Кіріспе
Жоғары концентрациялы сутек пероксидінің ерітіндісі. Жоғары сынақ пероксиді (HTP) – сутек пероксидінің жоғары концентрациялы (85-98%) ерітіндісі, ал қалған бөлігі көбінесе судан тұрады. Катализатормен жанасқанда, ол жоғары температуралы бу мен оттегі қоспасына ыдырайды, сұйық су қалдырмайды. Бұл HTP зымырандары мен торпедаларының итергіш құралы ретінде қолданылған, сондай-ақ жоғары өнімді вернир қозғалтқыштарында пайдаланылған.
High test peroxide (HTP) is a highly concentrated (85 to 98%) solution of hydrogen peroxide, with the remainder consisting predominantly of water. In contact with a catalyst, it decomposes into a high temperature mixture of steam and oxygen, with no remaining liquid water. It was used as a propellant of HTP rockets and torpedoes, and has been used for high performance vernier engines.
Қасиеттері
Сутек пероксиді өте жоғары концентрацияларда (шамамен 70% және одан жоғары) отын ретінде ең жақсы жұмыс істейді. Пероксидтің кез келген концентрациясы қызған газ (оттегі және бу) тудырса да, шамамен 67% концентрациядан астам болғанда сутек пероксидінің ыдырауынан туындайтын жылу стандартты қысымда барлық сұйықтықты толығымен буға айналдыруға жеткілікті болады. Бұл қауіпсіздік және қолдану тұрғысынан маңызды өзгеріс, себебі осы деңгейден жоғары концентрациядағы ыдырау сұйықтықты толығымен қыздырылған газға айналдыра алады (концентрация жоғарылаған сайын газдың температурасы да жоғарылайды). Бұл өте қызған бу мен оттегі қоспасы максималды итеру күші, қуат немесе жұмыс жасау үшін қолданылуы мүмкін, бірақ сонымен қатар материалдың жарылысқа ұшырау қаупін де арттырады. Сондықтан, отын ретінде қолданылатын пероксидтің қалыпты концентрациясы 70-тен 98%-ға дейін, оның ішінде 70, 85, 90 және 98% ең көп қолданылады. Пероксидтің мұздаған кездегі көлемінің өзгеруі проценттік құрамына байланысты. Төмен концентрациялы (45% немесе одан аз) пероксид мұздағанда кеңейеді, ал жоғары концентрациялы (65% немесе одан жоғары) пероксид жиырылады. Сутек пероксидінің құрамындағы пероксид мөлшері жоғары болған сайын, оның тұрақтылығы артады. Мысалы, 98% сутек пероксиді 70% сутек пероксидінен гөрі тұрақтырақ. Су бұлдаңғыш зат ретінде әрекет етеді, сондықтан судың концентрациясы жоғары болған сайын пероксидтің тұрақтылығы төмендейді. Пероксидтің сақталу мерзімі сұйықтықтың жанасқан материалдардың көлемі мен бетінің арақатынасына байланысты. Сақтау мерзімін ұзарту үшін бұл арақатынасты барынша азайту қажет.
Қолданбалар
Қажетті катализатормен бірге HTP моноқозғалтқыш ретінде немесе жеке отынмен қосарлы қозғалтқыш ретінде пайдаланылуы мүмкін. HTP көптеген қолданбаларда қауіпсіз және сәтті қолданылды, екінші дүниежүзілік соғыс кезінде неміс қолдануымен басталып, бүгінгі күнге дейін жалғасуда. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жоғары сынақ пероксиді кейбір неміс екі қозғалтқыш зымыран жобаларында тотықтырғыш ретінде қолданылды, мысалы, Walter HWK 509A зымыран қозғалтқышы, ол екінші дүниежүзілік соғыс соңында Messerschmitt Me 163 қорғаныс ұшағымен ұрысты, стандартталған қоспаның 80% -ын құраған T Stoff материалы, сондай-ақ неміс XVII типті су асты кемесінде. АҚШ-тың кейбір маңызды бағдарламаларына X-15 бағдарламасындағы реакциялық басқару қозғалтқыштары мен Bell Rocket Belt кіреді. NASA Lunar Lander Research Vehicle оны Айға қондыру аппаратын симуляциялау үшін зымыранның қозғалтқышы ретінде қолданды. Корольдік теңіз флоты 1958 және 1969 жылдар аралығында эксперименталды жоғары жылдамдықтағы нысана/оқу субмариналарында HTP-ді тотықтырғыш ретінде сынақтан өткізді. Бірінші ресейлік HTP торпедасы 53-57 деп аталды, 53 саны торпеда түтігінің диаметрін, ал 57 саны оның енгізілген жылын білдіреді. Олар 65 сантиметрлік (26 дюйм) түтікшелерден атылатын үлкен HTP торпедасын жасауды тапсырды. 