom obliku (tj. 100% koncentracije) se ne koristi u tehnici, jer je izrazito nestabilan proizvod sposoban spontane razgradnje, koji se lako pretvara u eksploziju pod utjecajem bilo kakvih naizgled beznačajnih vanjskih utjecaja: udarca, rasvjete, najmanje onečišćenje organskim tvarima i nečistoćama nekih metala.
U raketiranju se koriste "stabilnije, visoko koncentrirane (najčešće 80"% koncentracije) otopine vodikovog peroksida u vodi. Kako bi se povećala otpornost na vodikov peroksid, dodaju se male količine tvari koje sprječavaju njegovu spontanu razgradnju (na primjer, fosforna kiselina). Korištenje 80% vodikovog peroksida trenutno zahtijeva samo uobičajene mjere opreza potrebne pri rukovanju jakim oksidansima. Vodikov peroksid u ovoj koncentraciji je bistra, blago plavkasta tekućina s točkom smrzavanja od -25 °C.
Vodikov peroksid, kada se razloži na kisik i vodenu paru, oslobađa toplinu. Ovo oslobađanje topline objašnjava se činjenicom da je toplina stvaranja peroksida - 45,20 kcal/g-mol, dok
126
CH. IV. Goriva za raketne motore
dok je toplina stvaranja vode jednaka -68,35 kcal/g-mol. Dakle, tijekom razgradnje peroksida prema formuli H2O2 = --H2O + V2O0 oslobađa se kemijska energija, jednaka razlici 68,35-45,20 = 23,15 kcal / g-mol, odnosno 680 kcal / kg.
Vodikov peroksid 80e/o-te koncentracije ima sposobnost razgradnje u prisutnosti katalizatora uz oslobađanje topline u količini od 540 kcal/kg i uz oslobađanje slobodnog kisika, koji se može koristiti za oksidaciju goriva. Vodikov peroksid ima značajnu specifičnu težinu (1,36 kg / l za 80% koncentraciju). Nemoguće je koristiti vodikov peroksid kao rashladno sredstvo, jer ne ključa kada se zagrijava, već se odmah razgrađuje.
Kao materijali za spremnike i cjevovode motora koji rade na peroksidu mogu poslužiti nehrđajući čelik i vrlo čisti (sa udjelom nečistoća do 0,51%) aluminij. Upotreba bakra i drugih teških metala potpuno je neprihvatljiva. Bakar je snažan katalizator za razgradnju vodikovog peroksida. Određene vrste plastike mogu se koristiti za brtve i brtve. Dodir kože s koncentriranim vodikovim peroksidom uzrokuje teške opekline. Organska se tvar, kada ih vodikov peroksid udari, zapali.
Goriva iz vodikovog peroksida
Na bazi vodikovog peroksida stvorene su dvije vrste goriva.
Goriva prve vrste su split-feed goriva u kojima se kisik koji se oslobađa tijekom razgradnje vodikovog peroksida koristi za sagorijevanje goriva. Primjer je gorivo koje se koristi u motoru gore opisanog zrakoplova presretača (str. 95). Sastojao se od 80% vodikovog peroksida i mješavine hidrazin hidrata (N2H4H2O) s metil alkoholom. Kada se gorivu doda poseban katalizator, to gorivo postaje samozapaljivo. Relativno niska kalorijska vrijednost (1020 kcal/kg), kao i niska molekularna težina produkata izgaranja, određuju nisku temperaturu izgaranja, što olakšava rad motora. Međutim, zbog svoje niske kalorijske vrijednosti, motor ima nizak specifični potisak (190 kgsec/kg).
S vodom i alkoholom vodikov peroksid može tvoriti relativno eksplozivne ternarne smjese, koje su primjer jednokomponentnog goriva. Kalorična vrijednost takvih eksplozivnih smjesa je relativno niska: 800-900 kcal / kg. Stoga je malo vjerojatno da će se koristiti kao glavno gorivo za raketne motore. Takve se smjese mogu koristiti u generatorima pare i plina.
2. Moderna goriva za raketne motore
127
Reakcija razgradnje koncentriranog peroksida, kao što je već spomenuto, naširoko se koristi u raketnoj tehnologiji za dobivanje parnog plina, koji je radni fluid turbine kada se pumpa.
Poznati su i motori kod kojih je toplina raspadanja peroksida služila za stvaranje potiska. Specifični potisak takvih motora je nizak (90-100 kgsec / kg).
Za razgradnju peroksida koriste se dvije vrste katalizatora: tekući (otopina kalijevog permanganata KMnO4) ili čvrsti. Korištenje potonjeg je poželjnije, jer čini sustav za dovod tekućeg katalizatora u reaktor suvišnim.

