Зажигание!

[Зомби. Просто Зомби]

Дм. Журко пишет:
Это вам бы вдуматься. Циолковский прямо спорит с предыдущими авторами

Включая Жюль Верна, да?

[Зомби. Просто Зомби]

Дм. Журко пишет:
А теорема Пифагора вовсе не примитивна

В два чертежа.
Так и статья Циолковского - "с интегралами"

[Зомби. Просто Зомби]

Дм. Журко пишет:
Не потому что кто-то удачную статью написал.

Ну, открытие, прям.
Я ж и говорю - исторический процесс.

Но вот вам надо обязательно выбросить из него кого-то, кто не прошел "рассовый контроль".
Его, видите ли, коммунисты хвалили и ж.пу им подтирали.

[Дм. Журко]

Ну вы горазды с собой прилюдно спорить. Да, с Жюль Верном, а пуще, с собой спорил и КЭЦ. Это он аэростат приплёл, наверное. Во всяком случае, других умников не знаю.

Формула Циолковского -- простое следствие закона Ньютона. И я больше не стану об этом спорить с вами. Удовлетворюсь объяснением, что вы не пытались начинать школьный расчёт полёта ракеты. Там эта формула сразу сама и вылазит, без творческих мук.

И о меняющейся скорости развития вы явно не правы. Она всё больше. Это теперь, а не тогда за десятилетие протаскивают фундаментальные открытия в быт. Но когда-то передовыми были пароходы, их быстро освоили и произошёл застой их развития, хотя и не полный. Паровозы и железная дорога в конце XIX в -- передовой край технологий, а уже в XX лишь увлечение мальчиков игрушечными дорогами способствовало пополнению ЖД-энтузиастов.

То же и с авиацией. Не внеё теперь идут самые увлечённые, страстные. И с космонавтикой то же. Зато развивается IT, средства связи. Но некоторые "сидят на быстрой реки" и не замечают течения. Ежегодные чудеса технологии и науки не воспринимаются не так. "То ли дело раньше", ага.

[Salo]

Господа, поясните мне пожалуйста, при чём тут история жидких ракетных топлив?

[Дм. Журко]

Об авиации. Характерное время освоения новой компоновки от замысла до успешного образца -- 30 лет и долее. Если к тому же учесть, что нужен не просто успешный образец, но и успешно внедрённый, полезный для жизни многих. Та было всегда.

[Salo]

Ну сколько можно?

[Дм. Журко]

Salo пишет:
Господа, поясните мне пожалуйста, при чём тут история жидких ракетных топлив?

Хотите продолжить доказывать кому-то, что он идиот или или измерять красоту самолётов? Вы спрашиваете так, будто что-то написали об истории ракетных жидких топлив тут.

[Дм. Журко]

Моё мнение об исходной статье настолько плохо, что я не готов предложить счётное число её проблем. Мусор. В частности, мусор в оценке статьи КЭЦ, что и обсуждается.

[Зомби. Просто Зомби]

Вот ЭТА как раз статья - ПОПУЛЯРНАЯ.
Возможно, хорошая - судя по оценке Циолковского, может быть нет, не знаю.
Не специалист.
По крайней мере читается "с интересом".

[Salo]

Это не статья, а книга в 215 страниц. Пастернака Вы судя по всему не читали, но:

Дм. Журко пишет:
Моё мнение об исходной статье настолько плохо, что я не готов предложить счётное число её проблем. Мусор. В частности, мусор в оценке статьи КЭЦ, что и обсуждается.

[Дм. Журко]

Я читал этот перевод, как всем очевидно. И вовсе не стремлюсь теперь читать остальные сотни страниц.

[hlynin]

Дм. Журко пишет:
Я читал этот перевод, как всем очевидно. И вовсе не стремлюсь теперь читать остальные сотни страниц.

Да никто, вроде бы и не заставляет...

[Старый]

Дм. Журко пишет:
Я читал этот перевод, как всем очевидно. И вовсе не стремлюсь теперь читать остальные сотни страниц.

Вот и слава богу!

[ОАЯ]

Если сейчас на 5 странице появится перевод уважаемого Avmich, то найти в предыдущих страницах и в последующих связанный текст в будущем будет невозможно. Остановить поток невозможно. Но можно попросить автора темы создать еще одну  для цельного текст без перерывов на споры. Например Зажигание 2.

[Старый]

Лучше попросить модераторов удалить флуд.

[hlynin]

Лучше попросить модераторов удалить флуд.

[SFN]

Ignition! An informal_history of liquid rocket propellants by John D Clark

Salo пишет:
Читать:
 http://bookre.org/reader?file=1208367
Скачать:
 http://bookfi.org/dl/1208367/3933de

N пишет:

 http://files.mail.ru/6492D3F33A5C464D89239748FE25549A книга Зажигание! в хранилище (8 Mb)
 http://files.mail.ru/ABDB4A06E3954A088CCA7A847A90DD9A (txt, 540 Kb)
 http://files.mail.ru/273D614514A6422EA0CE198DBDC8830B комплект

avmich пишет:
Как это началось

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

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

Суть статьи может быть изложена в пяти простых утверждениях:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

С этого момента ракетные исследования оплачивались военными и были засекречены. Группа GALCIT потеряла девственность с Малиновским первым взрывом. Теперь она потеряла и свой любительский статус.