2000 жылы 12 тамызда осы типті 65 торпедалардың біріндегі HTP кемеде жарылып, K-141 Курск су асты кемесін баттырды. 1956 жылы су асты кемесі пероксид отқа ұшырағаннан кейін британдықтар торпедаға отын ретінде HTP-мен тәжірибе жүргізуді тоқтатты. Британдықтар HTP-мен зымыран зерттеулерін жалғастырды, 1971 жылы Black Arrow зымыранға шығару құралдарымен аяқталды. Black Arrow зымырандары Оңтүстік Австралияның Вумера қаласынан Prospero X-3 спутнигін HTP және керосин отынымен сәтті ұшырды. 1960 жылдары Vulcan және Victor бомбалаушыларына орнатылған British Blue Steel зымыралын AVRO өндірді. Ол 85% концентрациядағы HTP қолданды. Екі камералы Stentor зымыратын жағу үшін HTP катализатор экранынан өтті. Содан кейін екі камераға керосин құйылып, әрқайсысы 20 000 фунт және 5 000 фунт күш береді. Үлкен камера көтерілу мен жылдамдықты арттыру үшін, ал кіші камера крейсерлік жылдамдықты ұстауға арналған. Зымыраның ұшыруы 100 теңіз милясына жетеді, ал төменгі деңгейде (500-1000 фут) ұшырылса 50 теңіз милясына жетеді. Оның жылдамдығы шамамен 2.0 Мах болды. Жоғары биіктіктен ұшырылғаннан кейін ол 70 000-ден 80 000 футқа дейін көтеріледі. Төмен деңгейдегі ұшырудан ол тек 40 000 футқа көтеріледі, бірақ оның жылдамдығы әлі де 2.0 Мах шамасында болады. 82% концентрацияда ол әлі күнге дейін ресейлік Союз зымыранында турбоқасырмаларды қозғау үшін пайдаланылады. Көк жалын зымыранмен жұмыс істейтін көлігі 1970 жылы 23 қазанда жоғары сынақ пероксиді мен сұйытылған табиғи газдың (СЖГ) қосылымын пайдалана отырып, гелий газы қысымымен әлемдегі жылдамдық рекордын құрды. Сутек пероксиді қазіргі әскери жүйелерде және көптеген қорғаныс және аэроғарыш ғылыми-зерттеу және даму бағдарламаларында қолданылады. Көптеген жекеменшік қаржыландырылатын ракета компаниялары сутек пероксиді пайдаланады, мысалы Blue Origin және жойылған Armadillo Aerospace; және кейбір әуесқой топтар өздерінің пероксиді өндіруге қызығушылық білдірді, оларды өздері үшін де, басқаларға аз мөлшерде сату үшін де. HTP ILR 33 AMBER және Nucleus суборбитальды зымырандарында қолданылады. HTP жер бетіндегі жылдамдық рекордын Bloodhound SSC машинасымен бұзуға тырысу үшін жоспарланды, HTP гибридті отын зымыранының тотықтырғышы болар еді, ол қатты отын гидроксилді полибутадиенмен әрекеттесетін еді. Жоба COVID-19 пандемиясы мен қаржы тапшылығы салдарынан тоқтап қалды.
With concentration of 82%, it is still in use on the Russian Soyuz rocket to drive the turbopumps on the boosters and on the orbital vehicle. The Blue Flame rocket powered vehicle achieved the world land speed record of on October 23, 1970, using a combination of high test peroxide and liquified natural gas (LNG), pressurized by helium gas. Propellant grade hydrogen peroxide is being used on current military systems and is in numerous defense and aerospace research and development programs. Many privately funded rocket companies are using hydrogen peroxide, such as Blue Origin and the defunct Armadillo Aerospace; and some amateur groups have expressed interest in manufacturing their own peroxide, both for their use and for sale in small quantities to others. HTP is used on ILR 33 AMBER and Nucleus suborbital rockets. HTP was planned for use in an attempt to break the land speed record with the Bloodhound SSC car, aiming to reach over HTP would have been the oxidiser for the hybrid fuel rocket, reacting with the solid fuel hydroxyl terminated polybutadiene. The project stalled due to the Covid 19 pandemic and lack of funding.