Jet "Komet" Trećeg Reicha

Međutim, Kriegsmarine nije bila jedina organizacija koja je obratila pažnju na turbinu Helmuta Waltera. Bila je blisko zainteresirana za odjel Hermanna Goeringa. Kao i svaki drugi, i ovaj je imao svoj početak. A to je povezano s imenom zaposlenika tvrtke "Messerschmitt" dizajnera zrakoplova Alexandera Lippisha - gorljivog pobornika neobičnih dizajna zrakoplova. Ne sklon donošenju općeprihvaćenih odluka i mišljenja o vjeri, krenuo je u stvaranje temeljno novog zrakoplova, u kojem je sve vidio na nov način. Prema njegovom konceptu, zrakoplov bi trebao biti lagan, imati što manje mehanizama i pomoćne jedinice, imati racionalnu formu sa stajališta stvaranja sile dizanja i najmoćnijeg motora.

Tradicionalna klipni motor Lippisch nije bio zadovoljan, te je skrenuo pogled na mlaz, točnije - na projektil. No, nisu mu odgovarali ni svi do tada poznati sustavi potpore sa svojim glomaznim i teškim pumpama, spremnicima, sustavima paljenja i regulacije. Tako se postupno kristalizirala ideja korištenja samozapaljivog goriva. Tada je na brodu moguće postaviti samo gorivo i oksidant, stvoriti najjednostavniju dvokomponentnu pumpu i komoru za izgaranje s mlaznicom.

Lippisch je u tom pitanju imao sreće. I dvaput sam imao sreće. Prvo, takav motor je već postojao - sama Walterova turbina. Drugo, prvi let s ovim motorom dovršen je već u ljeto 1939. godine na zrakoplovu He-176. Unatoč činjenici da dobiveni rezultati, blago rečeno, nisu bili impresivni - maksimalna brzina koju je ovaj zrakoplov postigao nakon 50 sekundi rada motora bila je samo 345 km / h - vodstvo Luftwaffea smatralo je ovaj smjer prilično obećavajućim. Razlog male brzine vidjeli su u tradicionalnom rasporedu zrakoplova te su svoje pretpostavke odlučili isprobati na "bezrepom" Lippischu. Tako je inovator Messerschmitta na raspolaganju dobio okvir zrakoplova DFS-40 i motor RI-203.

Za pogon motora koristi se (sve vrlo tajno!) Dvokomponentno gorivo, koje se sastoji od T-stoffa i C-stoffa. Zamršene šifre skrivale su isti vodikov peroksid i gorivo – mješavinu 30% hidrazina, 57% metanola i 13% vode. Otopina katalizatora nazvana je Z-stoff. Unatoč prisutnosti triju otopina, gorivo se smatralo dvokomponentnim: iz nekog razloga otopina katalizatora nije se smatrala komponentom.

Uskoro će se priča ispričati, ali neće uskoro. Ova ruska poslovica na najbolji mogući način opisuje povijest nastanka lovca presretača. Raspored, razvoj novih motora, letenje, obuka pilota - sve je to odgodilo proces stvaranja punopravnog stroja do 1943. godine. Kao rezultat toga, borbena verzija zrakoplova - Me-163V - bila je u potpunosti neovisni automobil, koji je od svojih prethodnika naslijedio samo osnovni izgled. Mala veličina okvira zrakoplova nije ostavila dizajnerima mjesta za uvlačni stajni trap ili za bilo kakav prostran kokpit.

Cijeli prostor zauzimali su spremnici goriva i raketni motor... A i kod njega je sve bilo "ne hvala Bogu". Helmut Walter Veerke je izračunao da bi raketni motor RII-211 planiran za Me-163V imao potisak od 1700 kg, a potrošnja goriva T pri punom potisku bila bi oko 3 kg u sekundi. U vrijeme ovih proračuna, motor RII-211 postojao je samo u obliku modela. Tri uzastopna trčanja po zemlji bila su neuspješna. Motor je više-manje doveden u stanje za let tek u ljeto 1943., ali se i tada još uvijek smatrao eksperimentalnim. I eksperimenti su opet pokazali da se teorija i praksa često ne slažu: potrošnja goriva bila je mnogo veća od izračunate - 5 kg / s pri maksimalnom potisku. Tako je Me-163V imao rezervu goriva za samo šest minuta leta pri punom potisku motora. Istodobno, njegov je resurs bio 2 sata rada, što je u prosjeku dalo oko 20 - 30 letova. Nevjerojatna proždrljivost turbine potpuno je promijenila taktiku korištenja ovih lovaca: polijetanje, penjanje, približavanje meti, jedan napad, izlazak iz napada, povratak kući (često u jedriličarskom modu, jer nije bilo goriva za let) . O zračnim borbama jednostavno nije trebalo govoriti, cijeli se računao na brzini i nadmoći u brzini. Samopouzdanje u uspjeh napada dalo je i čvrsto naoružanje Komete: dva topa kalibra 30 mm, plus oklopni kokpit.

