Заглянуть в сердце пламени: российские химики синтезировали гибридные вещества для ракетного топлива с необычными параметрами горения

Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева, ИОХ РАН и ИНЭОС РАН синтезировали гибридные энергонасыщенные вещества с высокой термической стабильностью и скоростями горения больше, чем у широко применяемых в промышленности взрывчатых веществ гексогена и октогена. Использование новых соединений в составе твердого ракетного топлива может значительно повысить его эффективность. Результаты работы опубликованы в научном журнале «Combustion and Flame».

Одна из ключевых характеристик твердого ракетного топлива — это скорость его горения, для повышения которой есть несколько способов. Часто используют различные катализаторы горения, но они одновременно снижают энергетические характеристики топлива и поэтому есть другой путь: применение в качестве высокоэнергетических компонентов топлив быстрогорящих веществ. Такие соединения сейчас активно разрабатывают во всём мире, и одними из самых перспективных среди них считаются гибридные азотсодержащие вещества - соединения с несколькими гетероциклами в составе.

Предполагается, что объединение в одной молекуле различных гетероядер может привести к получению новых свойств. Однако, на этом пути тоже есть свои сложности. Обычно скорость горения повышается за счет увеличения реакционной способности вещества: оно быстрее вступает в реакцию и быстрее разлагается с выделением энергии, что одновременно снижает его стабильность. “Энергия азотсодержащих взрывчатых веществ высвобождается при их разложении в волне горения.

Но при увеличении скорости горения вещества может значительно увеличиться их чувствительность к механическим воздействиям (удару или трению), то есть оно станет небезопасным для применения”, - комментирует заведующий кафедрой химии и технологии органических соединений азота РХТУ им. Д.И. Менделеева и один из авторов нового исследования, Валерий Синдицкий. Чтобы обойти эту сложность ученые из РХТУ вместе с коллегами синтезировали серию гибридных веществ, в молекулах которых соединены две энергонасыщенных, то есть выделяющих большое количество энергии при разложении, группы - фуразановая и триазолотетразиновая.

Обе они малочувствительны к внешним воздействиям и малореакционны и в результате исследователи неожиданно получили новые соединения с высокой скоростью горения и одновременно хорошей термической стабильностью. “В этой работе мы преследовали комплексную цель - повысить скорость горения и сохранить безопасность обращения с веществами”, - подытоживает Синдицкий.

Как горят гибриды?

Ученые исследовали процесс горения новых веществ с помощью классической техники изучения взрывчатых веществ: навеска вещества, называемая зарядом, запрессовывается в небольшие прозрачные трубки из оргстекла, а те в свою очередь, помещаются в толстостенный прибор, заполненный азотом. Далее заряд поджигается, а процесс его горения записывается на скоростную видеокамеру через прозрачное окно в приборе. Эти кадры потом анализируются и дополняются другими источниками информации.

Так, в новой работе ключевой техникой стало измерение температуры с помощью тонких термопар - сплавов металлических проволок толщиной в 10 раз меньше человеческого волоса. “С помощью тонких термопар у нас есть возможность определять распределение температуры в волне горения, то есть видеть, как меняется температура от начальной до максимальной температуры пламени в очень узком (несколько мм) слое заряда”, - рассказывает Валерий Синдицкий. “Такой методикой владеют немногие научные группы в мире”.

Оказалось, что объединение в одной молекуле двух гетероциклов приводит к повышению температуры кипения нового соединения, что опосредованно увеличивает скорость его горения, но при этом никак не влияет на реакционную способность и, как следствие, стабильность. Реакция горения этого вещества, равно как и многих других — это совокупность большого числа составляющих реакций, среди которых есть ведущая – та, которая контролирует скорость горения вещества.

Термопарные исследования показали, что для нового гибрида ведущая реакция протекает в расплаве вещества, где поддерживается температура равная температуре кипения. Поэтому ее повышение привело к росту скорости горения вещества и никак не повлияло на стабильность.

Перспективы нового соединения

Скорость горения синтезированных гибридов достигала 40-49 мм/с при давлении 10 МПа, что более, чем в два раза превышает скорость горения распространённых аналогов: например, скорость горения взрывчатого вещества октогена составляет около 20 мм/с.

"Благодаря высоким скоростям горения новые вещества могут найти применение как добавки, регулирующие горение твердых ракетных топлив. Как и другие полиазотистые соединения новые вещества позволяют, не изменяя температуры горения, увеличивать энергетические характеристики порохов, однако высокая скорость горения делает их более конкурентоспособными"- отмечает Синдицкий. "Другой возможный путь применения - газогенераторы, устройства, в которых за счет быстрого выделения газа осуществляется какая-то работа, например, происходит управление движущимся объектом в космосе".
Таким образом, исследование российских ученых не только расширяет современные представления о свойствах высокоэнергетических азотсодержащих соединений, но и открывает путь к их применению в составе твердых ракетных топлив нового поколения, обладающих большей эффективностью и стабильностью.