[SFN]

avmich пишет:
Пенемюнде и ЛРД

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Тем временем, дома на ранчо -

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

А затем война закончилась и работы немцев вышли на сцену - и всё стало резко усложняться.

[avmich]

Охота на гипергол...

Когда американские следователи приехали в Германию сразу за армиями - а иногда и впереди них - они обнаружили, что немецкие ракетчики были совсем не против сдаться (и получить новую работу) и готовы были немедленно рассказать всё, что они знали. Американцы не только забрали почти всех ведущих учёных - они забрали заодно всё остальное, что попало под руку, включая полные архивы Пенемюнде (которые команда фон Брауна благоразумно спрятала в заброшенной шахте) и все ракеты A-4, собранные или разобранные. И, конечно, молодые американцы с горячей кровью и в сердце соблазном немного стащить освободили каждый миллиграмм гидразин-гидрата и высококонцентрированной перекиси водорода, которые они только могли найти в Германии. Плюс к этому, естественно, специальные алюминиевые цистерны, построенные для перевозки последнего. Всё это незамедлительно было отправлено в Соединённые Штаты.

Эти шаги были очевидны. Следующий шаг - уже нет.

Пара спирт-кислород на вид вполне подходила для ракет дальнего действия, но в Соединённых Штатах не было планов строить такие ракеты. Тонки и Визолы не превосходили особенно моноэтиланилин, или смесь анилин-фурфуриловый спирт, которые были разработаны в США. И в азотной кислоте не было ничего нового. Американцы думали, что они всё о ней знают - как и немцы. Необоснованная эйфория и неуместная самоуверенность - явления международные.

Не было сомнений, что ракетам, управляемым и баллистическим, предстояло стать артиллерией будущего. Вопросом - или одним из вопросов - было найти оптимальную топливную пару для данной или проектируемой ракеты. И поэтому каждый, кто хоть как-то был связан с этой деятельностью, составил свой собственный список всех мыслимых топлив и окислителей и попытался придумать, какие из них выбрать. Леммон, из ЛРД, представил результаты такого всестороннего обзора Флоту весной 1945 года, а в течение следующих нескольких лет появились с полдюжины других обзоров, сделанных Норт Америкен Авиэйшен, РМИ, Корпорацией Рэнд, фирмой М.У.Келлог и другими. Каждый обзор включал характеристики каждого компонента, или предлагаемого компонента, которые только пришли в голову составителю обзора, и добавлял результаты дюжин кропотливых расчётов эффективности. Никого из тех, кто хоть как-то был знаком с химией, не удивляло, что все приходили к одинаковым результатам.

Результаты делились на две группы. Первые относились к баллистическим ракетам дальнего действия, или ракетам, предназначенным для выведения спутников. (Ещё в 1946 году и ВВС и Флот проводили серьёзные изыскания по проблеме запуска искуственного спутника Земли.) Для такого применения можно было использовать криогенику (вещества, которые нельзя было получить в жидкой форме иначе как при очень низких температурах). И тут каждый был согласен, что:

1. Оптимальный окислитель - это жидкий кислород. ("Фтор был бы неплох, но у него слишком мала плотность, и он - сущий ад в работе.")

2. Если гнаться за эффективностью, то лучше жидкого водорода не найти. (Но он очень сложен в работе, и труднодоступен, и плотность настолько низка, что баки придётся делать огромными.) Помимо водорода, особой разницы не было. Спирт, бензин, керосин - все они могли работать вполне прилично, и с ними можно было иметь дело. ("Но, может быть, кто-нибудь придумает что-нибудь насчёт вещей типа диборана и пентаборана?" Их эффективность, согласно расчётам, была весьма впечатляющей. "Конечно, это редкости, и дорогие, к тому же ядовитые, но - ?")

Вторая группа выводов - или их отсутствия - касалась вещей типа JATO и тактических ракет ближнего действия, которым нужны были долгохранимые компоненты. Здесь выводы были менее однозначны.

1. Доступными окислителями были азотная кислота, перекись водорода (как только можно будет запустить производство её в Соединённых Штатах) и азотный тетроксид. (Но N2O4 и 90-процентная перекись водорода оба замерзали при -11 C, и что если вдруг придёт в голову вести войну, скажем, в феврале в Сибири, или в стратосфере - ?) Похоже было на то, что азотная кислота, в одном из своих вариантов, была наиболее подходящим кандидатом. ("Конечно, если бы удалось снизить точку замерзания двух других как-нибудь - ? И что там насчёт всяких странностей, вроде CIF3 - ?")

2. Выводы были куда менее определённы, когда дело касалось долгохранимых топлив. За несколькими исключениями ни у одного из топлив не было преимущества в эффективности перед другими. Решения приходилось принимать по вторичных характеристикам: доступности, скорости самовоспламенения, устойчивости горения, токсичности и так далее. Одним важным исключением был гидразин. (Не гидразин-гидрат, который использовали немцы, а его безводная версия N2H4. Дейв Хоровиц, из РМИ, испытал гидразин с кислородом в 1950 году, но я не слышал ни о каких других экспериментах, по крайней мере в этой стране, в которых его бы использовали. Почти весь гидразин-гидрат, захваченный в Германии, был конвертирован в безводную форму перед тем, как раздать его для испытаний. Одним из методов конверсии состоял в пропускании гидрата через окись бария с последующей дистилляцией над безводным гидразином при пониженном давлении.) Гидразин был самовоспламеняющимся с предлагаемыми окислителями, имел высокую плотность для топлива (1,004) и его эффективность была определённо выше, чем у других предлагаемых топлив. Но - его точка замерзания была на 1,5 C выше, чем у воды! И стоил он почти двадцать долларов за фунт. Поэтому очевидно нужно было сделать две вещи - снизить цену гидразина и каким-то образом понизить температуру замерзания. (И опять-таки появлялась эта дикая мысль о пентаборане - ?)