Barem ova dva datuma mogu govoriti o problemima koji su pratili stvaranje zrakoplovne verzije Walterovog motora: prvi let eksperimentalnog modela dogodio se 1941.; Me-163 je usvojen 1944. godine. Udaljenost je, kako je rekao jedan poznati lik Gribojedova, golemih razmjera. I to unatoč činjenici da dizajneri i programeri nisu pljuvali u strop.

Krajem 1944. Nijemci su pokušali poboljšati zrakoplov. Kako bi se povećalo trajanje leta, motor je opremljen pomoćnom komorom za izgaranje za krstareći let sa smanjenim potiskom, povećanom rezervom goriva, umjesto odvojivog postolja ugrađena je konvencionalna šasija na kotačima. Do kraja rata bilo je moguće izraditi i testirati samo jedan uzorak koji je dobio oznaku Me-263.

Bezubi "Viper"

Nemoć "tisućljetnog Reicha" prije napada iz zraka natjerala ih je da traže bilo kakve, ponekad najnevjerojatnije, načine da se suprotstave bombardiranju tepiha saveznika. Autorov zadatak nije analizirati sve zanimljivosti uz pomoć kojih se Hitler nadao napraviti čudo i spasiti, ako ne Njemačku, onda sebe od neizbježne smrti. Zadržat ću se samo na jednom "izumu" - presretaču za vertikalno uzlijetanje Ba-349 "Nutter" ("Viper"). Ovo čudo neprijateljske tehnologije nastalo je kao jeftina alternativa Me-163 "Kometa" s naglaskom na masovnu proizvodnju i rasipanje materijala. Planirano je koristiti najpristupačnije vrste drva i metala za njegovu proizvodnju.

U ovoj zamisli Ericha Bachema sve se znalo i sve je bilo neobično. Planirano je da poleti okomito, poput rakete, uz pomoć četiri pojačivača baruta postavljenih na bočnim stranama stražnjeg trupa. Na visini od 150 m istrošene rakete su bačene i let je nastavljen zbog rada glavnog motora - Walter 109-509A LPRE - svojevrsnog prototipa dvostupanjskih raketa (ili raketa s pojačivačima na čvrsto gorivo) . Ciljanje je izvršeno najprije mitraljezom putem radija, a potom pilotom ručno. Ništa manje neobično nije bilo i naoružanje: pri približavanju meti, pilot je ispalio salvu od dvadeset četiri rakete kalibra 73 mm postavljene ispod oklopa u nosu zrakoplova. Zatim je morao odvojiti prednji dio trupa i spustiti se padobranom na tlo. Motor je također morao biti ispušten padobranom kako bi se mogao ponovno upotrijebiti. Ako želite, u ovome možete vidjeti prototip "Shuttlea" - modularnog aviona s neovisnim povratkom kući.

Obično na ovom mjestu kažu da je ovaj projekt bio ispred tehničke mogućnosti Njemačka industrija, što objašnjava katastrofu prve instance. No, unatoč tako zaglušujućem rezultatu u doslovnom smislu riječi, završena je izgradnja još 36 "Hattera", od kojih je 25 testirano, a samo 7 u letu s ljudskom posadom. U travnju je 10 "Hattera" serije A (a tko je samo računao na sljedeće?) bilo stacionirano u Kirheimu kod Stuttgarta, kako bi odbili napade američkih bombardera. Ali tenkovi saveznika, koje su čekali prije bombardera, nisu dali zamisli Bachema da uđu u bitku. Hajtere i njihove lansere uništile su njihove vlastite posade. Pa se raspravljajte nakon toga s mišljenjem da su najbolja protuzračna obrana naši tenkovi na njihovim uzletištima.

Pa ipak, privlačnost raketnog motora na tekuće gorivo bila je ogromna. Toliko golem da je Japan kupio licencu za proizvodnju raketnog lovca. Njegovi problemi s američkim zrakoplovstvom bili su slični onima u Njemačkoj, pa ne čudi što su se za rješenje obratili saveznicima. Dvije podmornice s tehničkom dokumentacijom i uzorcima opreme poslane su na obale carstva, ali je jedna od njih potopljena tijekom tranzicije. japanski sami od sebe obnovio nedostajuće informacije i Mitsubishi je napravio prototip J8M1. Na prvom letu 7. srpnja 1945. srušio se zbog kvara motora tijekom penjanja, nakon čega je subjekt sigurno i tiho preminuo.

Kako čitatelj ne bi imao mišljenje da je umjesto željenih plodova vodikov peroksid svojim apologetima donio samo razočaranja, navest ću primjer, očito, jedinog slučaja kada je bio koristan. A primljena je upravo onda kada dizajnerica iz nje nije pokušala iscijediti posljednje kapi mogućnosti. Riječ je o skromnom, ali nužnom detalju: turbopumpnoj jedinici za opskrbu pogonskim gorivom u raketi A-4 ("V-2"). Bilo je nemoguće opskrbiti gorivo (tekući kisik i alkohol) stvaranjem viška tlaka u spremnicima za raketu ove klase, ali mala i lagana plinska turbina na bazi vodikovog peroksida i permanganata stvorila je dovoljnu količinu parnog plina za rotaciju centrifugalne pumpa.