Работа была выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований №16-29-01026.New-Science

Практически использовать в нашей стране невозможно, если только продать. У нас старые ракеты можно сказать через раз летают, а новых не предвидется. Я лейтенантом на байконур приехал в 95 про Ангару тогда вовсю базарили, я уже на пенсии а Ангара практически так и не летает, страна такая. ни кому все это не нужно

По ходу детям делать нечего и они балуются. Эти все реакции они в условиях на поверхности земли. А в стратосфере как они будут гореть? Да даже на высоте 10-12тыщ.?! Так вот ответ на чем летать дал Глушко. Гептил называется. Правда токсичный жуть но стабильный. Правда кому это надо когда надо осваивать атомные двигатели?!

О запредельной токсичности и вреде экологии - ни слова. В наше время это в первую очередь следует учитывать.

Фигня все это. Скоро на плазме летать будем. Ракетное топливо уйдет в прошлое, как и ракеты.
В 2020 году введут в эксплуатацию новый китайский термоядерный реактор
Российский термоядерный реактор будет запущен в 2020 году
Компактный термоядерный реактор от Lockheed Martin

P.S. На ученую степень не претендую. Все ИМХО. Но будущее мне видится без сгорания топлива.

adamchiks писал(а):

По ходу детям делать нечего и они балуются.

Это точно подмечено!

bigsun09
Это всё термоядерное, конечно, замечательно, но это, во-первых, дело не самого ближайшего будущего, а во-вторых, оно весьма крупногабаритно. А ракеты надо чем-то заправлять уже сейчас. Так что -- пусть изобретают новое улучшенное топливо, пригодится.

cbelkin писал(а):

С питерского военмеха, давно на грантах живут, от BAE Systems, например. Ничего прорывного, у них тоже на сардельку пилят.

Зачем своих сдаёте? Нехорошо предателем быть.

adamchiks писал(а):

По ходу детям делать нечего и они балуются. Эти все реакции они в условиях на поверхности земли. А в стратосфере как они будут гореть? Да даже на высоте 10-12тыщ.?!

школота блин... "твердотопливному двигателю нужна атмосфера..." :шок:

boba88 писал(а):

Очевидно, имелось ввиду окисляется?

старый я стал
вот думал а как же горит порох в стволе?
как мы делали горючие смеси в детстве разного состава вплоть до аммонала)
и только сейчас вспомнил да прочитав что да, окислитель и горючее-топливо в одном флаконе вспомнив наконец состав пороха)

так что да, разлагается

в жидких конечно раздельно иначе долбанет

vovka036 писал(а):

Всё для войны, попугать америкосов и весь мир. Пока остальные на благо человечества изобретают, покоряют космос.

И не говори, вот только сегодня интересную новость читал "Армия США получила первую мобильную РЛС на полупроводниках из нитрида галлия"

Добавлено спустя 3 минуты 18 секунд:

ram108 писал(а):

О запредельной токсичности и вреде экологии - ни слова. В наше время это в первую очередь следует учитывать.

Точняк! Гретта не даст соврать!
ЗЫ "Грета Тунберг станет товарным знаком"

ivansvet писал(а):

Практически использовать в нашей стране невозможно, если только продать. У нас старые ракеты можно сказать через раз летают, а новых не предвидется. Я лейтенантом на байконур приехал в 95 про Ангару тогда вовсю базарили, я уже на пенсии а Ангара практически так и не летает, страна такая. ни кому все это не нужно

Интересно, а с каких это пор у украинцев есть Ангара?

blek2014 писал(а):

adamchiks писал(а):

По ходу детям делать нечего и они балуются. Эти все реакции они в условиях на поверхности земли. А в стратосфере как они будут гореть? Да даже на высоте 10-12тыщ.?!

школота блин... "твердотопливному двигателю нужна атмосфера..." :шок:

ну что поделаешь - если инопланетяне тоже введут у себя ЕГЭ то трындец придёт всем ихним НЛО :смех:

vovka036 писал(а):

Пока остальные на благо человечества изобретают, покоряют космос.

Вы наверно не читали биографии Вернера фон Брауна и Королева.

И интернет, по которому Вы здесь пишете изначально назывался ARPANET и предназначался, кто бы мог подумать, армии США.

trajan40 писал(а):

vovka036 писал(а):

Пока остальные на благо человечества изобретают, покоряют космос.

Вы наверно не читали биографии Вернера фон Брауна и Королева.

Можно было ограничиться выделенным.

MrBAD писал(а):

А где у нас используются твердотопливные ускорители?

Практически все тактические. Стратегические тоже («Тополь», «Ярс» и «Булава»). Стартовые, управляющие для космоса. На «Енисей» хотели ставить, но переиграли.

Если не только у нас: боковые у американской SRB — самые мощные в истории (по тяге) — тоже твёрдотовливные.

Ну наконец то ПЕЛЕТАЕМ!?! лишбы не Бахнула как в прошлый раз.