В одном все соглашались. Никто не собирался мириться с комбинацией анилин-КДАК на секунду дольше, чем было необходимо. Кислота приводила к такой коррозии чего угодно, из чего можно было бы попробовать сделать топливные баки, что приходилось загружать её в ракету прямо перед запуском, что означало работать с ней в полевых условиях. И при переливании она испускала плотные облака очень ядовитого NO2, и сама жидкость производила опасные и чрезвычайно болезненные раны при прикосновении к коже. И... но азотная кислота, и усилия по её приручению, заслуживают - и получат - отдельную собственную главу.

Анилин был почти так же плох, но несколько более скрытен в своём действии. Если человека щедро им облить, и тут же не смыть, человек обычно становится пурпурным, затем синим и может умереть от цианоза в течение минут. Понятно, что комбинация не была популярной, и слышны были призывы найти что-нибудь другое, которое было, как минимум, не таким ядовитым и таким безнадёжным в работе.

Каплан и Борден в ЛРД предложили один вариант в начале 1946 года. Предложение состояло в БДАК и чистом фурфуриловом спирте. Фурфуриловый спирт был примерно так же безопасен, как можно было ожидать от любого топлива, а БДАК, хотя и была настолько же корродирующей, как КДАК и так же вредной для человека, по крайней мере не испускала этих облаков NO2. Они испытали комбинацию в двигателе ВАК Корпорал, сравнили её с комбинацией 20 процентов фурфурилового спирта, 80 процентов анилиновой смеси и КДАК и не обнаружили измеримой разницы в эффективности двух систем. (ВАК Корпорал предлагался как высотная ракета, "младшая сестра" для "Корпорала" с тягой 20 000 фунтов, которая тогда разрабатывалась. Он был предшественником Аэробии.) И к тому же они обнаружили, что зажигание происходит быстро и устойчиво, и гораздо более терпимо к количеству воды в кислоте, чем комбинация Корпорала.

Примерно в это же время РМИ проводила похожие эксперименты. Все они использовали двигатель Ларк на 220 фунтов тяги, и сравнение проводилось со стандартной его комбинацией, моноэтиланилин со смесью кислот. Они использовали три топлива - 80-октановый бензин, фурфуриловый спирт и скипидар, и три типа азотнокислого окислителя - смесь кислот, БДАК и РДАК, содержащую 15% N2O4* (Довольно интересно, что первая ступень Диаманта, которая вывела первый французский спутник, работает на скипидаре и КДАК.) Они использовали стартовую порцию воспламенителя при работе с бензином и довольно неожиданно получили хорошие результаты со всеми тремя кислотами. Фурфуриловый спирт плохо работал со смесью кислот. Комбинация дымила, капризничала, и и реакция серной кислоты, содержащейся в смеси MA, со спиртом производила странный набор смол, саж и резин, которые весьма забивали мотор. Зато фурфуриловый спирт отлично вёл себя с КДАК и РДАК, имея куда более ровное зажигание, чем эталонное топливо. Скипидар давал жёсткий старт с КДАК и РДАК, но с MA стартовал как пожарный шланг. Так что это была одна из предпочитаемых комбинаций. Другой была пара фурфуриловый спирти БДАК (РДАК работала чуть лучше, но эти выделения NO2!), хотя чистый фурфуриловый спирт замерзает при -31 C - несколько высоковато для спокойной совести.

Много других топлив было испытано в поздние 40-е и ранние 50-е. В ЛРД исследовали смеси анилина с этанолом и с изопропанолом и сжигали их с КДАК. Аммиак поджигали (с КДАК) уже в 1949 году, а в следующем году Коль и Фишер подожгли его с N2O4. Фирма М.У.Келлог поджигала его с БДАК, и к 1951 году Р. Дж. Томсон из этой фирмы бил в барабаны, убеждая всех, что это наилучшая комбинация для всех применений. Реактивные Моторы экспериментировала со смесями аммиака и метиламина (чтобы снизить давление паров аммиака) и показала, что добавка 1,5 процентов декаборана делает аммиак самовоспламеняющимся с БДАК; в то же время корпорация Бендикс в 1953 году показала, что можно добиться того же эффекта, просто пропуская аммиак через проволоку из лития чуть выше форсунки.

ЛРД испытывал всякие причудливые топлива с КДАК, такие как фурфурал и два метилированных и частично восстановленных пиридина, тетрапир и пентаприм. Цель этих испытаний была не вполне ясна, как и того, зачем РМИ пыталась поджечь циклооктатетраен с БДАК. Это топливо было не только дорогим и труднодоставаемым, но и имело очень высокую точку замерзания, и не было в нём ничего особенного, что бы позволило его рекомендовать. И такой же странной должна была быть причина, почему Военно-морская Испытательная Станция Воздушных Ракет пыталась испытать оксид этилена с БДАК. Конечно, подход Эдисона имеет свои плюсы, но он может и разорить. Одна из самых странных исследованных комбинаций была испытана в РМИ, которые сожгли d-лимонел в БДАК. d-лимонел - терпен, который можно выделить из кожуры плодов цитруса, и во время прожигов вся испытательная площадка была пропитана приятным запахом лимонов. Контраст с запахами большинства других ракетных топлив делает это событие ещё больше стоящим упоминания.

