Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 08

Эпоха горящего металла

Почти все металлы способны гореть. Хорошо горят Аl, Мg, еще лучше — щелочные металлы Li, К, Na. Горит даже железо.

Использовать металл в качестве топлива для обогрева энергетически, конечно, невыгодно — на его производство приходится тратить гораздо больше энергии, чем можно получить при сгорании. И все же горение железа в технике широко используют. Чтобы в толстом стальном листе прорезать отверстие, достаточно разогреть его в одном месте добела и направить туда струю чистого кислорода. «Рисуя» на листе струей, удается получать отверстия самой замысловатой формы.

Горение всех металлов, особенно магния, сопровождается ослепительно ярким светом. Этим еще в XIX веке воспользовались фотографы. На полочку фотовспышки (рис. 1) клали зажженную селитровую бумагу. Она медленно тлела, пока фотограф не нажимал на резиновую грушу.

Струя воздуха выдувала магниевый порошок, и он ослепительно вспыхивал. В Германии для освещения дворцов и театров применяли лампы с магниевой лентой, подававшейся часовым механизмом. Одного мотка ленты хватало на десять часов.

В 1894 г. немецкий изобретатель Г.Гольдшмит создал горючую смесь — термит. Она состояла из окиси железа и алюминиевого порошка. При нагревании термита алюминий начинал гореть, отнимая кислород у окиси железа. Смесь сгорала ослепительно ярким пламенем, образуя при этом чистое расплавленное железо.

Первоначально термит применяли для сваривания рельсов. Достаточно было в промежуток между ними положить термитную шашку и поджечь, как он тотчас заполнялся расплавленным железом, которое, застывая, намертво соединяло рельсы. Сегодня существует множество термитных составов, пригодных как для ремонта авианосца в походе, так и для латания дыр в кузове автомобиля своими силами.

В 1923 году один из основоположников нашей космонавтики, Ф.А.Цандер, предложил сжигать ставшие не нужными в полете стабилизаторы и крылья, которые работают лишь в плотных слоях атмосферы, опустевшие топливные баки. Как показали его расчеты, это позволило бы значительно повысить скорость ракеты, получить аппарат, способный достичь Марса и вернуться обратно. Оставалось, правда, решить технические проблемы. Например, чтобы расплавить бак, его нужно предварительно как-то смять, сложить и подать в плавильную печь. Да и печь эта должна быть в сотни раз легче обычной, ведь стоит она на ракете.

Между тем сама по себе идея сжигания металлов в реактивных двигателях оказалась для ракетной техники весьма плодотворна.

Вот как устроен, например, ракетный двигатель твердого топлива РДТТ. В тонкостенном корпусе из углепластика расположен заряд твердого топлива, состоящего из веществ, содержащих кислород и водород, а также алюминиевый порошок. При сгорании углеводородов образуются газы, а горение алюминия повышает их температуру до 3000 °C. Продукты сгорания вытекают из такого двигателя со скоростью 2500–2600 м/с. Эта скорость достаточна, чтобы применять РДТТ в межконтинентальных и космических ракетах.

Американский космический корабль «Спейс Шаттл», например (рис. 2), оснащен двумя РДТТ весом по 568 т каждый на твердом топливе с большим содержанием алюминия. Они помогают ему разогнаться до скорости 1390 м/с.

Металлы могут гореть не только в кислороде, но и во фторе, выделяя при этом больше энергии. За рубежом ведутся работы над ракетным двигателем, в котором первоначально во фторе сжигается расплавленный литий, а затем к продуктам реакции подмешивается водород. Достигнута скорость истечения более 5000 м/с. Такой двигатель позволил бы сократить взлетный вес космических ракет в 1,5–2 раза.

Как полагают энергетики, металлическое топливо смогло бы решить и их давнюю проблему. Вы знаете, наверное, что перед энергетиками постоянно стоит задача «консервировать» излишки электроэнергии, не востребованные потребителями, скажем, в ночное время. Не останавливать же электростанцию!

Чаще всего проблему предлагают решить, получая водород электролизом воды. Но хранить этот газ трудно. Гораздо выгоднее производить алюминий или натрий. Судя по значительному числу патентов, эта идея занимает умы изобретателей США и Японии.