Химикам, специалистам по топливам, конечно, были хорошо известны все возможности известных тогда топлив для ускорителей. Главной их проблемой в этом деле было не столько отыскание собственно горючего, то есть сжигаемого вещества, сколько подбор окислителя — вещества, дающего необходимый для горения кислород. Все известные в ту пору твердые окислители делились на две группы, в каждой из которых имелось большое количество веществ, отличавшихся своими преимуществами и недостатками.
К первой группе относились нитраты, из которых больше всего в пиротехнической практике был известен нитрат калия (КМО3). Почти 40% его веса составляет кислород, выделяющийся при сгорании. Однако продукты сгорания с этим окислителем состоят главным образом из дымов, что создает при работе с ним большие трудности. Следующим в этой группе был нитрат натрия (NаNО3), который выделяет еще больше кислорода (около 47%), но также дает много дыма и, кроме того, имеет еще ряд недостатков. Третий окислитель, нитрат аммония (NH4NO3), не образует при сгорании никаких твердых продуктов, но выделяет всего лишь 20% кислорода, так как часть кислорода уходит на соединение с водородом той же молекулы. Помимо этого, при большом увеличении температуры (выше 32° С) сильно изменяется объем нитрата аммония, что представляется небезопасным[20].
Вторая группа включала в себя перхлораты. На первый взгляд эти вещества кажутся более эффективными, чем нитраты, так как выделяют в среднем более 50% (по весу) кислорода. Так, перхлорат магния (MgCl04) выделяет 57,2% кислорода. Но химики отвергли это вещество из-за его чрезвычайно высокой гигроскопичности. Следующим по количеству выделяемого кислорода (52%) является перхлорат натрия (NaCl04), тоже весьма гигроскопичное соединение, которое при горении выбрасывает твердое вещество — поваренную соль. Еще один окислитель этой группы, перхлорат калия (KClO4), дает почти 46% кислорода, но так же, как и перхлорат натрия, образует твердый остаток—хлористый калий (КСl). Последний в группе—перхлорат аммония (NH4Cl04); он высвобождает до 34% кислорода, не изменяет объема, как нитрат аммония, и не выбрасывает с продуктами сгорания никаких твердых веществ. Но одним из продуктов сгорания перхлората аммония является хлористый водород (НСl) — крайне токсичное и весьма активное вещество, которое в сыром воздухе образует туман.
Из всех перечисленных окислителей только перхлорат калия может быть использован в ракетном двигателе, и он действительно был применен в качестве топливного компонента Гуггенхеймской авиационной лабораторией Калифорнийского института технологии (сокращенно GALCIT)[21].
Однако мы забыли еще об одной группе химических веществ с высокими окислительными свойствами—о так называемых пикратах, основой которых является пикриновая кислота. Эта кислота может служить взрывчатым веществом, и, кроме того, она довольно токсична. Ее полное название — тринитрофенол (НО • С6Н2(N02)3). Химики относят ее к типичным нитросоединениям ароматического ряда, а военные называют ее лиддитом или мелинитом.Очень чистая пикриновая кислота сама по себе вполне безопасна, но она легко образует при реакциях с металлами некоторые соли — пикраты, чрезвычайно чувствительные к трению или нагреванию. Пикраты тяжелых металлов, особенно таких, как свинец, детонируют при малейшей встряске. С пикратами легких металлов обращаться легче; уже давно известны такие пикратные пороха, как порох Брюжера и порох Дезиньоля, которые применялись как для гражданских взрывных работ, так и для военных целей. Порох Брюжера состоял на 54% из пикрата аммония, на 45% из нитрата калия и 1% инертных веществ. Порох Дезиньоля включал в себя пикрат калия, нитрат калия и древесный уголь.
В настоящее время применяется пороховая ракетная смесь, близко напоминающая порох Брюжера, которая состоит из пикрата аммония (40—70%), нитрата калия (20—50%) и твердой добавки.
Однако, несмотря на определенную перспективность пикратных порохов, более употребительными стали все же старые двухосновные пороха Нобеля, которые теперь изготовляются не в виде прессованных шашек, а в форме литых пороховых зарядов. Прессованные шашки Нобеля обычно включали в себя 50—60% нитроклетчатки, 30—45% нитроглицерина и 1—10% других веществ, литые же заряды наряду с нитроклетчаткой (45—55%) и нитроглицерином (25—40%) содержат еще до 12—22% пластификатора и около 1—2% различных специальных добавок.
20
Позднее было установлено, что от этого фактора можно легко освободиться. Филиал по ракетным топливам фирмы «Филиппс петролеум» разработал твердое топливо для ускорителей, состоящее из сажи, синтетической резины и некоторых присадок с нитратом аммония в качестве окислителя. Это топливо весьма устойчиво к большим колебаниям температуры, но выделяет при горении небольшое количество дыма. (Прим. авт.)
21
Это топливо состояло из 70—78% КСlO4 и 22—30% асфальта с небольшим добавлением асфальтового маcла. (Прим. авт).