Shematski dijagram raketnog motora V-2 1 - spremnik vodikovog peroksida; 2 - spremnik s natrijevim permanganatom (katalizator za razgradnju vodikovog peroksida); 3 - cilindri komprimiranog zraka; 4 - generator pare i plina; 5 - turbina; 6 - ispušna cijev istrošenog parnog plina; 7 - pumpa za gorivo; 8 - pumpa za oksidaciju; 9 - reduktor; 10 - cjevovodi za opskrbu kisikom; 11 - komora za izgaranje; 12 - predkomora

Turbopumpna jedinica, generator pare i plina za turbinu i dva mala spremnika za vodikov peroksid i kalijev permanganat smješteni su u isti odjeljak s pogonskim sustavom. Potrošeni parni plin, nakon što je prošao kroz turbinu, bio je još vruć i mogao je dodatni posao... Stoga je poslan u izmjenjivač topline gdje je zagrijao tekući kisik. Vraćajući se u spremnik, ovaj kisik je tamo stvorio mali poticaj, što je donekle olakšalo rad jedinice turbo pumpe i ujedno spriječilo da se stijenke spremnika spljošte kada se isprazni.

Korištenje vodikovog peroksida nije bilo jedino moguće rješenje: bilo je moguće koristiti glavne komponente, ubacujući ih u generator plina u omjeru daleko od optimalnog, čime se osigurava smanjenje temperature produkata izgaranja. Ali u ovom slučaju bilo bi potrebno riješiti niz teških problema povezanih s osiguravanjem pouzdanog paljenja i održavanjem stabilnog izgaranja ovih komponenti. Korištenje vodikovog peroksida u srednjoj koncentraciji (nije bilo potrebe za pretjeranom snagom) omogućilo je jednostavno i brzo rješavanje problema. Tako je kompaktan i nevažan mehanizam zakucao smrtonosno srce rakete ispunjeno tonom eksploziva.

Udarac iz dubine

Naslov knjige Z. Pearla, kako smatra autor, što više odgovara naslovu ovog poglavlja. Bez stremljenja ka pravoj istini, ipak ću si dopustiti ustvrditi da nema ničeg strašnijeg od iznenadnog i gotovo neizbježnog udarca u bok dva-tri centnera TNT-a, iz kojeg pucaju pregrade, izvijaju se čelični i višestruki -tonski mehanizmi lete s nosača. Huk i zvižduk užarene pare postaju zadušnica za brod koji u grčevima i grčevima odlazi pod vodu, vodeći sa sobom u kraljevstvo Neptuna one nesretnike koji nisu stigli skočiti u vodu i otploviti od potonuća brod. I tiha i neprimjetna, poput podmukle morskog psa, podmornica je polako nestala u morskim dubinama, noseći još desetak istih smrtonosnih darova u svom čeličnom trbuhu.

Ideja o samohodnoj mini koja može kombinirati brzinu broda i gigantsku eksplozivnu snagu sidrenog "letača" pojavila se davno. Ali u metalu je to ostvareno tek kada su se pojavili dovoljno kompaktni i snažni motori koji su mu dali veliku brzinu. Torpedo nije podmornica, ali njegov motor također treba gorivo i oksidant ...

Ubitačno torpedo...

Tako se zove legendarni 65-76 "Kit" nakon tragičnih događaja u kolovozu 2000. godine. Službena verzija kaže da je spontana eksplozija "debelog torpeda" uzrokovala smrt podmornice K-141 "Kursk". Na prvi pogled, verzija, barem, zaslužuje pozornost: torpedo 65-76 uopće nije dječja zvečka. Opasno je i zahtijeva posebne vještine za rukovanje.

Jedan od " slabe točke Torpedo se zvalo njegova pogonska jedinica - impresivan domet paljbe postignut je pomoću pogonske jedinice pokretane vodikovim peroksidom. A to znači prisutnost već poznatog buketa užitaka: golemih pritisaka, burno reagirajućih komponenti i potencijala za pojavu nehotične reakcije eksplozivne prirode. Kao argument, pristaše verzije eksplozije "debelog torpeda" navode činjenicu da su sve "civilizirane" zemlje svijeta napustile torpeda na pogon vodikovim peroksidom.

