Петр Образцов - Мир, созданный химиками. От философского камня до графена
Он придумал катализатор, спекая кварц с фосфорной кислотой, и с помощью этой «твердой фосфорной кислоты» провел изомеризацию углеводородов нефти для повышения октанового числа бензинов. Этот «ипатьевский» бензин и заливали в топливные баки английских «спитфайеров» — быстрых одноместных истребителей Второй мировой войны.
Впрочем, вскоре появились еще более скоростные машины для ведения боевых действий и уничтожения людей — ракеты Фау-2, придуманные замечательным немецким конструктором Вернером фон Брауном. Он же разработал и состав топлива, так что в определенном смысле стал конкурентом Ипатьева, хотя Владимир Николаевич, разумеется, о засекреченном эсэсовце ничего не знал. Эсэсовце? Да, фон Браун состоял в этой страшной и преступной организации гитлеровской Германии, но, как говорится, тогда время было такое, тогда «все» были в СС. При этом в крематории великий конструктор лично никого не отправлял, хотя около 30 тысяч заключенных концлагеря, занимавшихся изготовлением его ракет, погибли от голода и болезней, но это вина профессиональных убийц, а не ученого. Более того, некоторые историки даже считают, что фон Браун был тайным врагом Третьего рейха и сознательно перенаправил германскую промышленность на создание своих революционных, но малоэффективных, неточных и очень дорогостоящих ракет вместо качественных, уже проверенных истребителей и бомбардировщиков. Министр вооружений Третьего рейха Альберт Шпеер прямо называл разработку и использование V-2 «нелепой затеей». Хотя с научной и технологической точки зрения V-2 — великое достижение.
Итак, к началу Второй мировой войны фон Браун уже накопил огромный опыт по созданию ракет на жидком топливе, в качестве которого он использовал обычный этиловый спирт. Нефти в Германии не было, румынские нефтепромыслы подвергались постоянным бомбардировкам, а спирт легко получали из картошки. Окислителем в «оружии возмездия» служил жидкий кислород, как и сейчас в ракетах многих космических держав. В 1944 году немцы начали стрелять своими V-2 по Лондону, и здесь самолеты с горючим Ипатьева сделать уже ничего не могли: ракеты летали с огромной скоростью — более 6 тысяч километров в час — и несли, каждая, 1 тонну взрывчатки. Всего по Англии, а потом и по Антверпену было выпущено около 3 тысяч снарядов, сбить их было невозможно, и только невысокая точность попадания объясняет сравнительно небольшое количество погибших от этого оружия (3 тысячи убитых, 6 тысяч раненых в Англии). Единственным способом защититься от V-2 были бомбардировки пусковых установок.
Ценные трофеи
С точки зрения разработки вооружений появление V-2 представляло собой подлинную революцию. Более того, хотя об этом у нас предпочитают не упоминать, вовсе не российская Р-7 (ракета-носитель «Спутник», или «семерка») первой оказалась в космическом пространстве, а именно V-2, причем на 13 лет раньше. В 1944 году были проведены испытания этой ракеты, в ходе которых она достигла высоты 188 километров над поверхностью Земли. Правда, ни одного оборота вокруг планеты она не сделала, а наш первый в мире спутник, запущенный в 1957 году, совершил 1440 оборотов вокруг Земли.
Немцы планировали использовать V-2 и против советских городов, в частности Ленинграда и индустриальных комплексов на Урале. Но вышло почти наоборот. После войны советским специалистам досталось в качестве трофеев некоторое количество V-2, а также часть документации на их производство. Большинство оборудования немцы уничтожили. V-2 были тщательно изучены и использованы при создании советского ракетного оружия: наша знаменитая Р-7 — всего лишь несколько модернизированная V-2. Многие конструкционные элементы «семерки» сохранила и ракета-носитель «Восток», на которой летал Юрий Гагарин. Однако топливом для этой ракеты служил уже не спирт, а керосин, хотя окислителем был тот же самый жидкий кислород, и это естественно, поскольку более сильного окислителя в природе нет. Точнее, нет подходящего сильного окислителя: жидкий фтор был бы, конечно, «посильнее», но хранить фтор и работать с этим веществом практически невозможно. Во фторе горит даже вода!
В 1947 году были собраны из немецких деталей и запущены на полигоне Капустин Яр первые 11 фактически трофейных ракет. Первую ракету из отечественных агрегатов (Р-1, или «Волга») запустили там же через год, причем Р-1 уже не была точной копией V-2 — это был усовершенствованный Королевым космический аппарат.