Уже давно для каждого стало ясно, что испытывать топливную комбинацию, пытаясь поджечь её в ракетном двигателе - не самый лучший способ для выяснения, насколько хорошо она самовоспламеняется - и насколько быстро. По самой природе исследований большинство испытаний будут неудачными, и больше комбинаций будет зажигаться медленно, чем быстро. А когда результатом каждой задержки воспламенения выходит взорванный двигатель, то программа исследований может стать немного унылой и более чем немного дорогой. Поэтому начальные испытания переехали с испытательных полигонов в лаборатории, по мере того как разные агентства строили себе измерители задержки воспламенения того или иного рода. Большинство этих устройств предназначались не только для определения гипергольности комбинации, но также и для измерения задержки воспламенения, если таковое случится. Их схемы весьма различались, и конструкции ограничивались только воображением исследователя. Самый простой измеритель состоял из глазной пипетки, маленькой мензурки и тщательно откалиброванного глаза исследователя - а самый сложный практически был небольшим ракетным двигателем. И кроме того, были всевозможные приборы между этими крайностями. Один из сложных вариантов был разработан моим непосредственным начальником, Полем Терлиззи, в ВИСВР. Он хотел получить высокоскоростные фильмы из (теневых) диаграмм Шлирена для процесса зажигания. (Какую информацию он собирался из них получить, в то время до меня не дошло - и не дошло до сих пор.)* (Неизлечимый изобретатель сокращений, он называл его "STIDA" - "АЗВШТ", Аппарат для измерения Задержки Воспламенения Шлиреновского Типа.) В аппарат входила небольшая камера зажигания, с высокоскоростными вентилями и форсунками для исследуемых компонентов. Окуляры, высокоскоростная камера Фастекс, около сорока фунтов линз, призм ивсякого добра, в большинстве своём извлечённого из перископов немецких подлодок, дополняли установку. Доктор Милтон Шиир (дядя Милти) работал неделями над установкой, выравнивая и фокусируя оптику.

Настал день первого испытания. Компонентами были гидразин и БДАК. Мы все собрались вокруг, ожидая стартового сигнала, когда дядя Милти предупредил - "Стоп - кислотный вентиль протекает!"

"Ничего страшного - запускай всё равно!" - приказал Поль.

Я посмотрел вокруг и подал сигнал моим подопечным, и мы начали медленно отступать в сторону, как кошки с влажными лапами. Говард Стрейм открыл было рот, чтобы протестовать, но, как он сказал позже, "Я увидел эту хищную ухмылку на лице Дока и закрыл рот обратно," и кто-то нажал кнопку. Вспыхнул язычок жёлтого пламени, затем ослепительная бело-голубая вспышка и раздался оглушительный треск. Крышка камеры пробила потолок (мы нашли её на чердаке через несколько недель), окуляры исчезли и сорок фунтов высококачественного оптического стекла превратилось в тонкий порошок быстрее, чем я мог моргнуть.

Я зажал руками рот и вылетел из лаборатории, чтобы упасть на газон и до колик обхохотаться. Поль тоже выскочил. Когда через несколько часов я, шатаясь, вполз в лабораторию, я обнаружил, что моя команда отпилила, вынесла из лаборатории и тщательно потеряла примерно четырёхфутовый кусок из середины стола, на котором располагалась установка, чтобы полевская АЗВШТ никогда, никогда не могла быть восстановлена, по крайней мере в нашей лаборатории.

У других агентств были свои проблемы с системами измерения задержки зажигания, и хотя их опыт уступал нашему, со временем и они начали выдавать результаты. Не вызывает особого удивления то, что результаты не вполне сходились, и с 1945 по 1955 год было сложно найти период, в который бы не было какой-нибудь совместной программы по измерению задержки зажигания, в то время как лаборатории пытались сопоставить результаты. Одной и проблем было то, что в разных испытаниях исследователи смешивали два компонента с существенно разной скоростью и эффективностью. Другая проблема была в том, что разные исследователи использовали разные критерии воспламенения. Можно в качестве воспламенения взять момент появления пламени (регистрируемое фотодатчиком или измерителем ионизации или высокоскоростной камерой), а можно, в установке с небольшим двигателем, считать таковым момент, когда двигатель выходил на полную тягу или на полное давление в камере.

Но хотя разные исследователи нечасто соглашались в конкретных числах, они обычно ранжировали топливные пары в одинаковом порядке. Они редко соглашались в числе миллисекунд, требуемых для топливной пары A, чтобы загореться, но обычно полностью сходились в том, что это было чертовски быстрее, чем для комбинации B.

Чего хватало для многих применений. В конце концов, все знали, что БДАК и фурфуриловый спирт вспыхивают достаточно быстро для практических применений, и, конечно, если какая-то комбинация оказывается при испытании относительно более быстрой, то обычно её стоит проверить и в двигателе.