Tradicionalno, zaliha oksidatora za torpedni motor bio je cilindar zraka, čija je količina određena snagom jedinice i dometom krstarenja. Nedostatak je očit: balastna težina cilindra debelih stijenki, što bi se moglo pretvoriti u nešto korisnije. Za pohranu zraka s tlakovima do 200 kgf / cm² (196 GPa), potrebni su čelični spremnici debelih stijenki, čija masa premašuje težinu svih energetskih komponenti za 2,5 - 3 puta. Potonji čine samo oko 12-15% ukupne mase. Za rad ESU-a ​​potrebna je velika količina slatke vode (22 - 26% mase energetskih komponenti), što ograničava rezerve goriva i oksidatora. Osim toga, komprimirani zrak (21% kisika) nije najučinkovitije oksidacijsko sredstvo. Dušik prisutan u zraku također nije samo balast: on je vrlo slabo topiv u vodi i stoga stvara jasno vidljiv trag mjehurića širine 1 - 2 m iza torpeda. Međutim, takva torpeda nisu imala manje očite prednosti, koje su bile nastavak nedostataka, od kojih je glavna bila visoka sigurnost. Torpeda koja djeluju na čisti kisik (tekući ili plinoviti) pokazala su se učinkovitijima. Znatno su smanjili trag, povećali učinkovitost oksidatora, ali nisu riješili probleme s raspodjelom težine (balon i kriogena oprema i dalje su činili značajan dio težine torpeda).

Vodikov peroksid je u ovom slučaju bio svojevrsni antipod: sa znatno višim energetskim karakteristikama bio je i izvor povećane opasnosti. Zamjenom komprimiranog zraka u zračnom termičkom torpedu s ekvivalentnom količinom vodikovog peroksida, njegov je domet putovanja povećan 3 puta. Tablica u nastavku prikazuje učinkovitost korištenja različitih vrsta primijenjenih i perspektivnih nosača energije u torpedima ESU:

U ESU torpeda sve se događa na tradicionalan način: peroksid se raspada na vodu i kisik, kisik oksidira gorivo (kerozin), nastali parni plin rotira osovinu turbine - i sada smrtonosni teret juri na stranu brod.

Torpedo 65-76 "Kit" je posljednji sovjetski razvoj ovog tipa, koji je pokrenut 1947. proučavanjem njemačkog torpeda, koji nije bio "spomenut" u Lomonosovljevom ogranku NII-400 (kasnije - NII "Morteplotehnika") pod vodstvom glavnog dizajnera DA ... Kokrjakov.

Rad je završio stvaranjem prototipa, koji je testiran u Feodosiji 1954-55. Tijekom tog vremena, sovjetski dizajneri i znanstvenici o materijalima morali su razviti mehanizme koji su im do tada bili nepoznati, kako bi razumjeli principe i termodinamiku svog rada, kako bi ih prilagodili za kompaktnu upotrebu u tijelu torpeda (jedan od dizajnera je jednom rekao da u smislu složenosti, torpeda i svemirske rakete se približavaju satu). Kao motor korištena je brza turbina otvorenog tipa vlastitog dizajna. Ova jedinica pokvarila je puno krvi svojim tvorcima: problemi s izgaranjem komore za izgaranje, potraga za materijalom za spremnik peroksida, razvoj regulatora za opskrbu komponentama goriva (kerozin, malovodni vodikov peroksid (koncentracija 85%), morska voda) - sve to odgođeno testiranje i dovođenje torpeda u 1957. ove godine flota je dobila prvo torpedo s vodikovim peroksidom 53-57 (prema nekim izvorima imao je naziv "Aligator", ali možda je to bio naziv projekta).

Godine 1962. usvojeno je protubrodsko navođenje torpedo. 53-61 na temelju 53-57, i 53-61M s poboljšanim sustavom navođenja.

Programeri Torpeda obratili su pažnju ne samo na svoje elektroničko punjenje, već nisu zaboravili ni na njegovo srce. I bilo je, kako se sjećamo, prilično hirovita. Razvijena je nova turbina s dvije komore kako bi se poboljšala stabilnost pri povećanju snage. Zajedno s novim punjenjem za navođenje dobio je indeks 53-65. Još jedna modernizacija motora s povećanjem njegove pouzdanosti dala je početak u životu modifikacije 53-65M.

Početak 70-ih obilježen je razvojem kompaktnog nuklearnog oružja koje se moglo ugraditi u bojnu glavu torpeda. Za takvo torpedo, simbioza snažnog eksploziva i brze turbine bila je sasvim očita, a 1973. godine usvojeno je nevođeno peroksidno torpedo. 65-73 s nuklearnom bojevom glavom, dizajniranom za uništavanje velikih površinskih brodova, njezinih skupina i obalnih objekata. Međutim, mornari su bili zainteresirani ne samo za takve mete (i najvjerojatnije, uopće), a tri godine kasnije dobila je akustični sustav za navođenje buđenja, elektromagnetski detonator i indeks 65-76. Bojeva glava je također postala svestranija: mogla je biti i nuklearna i nositi 500 kg konvencionalnog TNT-a.