Несомненно, советским инженерам повезло, что в качестве трофеев они завладели V-2 и частью технической документации. Однако гораздо более ценный трофей достался американцам — они перевезли в США отца ракетной техники Германии штурмбанфюрера СС Вернера фон Брауна. Именно под его руководством была создана ракета «Сатурн», доставившая в 1969 году человека на Луну.
Отсутствие в Германии месторождений нефти, крайне необходимой для производства бензина для автомобилей и танков, заставило гитлеровцев использовать синтетическое топливо. Процесс его синтеза, доведенный до промышленного воплощения химиками Фишером и Тропшем, представлял собой получение углеводородов из так называемого синтез-газа, смеси монооксида углерода СО и водорода Н2. Монооксид углерода легко получается из угля, которого в Германии всегда было много. Реакция протекает исключительно в присутствии катализатора на основе солей железа, который придумали эти самые Фишер и Тропш.
На синтетическом бензине немцы провоевали всю войну, а после нее основным производителем такого топлива стала Южная Африка, поскольку на экспорт нефти в эту страну было наложено эмбарго из-за политики апартеида (расовой сегрегации). Любопытно, что образование углеводородов в результате реакции монооксида углерода с водородом считается сейчас одной из возможных схем неорганической теории образования нефти.
Синтетическая гевея
Как это ни парадоксально, но пребывание страны в состоянии изоляции от остального мира может оказать огромную услугу химической науке и промышленности. После поражения в Первой мировой войне на Германию была наложена огромная контрибуция, но это еще что! Германии было запрещено иметь сколько-нибудь серьезную армию, тяжелое вооружение, военную авиацию, подводные лодки. И в результате немецкие военные не стали производить оружие времен этой войны, а теоретически разработали принципиально новое и уже в 30-е годы, плюнув на все запреты, начали выпускать великолепные пушки и самолеты. Причем первоначально тайно испытывали их на полигонах в России, с которой Германия заключила первый в истории РСФСР межгосударственный договор — случилось это в итальянском городке Рапалло. До того образовавшуюся после Гражданской войны Советскую Россию никто из развитых стран не признавал и торговать с ней не собирался. Поэтому буквально все необходимое для нужд армии, промышленности и просто населения требовалось производить в России, самим. Со множеством вещей это кое-как получалось, но где взять каучук в стране, климат которой для выращивания гевеи никак не подходит? А без каучука даже думать об автомобилях бессмысленно, не на тележных же деревянных колесах ездить!
Попробовали найти растения, которые, подобно гевее, выделяют млечный сок, содержащий природный полиизопрен, — и вроде бы нашли. Многолетнее травянистое растение рода одуванчик под названием кок-сагыз оказалось лучшим на территории СССР каучуконосом, его стали даже специально возделывать в Белоруссии. В конце концов эпопея с кок-сагызом бесславно закончилась, поскольку урожай содержащих каучук корней был невелик, но главным образом потому, что в 1928 году выдающийся русский химик Сергей Васильевич Лебедев впервые в мире провел промышленный синтез синтетического каучука.
За два года до этого правительство республики объявило конкурс на разработку промышленного способа получения каучука (необязательно изопренового), причем документация, технологический регламент и 2 килограмма готового продукта должны были быть представлены комиссии не позднее 1 января 1928 года. Кроме того, получать каучук следовало из доступного сырья, а готовый продукт не должен был быть дороже и менее качествен, чем натуральный. И у Лебедева все получилось. Воспользовавшись своим еще довоенным открытием полимеризации дивинила (он же бутадиен) CH2=CH-CH=CH2 и используя в качестве катализатора металлический натрий, он синтезировал натрий-бутадиеновый каучук вполне пристойного качества. Сырьем для получения дивинила стал обычный этиловый спирт, которого в России и других республиках СССР всегда было много. Недаром нашей национальной болезнью считается пьянство, так тесно связанное с самогоноварением, основанном на спирте из свеклы, картошки и всего, чего угодно.
Впрочем, выгнать первач из табуретки, о чем говорил Остап Бендер в «Золотом теленке», невозможно: целлюлоза дерева не сбраживается обычными дрожжами. Для получения спирта из опилок целлюлозу нужно сначала гидролизовать, что довольно сложно. Однако это удалось одному профессору химии во время блокады Ленинграда. Из гидролизованной им с помощью серной кислоты лабораторной мебели он получал раствор сахаристых веществ, которые после некоторой обработки можно было использовать в пищу. Говорили, что и профессор, и вся его семья так и выжили в те страшные годы. Возможно, это легенда, хотя кто знает…