В этой области работало много лабораторий, но ранними исследователями в этой области были Дон Гриффин из JPL и Лу Рэпп из РМИ. Первая из этих организация - что было естественным, потому что Корпорал был их детищем - провела большую работу с комбинацией анилин-фурфуриловый спирт, и в 1948 году определила, что смесь с самым быстрым зажиганием содержит 60 процентов спирта и 40 - анилина. Это было довольно близко к эвтектике, 49 процентов ФС и 51 - анилина (точка плавления - -43 C), и топливо для Корпорала (ракета ещё была в стадии разработки) заменили с 20 процентов ФС на смесь 50/50.

Кроме того, они подтвердили самовоспламеняемость фурановых соединений и ароматических аминов с азотной кислотой, и показали, что во втором случае добавка N2O4 улучшает процесс. И они показали, что амины, в частности, третичные, и ненасыщенные соединения обычно самовоспламенялись, в то время как алифатические спирты и насыщенные компоненты - обычно нет. Большинство работ было проведено с азотной кислотой, но значительная часть, начиная с 1948 года, делалась с N2O4, чья природа самовоспламенения обычно напоминала таковую у кислоты.

Реактивные Моторы исследовали самовоспламеняемость похожих веществ, а также таких вещей как фураны, виниловые и аллиловые амины и полиацетиленовые соединения, такие, как ди-пропаргил, со структурой молекулы (без водорода) C#C-C-C-C#C. И они обнаружили, что многие силаны самовоспламенялись с кислотой. Техасский университет в 1948 году тоже исследовал их и показал, что добавка 30 процентов тетрааллилсилана в бензин делает его самовоспламеняющимся. Техасский университет исследовал также цинковые алкилы, как и Зангер шестнадцатью годами ранее.

Стандард Ойл в Калифорнии стала первой нефтяной компанией, занявшейся исследованиями ракетных топлив всерьёз, когда Майк Пино, из исследовательского центра компании, Калифорния Рисёч, начал измерения задержки воспламенения осенью 1948 года.

Поначалу его работа была похожа на работы других исследователей, когда он продемонстрировал быстрое зажигание с диеновыми веществами, семейством ацетиленовых и аллиловыми аминами. (Несколько лет спустя, в 1954 году, Лу Рэпп собрал результаты ранних работ по измерению задержки зажигания и попытался сделать некоторые обобщения. Основным выводом было то, что зажигание углеводорода или спирта включала реакцию кислоты с двойной или тройной связью, а если такой не было, то её нужно было создать до того, как зажигание могло произойти. Позже, в рассказе об азотной кислоте, правдоподобие этого заявления будет рассмотрено.)

Но затем Пино, в 1949 году, сделал открытие, которое вполне можно охарактеризовать как революционное. Он обнаружил, что бутиловый меркаптан очень быстро самовоспламенялся со смесью кислот. Это, конечно, обрадовало Стандард Ойл, чья нефть до обработки содержала большой процент меркаптанов и сульфидов, которые нужно было удалять, чтобы их бензин можно было поставлять в приличное общество. Поэтому у них скапливались бочки за бочками смеси бутиловых меркаптанов, которым они никак не могли придумать применение. Если бы их можно было продать как ракетное топливо - жизнь была бы просто прекрасна.

Ну, у этого было пара преимуществ, или, может быть, тройка. Вещество самовоспламенялось со смесью кислот, и имело довольно высокую плотность для топлива. И оно не вызывало коррозии. Но эффективность была ниже, чем у обычного углеводорода, а запах - ! О, запах заставлял принимать его во внимание. Сильный, проникающий и распространяющийся везде, напоминающий струю разозлённого скунса, однако превосходящий, и намного, любые сравнения с самыми активными примерами "миазмов вонючих". Он к тому же приставал к одежде и коже. Ракетчики, однако, крепкие орешки, и вещества должным образом - и успешно - прожигались, хотя ходили слухи, что некоторые ракетные механики потеряли свои места в служебных авто и должны были бежать сзади. Десять лет спустя его подожгли в Военно-морской Испытательной Станции Воздушних Ракет - ВИСВР - запах был заметен вокруг районов испытаний. (И в ВИСВР, больше из-за рвения, чем из здравого смысла, я даже разработал анализ для него!)

У Калифорнии Рисёч была роскошная лаборатория в Ричмонде, в районе залива Сан-Франциско, и там как раз Пино начал свои исследования. Но когда он начал работать над меркаптанами, его с его командой изгнали в деревянный сарай в глухом углу, не меньше чем в двухстах ярдах от главного здания. Не унывая и не смущаясь, он продолжил свои шумные изыскания, но тут стоит особенно подчеркнуть, что основной подход изменился. Следующие его кандидаты были не продуктами нефтеобработки и не веществами, доступными коммерчески. Они были синтезированы его командой, особенно топлива. Здесь, в самом начале 50-х, химики начали забирать работу инженеров, синтезируя новые топлива (которые часто были совершенно новыми соединениями) на заказ, вместо того, чтобы довольствоваться имеющимися в наличии.