A sada bi autor želio posvetiti nekoliko riječi tezi o "prosjačenju" zemalja koje su naoružane torpedima od vodikovog peroksida. Prvo, osim SSSR-a / Rusije, oni su u službi s nekim drugim zemljama, na primjer, švedski teški torpedo Tr613, razvijen 1984., koji radi na mješavini vodikovog peroksida i etanola, još uvijek je u službi švedske mornarice i norveške mornarice. Glava serije FFV Tr61, torpedo Tr61 ušlo je u službu 1967. godine kao teško vođeno torpedo za korištenje površinskim brodovima, podmornicama i obalnim baterijama. Glavna elektrana koristi vodikov peroksid s etanolom za pogon 12-cilindara parni stroj, pružajući torpedu gotovo potpunu netragom. U usporedbi s modernim električnim torpedima pri sličnoj brzini, domet je 3 do 5 puta veći. Godine 1984. u službu je ušao Tr613 većeg dometa, koji je zamijenio Tr61.

Ali Skandinavci nisu bili sami na tom polju. Izglede za korištenje vodikovog peroksida u vojnim poslovima američka je mornarica uzela u obzir i prije 1933. godine, a prije ulaska SAD-a u rat, u pomorskoj torpednoj postaji u Newportu obavljali su se strogo povjerljivi radovi na torpedima, u kojima je vodik peroksid se trebao koristiti kao oksidant. U motoru se 50% otopina vodikovog peroksida razgrađuje pod pritiskom vodenom otopinom permanganata ili nekog drugog oksidacijskog sredstva, a produkti razgradnje služe za održavanje izgaranja alkohola - kao što vidimo, shema koja je već postala dosadna tijekom priče. Motor je tijekom rata značajno poboljšan, ali torpeda pokretana vodikovim peroksidom nisu našla borbenu primjenu u američkoj mornarici do kraja neprijateljstava.

Dakle, nisu samo "siromašne zemlje" peroksid smatrale oksidacijskim sredstvom za torpeda. Čak su i vrlo respektabilne Sjedinjene Države dale priznanje za tako prilično privlačnu tvar. Razlog odbijanja korištenja ovih ESU-a, kako to autor vidi, nije ležao u cijeni razvoja ESU-a ​​na kisik (u SSSR-u takva torpeda, koja su se pokazala izvrsnima u većini različitim uvjetima), ali u svemu ista agresivnost, opasnost i nestabilnost vodikovog peroksida: nijedan stabilizator ne jamči 100% jamstvo odsutnosti procesa raspadanja. Ne moram vam govoriti kako se ovo može završiti, mislim...

... i torpedo za samoubojstva

Mislim da je takav naziv za zloglasno i nadaleko poznato vođeno torpedo Kaiten više nego opravdano. Unatoč činjenici da je vodstvo Carske mornarice zahtijevalo uvođenje evakuacijskog otvora u dizajn "čovjek-torpeda", piloti ih nisu koristili. To nije bilo samo u samurajskom duhu, već i u razumijevanju jednostavne činjenice: nemoguće je preživjeti eksploziju u vodi jedne i pol tone streljiva, na udaljenosti od 40-50 metara.

Prvi model "Kaiten" "Type-1" nastao je na bazi 610 mm kisikovog torpeda "Type 93" i u biti je bio samo njegova proširena verzija s posadom, koja je zauzimala nišu između torpeda i mini-podmornice. . Maksimalni domet krstarenja pri brzini od 30 čvorova bio je oko 23 km (pri brzini od 36 čvorova, pod povoljnim uvjetima, mogao je putovati i do 40 km). Stvorena krajem 1942. godine, tada nije usvojena od strane flote Zemlje izlazećeg sunca.

No do početka 1944. situacija se značajno promijenila i projekt oružja sposobnog za ostvarivanje principa "svako torpedo je na meti" skinut je s police, a skupljao je prašinu gotovo godinu i pol dana. . Teško je reći zbog čega su admirali promijenili svoj stav: je li pismo dizajnera poručnika Nishime Sekioa i starijeg poručnika Kuroki Hiroshija, napisano njihovom vlastitom krvlju (kodeks časti zahtijevao je da se takvo pismo odmah pročita i da se obrazloženi odgovor), odnosno katastrofalna situacija u pomorskom kazalištu operacija. Nakon manjih modifikacija "Kaiten Type 1" je ušao u seriju u ožujku 1944. godine.

Ljudsko torpedo "Kaiten": opći izgled i uređaj.

No već u travnju 1944. počelo se raditi na njegovom poboljšanju. Štoviše, nije se radilo o modificiranju postojećeg razvoja, već o stvaranju potpuno novog razvoja od nule. Taktičko-tehnički zadatak koji je izdala flota za novi "Kaiten Type 2" maksimalna brzina ne manje od 50 čvorova, domet krstarenja -50 km, dubina uranjanja -270 m. Rad na dizajnu ovog "čovjeka-torpeda" povjeren je tvrtki "Nagasaki-Heiki KK", u sklopu koncerna "Mitsubishi".

Izbor nije bio slučajan: kao što je već spomenuto, upravo je ova tvrtka aktivno radila na raznim raketni sustavi na bazi vodikovog peroksida na temelju informacija dobivenih od njemačkih kolega. Rezultat njihovog rada bio je "motor broj 6" koji je radio na mješavini vodikovog peroksida i hidrazina snage 1500 KS.