Қолжетімділік
Жоғары концентрациядағы қозғалтқыш сапалы сутек пероксидін жеткізушілер, әдетте, басқа да сападағы сутек пероксидін өндіретін ірі коммерциялық компаниялар болып табылады, олардың ішінде Solvay Interox, PeroxyChem (бұрынғы FMC Global Peroxygens, FMC Corporation бөлімшесі) және Evonik компаниялары бар. X L Space Systems техникалық сапалы сутек пероксидін HTP-ге дейін жаңартады. Жақында қозғалтқыш сапалы сутек пероксидін өндірген компаниялардың арасында Air Liquide және DuPont компаниялары да болды. DuPont компаниясы жақында сутек пероксидін өндіру бизнесін Evonik компаниясына сатты. Жоғары концентрациялы HTP-ні Łukasiewicz Research Network Aviation институты 99,99%-ға дейін, ал Jakusz SpaceTech 85-98%-ға дейін концентрациямен ұсынады. WEPA Technologies компаниясы HTP-ні өзінің өндірісімен қатар, 90-99,5% концентрация диапазонында HTP-ні тәулік бойы, 24/7 жұмыс істейтін толық автоматтандырылған өсімдіктерді де жеткізе алады. Өсімдіктер контейнерлік технологияны пайдаланады және әлемнің кез келген жерінде орнатылуы мүмкін (сыйымдылығы: күніне 25-1500 кг). Қозғалтқыш сапалы сутек пероксиді білікті сатып алушыларға қолжетімді. Әдетте, бұл химиялық зат тек материалды дұрыс қолдану және пайдалану мүмкіндігі бар компанияларға немесе мемлекеттік мекемелерге сатылады. Кәсіби емес адамдар 70% немесе одан төмен концентрациядағы сутек пероксидін сатып алып (қалған 30% - тазалықсыздықтар мен тұрақтандырғыш заттар бар су, мысалы, қалайы тұздары, фосфаттар, нитраттар және басқа да химиялық қоспалар), оның концентрациясын өздері арттырған. Сутек пероксидін дистилляциялау өте қауіпті; пероксид буы тұтанбайды, бірақ бөлінетін оттегі оған тиетін кез келген материалды тұтандыруы мүмкін, температура мен қысымның белгілі бір комбинациясына байланысты жарылыс болуы мүмкін, жарылыс сұйықтықтың жылдам реакциялық булануының нәтижесінде пайда болады, бұл жоғары температура мен қысымға әкеліп, контейнердің күшті бұзылуына себеп болады. Жалпы, қоршаған ортаның қысымында жоғары концентрациялы сутек пероксидінің қайнаған кез келген массасы бу фазасындағы сутек пероксидін шығарады, ол жарылуы мүмкін. Вакуумдық дистилляциямен бұл қауіп азайтылады, бірақ толығымен жойылмайды. Сутек пероксидін концентрациялаудың басқа әдістеріне – шүйгін және фракциялық кристалдану жатады. АҚШ-тың Ішкі қауіпсіздік департаментінің қызығушылық тудыратын химиялық заттар тізіміне кемінде 35% концентрациядағы сутек пероксиді кіреді.
Қауіпсіздік
Көптеген таралған заттар пероксидтің жылу шығара ыдырауын бу мен оттегіге дейін катализдейтіндіктен, HTP-мен жұмыс істеуге ерекше сақтық пен жабдықтар қажет. Темір мен мыс сияқты көп қолданылатын материалдар пероксидпен үйлесімсіз екені белгілі, бірақ реакция қолданылатын пероксид сапасына байланысты секундтар немесе минуттарға дейін кешігуі мүмкін. Кішкентай сутек пероксидінің төгілуін сумен шаю арқылы оңай шешуге болады. Бұл тек реакцияға түскен пероксидті салқындатып қана қоймай, оны толыққанды сұйылтады. Сондықтан сутек пероксидімен жұмыс жасайтын орындарда авариялық душтер жиі орнатылады, сондай-ақ шлангілер мен қауіпсіздікке жауапты адамдар болады. Терімен тікелей жанасу тері астында оттегінің пайда болуына байланысты дереу ағаруға себеп болады. Егер бірнеше секунд ішінде жуылмаса, ауыр күйіктер пайда болады. Көзге тиген жағдайда соқырлыққа әкелуі мүмкін, сондықтан көзді қорғау құралдары әдетте қолданылады. "Курск" суасты кемесінің апаты торпедадағы HTP-нің кездейсоқ шығарылуынан туындады, ол торпеда отынымен реакцияға түсті.