Так или иначе, он исследовал этилмеркаптан ацетальдегида и этилмеркаптол ацетона, со структурой

Код Выделить Развернуть


                      C
                      |
C-C-S-C-S-C-C и C-C-S-C-S-C-C
      |               |
      C               C
 соответственно. Запах этих веществ не столько напоминал скунса, скорее чеснок, концентрированное воплощение всех задних дверей всех плохих греческих ресторанов во всём мире. И наконец, он превзошёл самого себя, синтезировав нечто, что имело диметиламиновую группу, присоединённую к меркаптановой сере, и чей запах не может быть никак описан, используя всю выразительную мощь английского языка. Оно также привлекало мух. Это было уже чересчур, даже для Пино и его бессмертной команды, и они спрятали его в яме, ещё на двести ярдов дальше в болота. Несколько месяцев спустя, под покровом ночи, они тайно погрузили его на дно залива Фан-Франциско.

Чтобы объяснить появление следующей группы исследователей в области горючего, нужно отступить на шаг и рассказать вот о чём. С самого начала военные невзлюбили те топлива, которыми исследователи снабжали их, не только из-за явных недостатков этих топлив, но и из-за того, что они не были бензином. У военных уже был бензин, и они использовали его в огромных количествах - так почему же они теперь должны мучаться с чем-то ещё? Но как мы уже видели, бензин - плохое топливо для сжигания с азотной кислотой, и военным приходилось с этим примириться. Что они с бурчанием и сделали. но на протяжении всех 40-х и начала 50-х Флот и ВВС были по уши заняты переходом с поршневых двигателей на турбореактивные. И они начали закупать авиационное топливо вместо бензина, и всё началось сначала. Они требовали от разработчиков ракет делать так, чтобы эти ракеты заправлялись авиационным топливом.

Теперь, что такое авиационное топливо? Смотря какое. Реактивный двигатель довольно неразборчив в еде, и может работать - или его можно заставить работать - на практически всём, что горит и может течь, от угольной пыли до водорода. Но военные, в процессе разработки спецификаций того, какое авиационное топливо они хотели покупать, решили, что самыми важными условиями должны быть доступность и лугкость в обращении. Поэтому, так как нефть была самым доступным источником тепловой энергии в стране, и поскольку они работали с нефтепродуктами многие годы, и знали о нефти всё, военные решили, что авиационное топливо должно быть производным нефти - неким видом керосина.

Первое топливо, на которое они выдали требования, было JP-1, довольно узкая фракция керосина с высоким содержанием парафинов. Нефтяные компании напомнили, что немногие нефтеперерабатывающие заводы в стране могли производить такой продукт, учитывая имеющееся оборудование и качество сырья, и поставки поэтому могут быть несколько ограничены. Поэтому следующая спецификация, названная JP-3 (JP-2 была экспериментальным топливом, которое нигде не применялось), была весьма либеральной, с широкой фракцией (диапазоном температур дистилляции) и с настолько широкими допусками по олефинам и ароматическим соединениям, что любой НПЗ, превосходящий уровнем самогонщика из Кентукки, мог преобразовать в это топливо как минимум половину любой сырой нефти. На этот раз они зашли слишкмо далеко, разрешив настолько много низкокипящих компонентов, что большая часть топлива реактивного самолёта выкипала при полёте на большой высоте. Тогда фракция была сужена для устранения этой проблемы, но допуски по ароматическим веществам и олефинам (соответственно 25 и 5 процентов) снижены не были. Результатом стало JP-4, имеющее почти самую легко достижимую спецификацию со времён Угольно-Нефтяного Джонни Рокфеллера Первого. Оно является стандартом НАТО, и стандартным топливом всего от Боинга 707 до F-111. (С тех пор появились JP-5 и 6, но не заменили JP-4. И RP-1 - это совсем другая история, которая будет рассказана позже).

Но попытки сжечь JP-3 или JP-4 в ракетном двигателе с азотной кислотой были печальны. Для начала, поскольку спецификации были тем, чем они были, любые две бочки этого топлива различались свойствами. (Реактивный двигатель не очень заботится о форме молекул, которые он сжигает, если они выдают нужное количество Британских Тепловых Единиц на фунт, но ракетный двигатель на азотной кислоте более разборчив.) Топливо не самовоспламенялось с кислотой, зато реагировало с ней, производя разнообразные смолы, слизи, соединения странных цветов и загадочного состава - и много проблем. И если удавалось его поджечь - например, используя стартовую воспламеняющую порцию - иногда всё шло хорошо, но обычно - увы. Это опять были мучения с кислотой и бензином - кашляющий, задыхающийся, визжащий двигатель, который обычно ухитрялся разорваться, и довести инженеров до проклятий. Всё было перепробовано, чтобы заставить его гореть устойчиво, от катализаторов в кислоте и вплоть до вуду. Самый безумный приём, о котором я слышал, проделали в Белл Аэронавтик. У кого-то возникла блестящая мысль, что звуковые колебания ракетного двигателя могут способствовать сгоранию. Он записал на ленту звуки работающего двигателя и проигрывал её при взаимодействии компонентов, в надежде, что их удастся утрясти - или устыдить - до ровного горения. (Почему бы и нет? Он уже испробовал всё остальное!) Но увы, это тоже не сработало. Очевидно, JP был совершенно неподходящим для применения в ракетном деле.

Вот с таким опытом Флот объявил о программе "Ракетные Топлива Получаемые из Нефти" весной 1951 года, хотя она так и не называлась официально до следующего года. Если уж не удавалось заставить работать JP, может быть, удалось бы сделать (для разнообразия, недорого) из нефти нечто другое, что работать могло бы. Или нечто, что, как надеялись, можно было смешать с JP и заставить последнее гореть ровно в разумном диапазоне соотношений.