Do prosinca 1944. dva prototipa novog "čovjek-torpeda" bila su spremna za testiranje. Ispitivanja su provedena na zemaljskom stalku, ali pokazanim karakteristikama ni programer ni kupac nisu bili zadovoljni. Kupac je odlučio čak ni ne započeti s pokusima na moru. Kao rezultat toga, drugi "Kaiten" ostao je u količini od dva komada. Razvijene su daljnje modifikacije za motor s kisikom - vojska je shvatila da njihova industrija nije u stanju proizvesti čak ni toliku količinu vodikovog peroksida.

Teško je procijeniti učinkovitost ovog oružja: japanska propaganda tijekom rata pripisivala je smrt velikog američkog broda gotovo svakom slučaju korištenja Kaitena (nakon rata razgovori na ovu temu iz očitih razloga su se smirili). S druge strane, Amerikanci su se spremni zakleti na sve da su njihovi gubici bili neznatni. Ne bi me čudilo da nakon desetak godina općenito poriču takve stvari.

Najbolji sat

Rad njemačkih dizajnera na dizajnu turbopumpne jedinice za raketu V-2 nije prošao nezapaženo. Sva njemačka dostignuća u području raketnog naoružanja koja smo naslijedili temeljito su istražena i testirana za korištenje u domaćim projektima. Kao rezultat ovih radova, rođene su turbopumpne jedinice koje rade na istom principu kao i njemački prototip. Ovo rješenje su, naravno, primijenili i američki projektili.

Britanci, koji su tijekom Drugog svjetskog rata praktički izgubili cijelo svoje carstvo, pokušali su se uhvatiti za ostatke svoje nekadašnje veličine, maksimalno iskoristivši svoje trofejno nasljeđe. Budući da praktički nisu imali iskustva u području raketiranja, usredotočili su se na ono što su imali. Kao rezultat toga, uspjeli su gotovo nemoguće: raketa Black Arrow, koja je koristila par kerozina - vodikov peroksid i porozno srebro kao katalizator, osigurala je Britanci mjesto među svemirskim silama. Jao, daljnji nastavak svemirskog programa za naglo opadajuće Britansko Carstvo pokazao se iznimno skupim pothvatom.

Kompaktne i prilično snažne peroksidne turbine korištene su ne samo za dovod goriva u komore za izgaranje. Njime su Amerikanci orijentirali silazno vozilo letjelice "Merkur", zatim, u istu svrhu, sovjetski konstruktori na CA letjelice "Sojuz".

Prema svojim energetskim karakteristikama, peroksid kao oksidacijsko sredstvo je inferiorniji od tekućeg kisika, ali nadmašuje oksidanse dušične kiseline. Posljednjih godina ponovno se pojavio interes za korištenje koncentriranog vodikovog peroksida kao pogonskog goriva za motore svih veličina. Prema riječima stručnjaka, peroksid je najatraktivniji kada se koristi u novim razvojima, gdje se prethodne tehnologije ne mogu izravno natjecati. Sateliti od 5-50 kg su upravo takvi razvoji. Međutim, skeptici još uvijek vjeruju da su izgledi još uvijek mutni. Dakle, iako je sovjetski raketni motor RD-502 ( para goriva- peroksid plus pentaboran) i pokazao specifičan impuls od 3680 m / s, ostao je eksperimentalni.

“Zovem se Bond. James Bond"

Mislim da nema ljudi koji nisu čuli ovu frazu. Nešto manje ljubitelja "špijunskih strasti" moći će bez zadrške imenovati sve izvođače uloge super agenta Obavještajne službe kronološkim redom. I apsolutno će obožavatelji zapamtiti ovaj neobičan gadget. A ujedno se i na ovom području dogodila zanimljiva slučajnost kojom je naš svijet tako bogat. Wendell Moore, inženjer u Bell Aerosystemsu i imenjak jednog od najpoznatijih izvođača ove uloge, postao je izumitelj jednog od egzotičnih prijevoznih sredstava ovog vječnog karaktera - leteće (ili bolje rečeno, skakaće) naprtnjače.

Strukturno, ovaj uređaj je jednostavan koliko i fantastičan. Osnovu su činila tri balona: jedan komprimiran do 40 atm. dušik (prikazano žuto) i dva s vodikovim peroksidom ( plava boja). Pilot okreće gumb za kontrolu proklizavanja i ventil regulatora (3) se otvara. Komprimirani dušik (1) istiskuje tekući vodikov peroksid (2), koji se dovodi u plinski generator (4). Tamo dolazi u dodir s katalizatorom (tanke srebrne ploče obložene slojem samarijevog nitrata) i razgrađuje se. Formirana smjesa pare i plina visokotlačni a temperatura ulazi u dvije cijevi koje izlaze iz generatora plina (cijevi su prekrivene slojem toplinskog izolatora kako bi se smanjili gubici topline). Zatim vrući plinovi ulaze u rotacijske mlazne mlaznice (Lavalova mlaznica), gdje se prvo ubrzavaju, a zatim šire, postižući nadzvučnu brzinu i stvarajući mlazni potisak.