Название у программы было обманчивым. "Получаемые" - слово растяжимое, и есть сомнения, что высокие чины в Бюро Аэронавтики понимали, что они санкционировали. Но химики, непосредственно работающие в ракетной отрасли, прекрасно знали, что хороший химик, имея немного времени и денег, может получить из нефти любую органику, вплоть до РНК, если захочет. По сути, подрядчикам сказали: "Вперёд, Мак - давай посмотрим, что ты можешь изобрести. И если оно как-то работает, мы найдём способ сделать его из нефти - уж как-нибудь!"

С фирмой Калифорния Рисёч объединяли усилия подрядчики из компаний Шелл Девелопмент, Стандард Ойл Индианы, Филипс Петролеум, а также из Инженерно-химического департамента университета Нью-Йорка (NYU). И на протяжение следующих двух или трёх лет непрерывно работали над проектом по задержке зажигания. Каждая лаборатория, изобретавшая новую присадку для самовоспламенения, отправляла образцы всем остальным, которые смешивали их со стандартными несамовоспламеняющимися топливами и измеряли задержку воспламенения смесей. Обычно стандартными несамовоспламеняющимися топливами были толуен и n-гептан, хотя NYU, видимо, для того, чтобы подчеркнуть свою академичность и непредвзятость, использовал бензол и n-гексан. (JP особо не использовался в качестве эталонного топлива, поскольку никакие два образца его не были одинаковыми.)

Что касается топлив и присадок, которые они синтезировали, Шелл и NYU сосредоточились на ацетиленовых соединениях, а Филипс уделил серьёзное внимание аминам. Стандарт Индианы, однако, поступил неординарно. По-видимому, завидуя достижениям сёстринской компании в Калифорнии и стремясь превзойти их, они пошли дальше, чем всего лишь серные соединения, и подробно прорабатывали соединения фосфора. Они исследовали разнородные замещённые фосфины, от триметилфосфина через бутил- и октилфосфины к монохлоро(диметиламино)фосфинау, и наконец успешно дошли до алкил тритиофосфитов, с общей формулой (RS)3P, где R мог быть метилом, этилом или чем угодно. Веществом, удостоенным их наибольшего внимания, было "смешанные алкил тритиофосфиты", которое было в основном смесью этиловых и метиловых соединений. Положительные качества были такими же, как у меркаптанов - самовоспламеняемость, хорошая плотность, отсутствие проблем с коррозией - но отрицательные были тоже такими же, как у меркаптанов - крайне неудобыми. Эффективность была несколько ниже, чем у меркаптанов, а запах, хотя и не такой сильный, как у созданий Пино, но был всё же совершенно и необъяснимо гнусным. Более того, их структура была слишком подозрительно напоминающей таковую у агентов G, или "нервных газов", или каких-нибудь инсектицидов, которые так встревожили Ричарда Карлсона. Эта тревога была оправдана. Когда некоторые алкилтиофосфиты испытали на стенде в ВИСВР, два механика попали в больницу, после чего эти вещества были изгнаны из организации. Стандард Индианы исследовал их с остервенением, и даже была проведена конференция, посвящённая им, в марте 1953 года, но всё же они, как и меркаптаны, так и не смогли вызвать энтузиазм потенциальных пользователей. Теперь оба эти типа топлив - всего лишь след в памяти.

Идея работы с ацетиленовыми соединениями была достаточно очевидной. Было продемонстрировано (Лу Рэппом и Майком Пино, среди прочих), что двойные и тройные связи способствовали самовоспламенению, и было разумно ожидать, что они могли бы способствовать ровному горению, хотя бы тем, что молекулы топлива имели слабую точку, где могло начаться окисление. Более того, родоначальница семейства, молекула ацетилена, всегда была надеждой исследователей в этой области. Запас энергии, сосредоточенный в тройной связи, должен приводить к высокой эффективности,  хотя низкий процент водорода может давать противоположный эффект. (Смотри главу об эффективности.) Но чистый сжиженный ацетилен был слишком опасен для работы - имея плачевную привычку детонировать без предупреждения и без особой причины. Возможно, какие-то производные могли бы иметь темперамент помягче. И была ещё одна причина для рассмотрения ацетиленовых соединений.

В начале 50-х много людей рассматривали двигатели всякой необычной, чтобы не сказать странной, термодинамики. Среди них был прямоточная ракета. Это ракета, обычно работающая на однокомпонентном топливе, поставленная внутрь прямоточного воздушно-реактивного двигателя. ПВРД не будет работать иначе как при высокой скорости потока, поэтому его нужно было разогнать до рабочего режима ракетой или ещё как-нибудь. Если внутренний ракетный двигатель мог бы разогнать систему до нужной скорости, и при этом выхлоп ракеты был бы воспламеняемым и мог бы работать как толиво для ПВРД - о, тогда можно было бы построить крылатую ракету, которой был бы не нужен ускоритель, и у которой потребление топлива было бы ниже, чем у обычной ракеты. Скажем, ты сжигаешь пропин, или метилацетилен, в однокомпонентной ракете, и имеешь в качестве продуктов сгорания в основном метан и тонкодисперсный углерод. Тогда метан и углерод можно сжигать в воздухе в ПВРД, получая воду и углекислый газ, и имея преимущества обоих миров. (Оксид этилена, C2H4O, у которого основными продуктами разложения являются метан и угарный газ, тоже рассматривался для такого цикла.) Таким образом, ацетиленовые соединения выглядели привлекательно для прямоточной ракеты.

И наконец, вещества ацетиленовой группы довольно просто делать из нефтяного сырья, крекингом и частичным окислением. Подходы NYU и Шелла к ацетиленовой проблеме были совершенно разными. NYU испытывал дюжины веществ из семейства, а Шелл сосредоточился на всего двух, и занимался поиском присадок, которые сделали бы из них полезные топлива. Одно вещество из двух было 1,6-гептадиен, со скелетной структурой C#C-C-C-C-C#C. А второе - 2-метил-1-бутен-3-ин, также известное как изопропениловый ацетилен, или метил-винил-ацетилен, со скелетной структурой

Код Выделить Развернуть


  C
  |
C=C-C#CОдин из источников путаницы в истории ацетиленовых соединениы - это разнообразие систем, по которым их именуют!

Первые присадки, которые они детально исследовали, были метиловыми производными фосфорного триамида, P(NH2)3, с метиловыми группами, заменяющими от трёх до шести атомов водорода. Это работало, но для хорошего зажигания нужно было так много этой присадки, что она становилась крупным составным веществом смеси, и даже при этом обычным делом были взрывы при зажигании.

Затем они испытали производное от 1,2,3-диоксафосфолана,

Код Выделить Развернуть


   1O
  /  \
5C    2P
 |     |
4C----3O и, наконечно, остановились на 2-диметиламино-4-метил-1,3,2-диоксафосфолане, который обычно, к счастью, называли "Эталонным топливом 208". Опять-таки, как присадка оно особого успеха не имело, но взятое само по себе оно было одним из самых быстрых самовоспламеняющихся топлив когда-либо виденных. Оно не было особенно токсичным, и могло бы быть вполне приличным основным топливом, но до того, как с ним как следует удалось поработать, определённые события сделали его устаревшим. Теперь оно практически забыто.

Между 1951 и 1955 годами Хаппел и Марсел в NYU изготовили и охарактеризовали около пятидесяти веществ ацетиленовой группы: углеводороды, спирты, эфиры, амины и нитрилы. Вещества различались по сложности от пропина, или метилацетилена, C-C#C, до таких веществ, как диметилдивинилдиацетилен

Код Выделить Развернуть


  C         C
  |         |
C=C-C#C-C#C-C=C аж с целыми четырьмя множественными связями. Кульминация ненасыщенности была достигнута с бутин ди-нитрилом, или дицианоацетиленом, N#C-C#C-C#N, который вообще не имел водорода, но зато включал целых три тройных связи. Как топливо он был бесполезен - он, например, был нестоек, а точка замерзания была слишком высокой - но у него был способ прославиться. Сжигая его с озоном в лабораторном эксперименте, профессор Гросс университета Темпль (который всегда любил ходить по краю) получил температуру равновесного процесса примерно 6000 K, равную температуре поверхности Солнца.

Многие, если не все вещества ацетиленовой группы плохо хранились, имея тенденцию превращаться в смолы или гели при долгой неподвижности. Они также норовили сформировать взрывоопасные перекиси при контакте с атмосферой. Многие из них были чувствительны к удару, и могли разложиться со взрывом почти - или совсем - без провокаций. Вещества типа дивинилдиацетилена вполне можно было описать как мины замедленного действия. Хотя некоторые из них успешно прожигались в двигателях (РМИ сжигала пропин, метилминилацетилен, метилдивинилацетилен и диметилдивинилацетилен, все - с кислородом), они оказались негодны для работы с азотной кислотой. Обычно они взрывались при контакте с окислителем, и это могли подтвердить - и подтверждали - некоторые владельцы куч хлама, который изначально был оборудованием для измерения задержки воспламенения.

Но некоторые из этих веществ демонстрировали потенциал как однокомпонентные топлива и как присадки, и к 1955 году Эйр Редакшн Ко., фирма, занявшаяся такими исследованиями в середине 1953 года, выпускала коммерчески пропин, метилвинилацетилен и диметилдивинилацетилен.

Некоторые из них были отличными присадками к JP-4. К августу 1953 года РМИ показала, что добавка всего 10 процентов метилвинилацетилена к JP-4 обеспечивала ровное горение с КДАК в широком диапазоне массовых отношений компонентов, и здорово улучшала зажигание. При использовании самовоспламеняющейся порции стартового горючего переход к рабочему топливу был ровным и без всяких приключений, да и к тому же зажигание можно было достичь с использованием порохового заряда, или вовсе без стартовой порции. У некоторых других тоже достигались похожие эффекты, но к тому времени, как это стало ясно, ацетиленовые вещества уже стали историей, и отрабатывались только для того, чтобы быть заброшенными.

Гомер Фокс и Говард Бост вели аминовую программу в Филипс Петролеум. Амины относятся к нефти весьма опосредованно, но они всё же использовались как топлива в течение некоторого времени (триэтиламин использовался в Тонке) и выглядели неплохо, хотя для использования как топливо их никто систематически не исследовал. Этим и собрался заняться Филипс, и исследовал амины в самых разнообразных вариациях. Первичные, вторичные и трет