Regulatori propuha i ručni kotačići za upravljanje mlaznicama montirani su u kutiju, postavljeni na prsa pilota i povezani s jedinicama pomoću kabela. Ako je bilo potrebno okrenuti se u stranu, pilot je zakrenuo jedan od ručnih kotača, skrećući jednu mlaznicu. Kako bi letio naprijed ili natrag, pilot je rotirao oba ručna kotača u isto vrijeme.

Ovako je to izgledalo u teoriji. Ali u praksi, kao što je često slučaj u biografiji vodikovog peroksida, sve se pokazalo ne baš tako. Ili bolje rečeno, nikako: naprtnjača nikada nije bila u stanju obaviti normalan samostalan let. Maksimalno trajanje leta raketnog paketa bilo je 21 sekundu, domet je bio 120 metara. Ujedno, ruksak je pratio cijeli tim servisera. Za jedan dvadeset i drugi let potrošeno je do 20 litara vodikovog peroksida. Prema vojsci, "Bell Rocket Belt" je više bila spektakularna igračka nego učinkovita. vozilo... Vojska je potrošila 150.000 dolara prema ugovoru s Bell Aerosystemsom, a Bell je potrošio još 50.000 dolara. Vojska je odbila daljnje financiranje programa, ugovor je raskinut.

Pa ipak, uspio se boriti s "neprijateljima slobode i demokracije", ali ne u rukama "sinova ujaka Sama", već iza ramena dodatnog superobavještajnog filma. Ali kakva će biti njegova buduća sudbina, autor neće praviti pretpostavke: ovo je nezahvalan posao - predvidjeti budućnost ...

Možda se na ovom mjestu u priči o vojnoj karijeri ove obične i neobične tvari može stati na kraj. Bilo je kao u bajci: ni dugo ni kratko; i uspješni i neuspješni; i obećavajući i beznadni. Predviđali su mu veliku budućnost, pokušali je koristiti u mnogim energetskim postrojenjima, razočarali su se i ponovno se vratili. Općenito, sve je kao u životu...

Književnost
1. Altshuller G.S., Shapiro R.B. Oksidirana voda // "Tehnologija za mlade". 1985. broj 10. S. 25-27.
2. Shapiro L.S. Stroga tajna: voda plus atom kisika // Kemija i život. 1972. broj 1. S. 45-49 (http://www.nts-lib.ru/Online/subst/ssvpak.html)
3.http: //www.submarine.itishistory.ru/1_lodka_27.php).
4. Veselov P. "Odgodi presudu o ovom pitanju ..." // Tehnika - za mlade. 1976. broj 3. S. 56-59.
5. Shapiro L. U nadi totalnog rata // "Tehnologija za mlade". 1972. broj 11. S. 50-51.
6. Ziegler M. Pilot lovaca. Borbene operacije "Me-163" / Per. s engleskog N.V. Hasanova. Moskva: ZAO Tsentrpoligraf, 2005.
7. Irving D. Oružje za odmazdu. Balističke rakete Trećeg Reicha: britansko i njemačko gledište / Per. s engleskog ONI. Lyubovskoy. Moskva: ZAO Tsentrpoligraf, 2005.
8. Dornberger V. Superoružje Trećeg Reicha. 1930-1945 / Per. s engleskog I.E. Polotsk. Moskva: ZAO Tsentrpoligraf, 2004.
9. Kaptsov O..html.
10.http: //www.u-boote.ru/index.html.
11. Burly V.P., Lobashinsky V.A. Torpeda. Moskva: DOSAAF SSSR, 1986 (http://weapons-world.ru/books/item/f00/s00/z0000011/st004.shtml).
12.http: //voenteh.com/podvodnye-lodki/podvodnoe-oruzhie/torpedy-serii-ffv-tp61.html.
13.http: //f1p.ucoz.ru/publ/1-1-0-348.
14..html.
15. Shcherbakov V. Umri za cara // Brother. 2011. br. 6 // http://www.bratishka.ru/archiv/2011/6/2011_6_14.php.
16. Ivanov V.K., Kaškarov A.M., Romasenko E.N., Tolstikov L.A. Turbopumpne jedinice LPRE projektira NPO Energomash // Pretvorba u strojarstvu. 2006. broj 1 (http://www.lpre.de/resources/articles/Energomash2.pdf).
17. "Naprijed, Britanija! .." // http://www.astronaut.ru/bookcase/books/afanasiev3/text/15.htm.
18.http: //www.airbase.ru/modelling/rockets/res/trans/h2o2/whitehead.html.
19.http: //www.mosgird.ru/204/11/002.htm.