Užmiršta aviacijos istorija. Boranai

Kai apie 1950 amerikiečiai ėmė kurti viršgarsinius bombonešius, jie susidūrė su problema: didelį lėktuvą ir taip keblu suprojektuoti (didėjant sparno keliamąjai galiai dvigubai, plotas didėja keturgubai, o masė ir tūris didėja aštuongubai), o čia – dar ir viršgarsinis, kurą srebiantis keleriopai sparčiau už įprastus. Viena iš minčių buvo paprasta: kardinaliai patobulinti degalus, atrasti tokius, kurių energetinė vertė būtų porą kartų didesnė, nei įprasta. Taip prasidėjo ir labai greitai pasibaigė boranų era.

Boranai arba boro vandeniliai – tai ganėtinai panašūs į angliavandenilius junginiai, kuriuose vietoj anglies atomo yra boras (nors šis ir trivalentis, molekulių įvairovė gaunasi pakankamai nemenka, skirtingų boranų ir organoboranų yra žinoma šimtai). Boranai nesunkiai jungiasi su daugeliu įprastų angliavandenilių, sudarydami organoboranus, pvz., trietilboraną, metilboraną ir t.t.. Savo energetine verte boranai beveik dvigubai lenkia panašius angliavandenilius, negana to, kai kuriuose reaktyviniuose varikliuose (pvz., tiesiasroviuose) boranus naudoti netgi paprasčiau: net gan žemoje temperatūroje (50-100C) kai kurie boranai užsidega savaime, esant atmosferiniam slėgiui (beje, būtent todėl boranai buvo naudojami iki ~2000 metų SR-71 Blackbird lėktuvuose, cheminiam uždegimui).

North American XB-70 ValkyrieTas pats boranų svoris turi iki dviejų kartų daugiau energijos už angliavandenilius: viena vertus, cheminė jungtis tarp boro ir vandenilio yra labai silpna (jau 100-150C temperatūroje boranai skyla, išskirdami _atominį_ vandenilį, kuris jungiasi į molekulinį, išskirdamas dar porciją energijos, t.y., galima egzoterminė skilimo reakcija), o ir pats boras, oksiduodamasis, energijos išskiria gerokai daugiau, nei anglis. Galų gale, ir boro atominė masė yra mažesnė, nei anglies, tad kuras gaunasi lengvesnis.

Lėktuvus, naudojančius boraninį kurą, būdavo lengva išskirti iš kitų: aukštą temperatūrą turinti reaktyvinė čiurkšlė turėdavo ne blyškiai gelsvą, o ryškiai žalią spalvą, dėl kurio amerikiečiai šį kurą pavadino žaliuoju drakonu. Tiesiog aukštose temperatūrose boro atomai skleidžia žalią šviesą. Beje, boranai, degdami, skleisdavo ir didelį kiekį juodų dūmų. Tai irgi kitam kurui nebūdingas dalykas.

Nors boranų kaina buvo didelė, dėl savo energetinės vertės jis atrodė ypatingai patraukliai: teoriškai, tas pats lėktuvas, varomas boranais, turi nuskristi beveik du kartus toliau. Viršgarsinis bombonešis Convair B-58 Hustler, turėjęs ~3000 kilometrų veikimo nuotolį (faktiškai, veikimas daugiau fronto zonoje), perdarytas boranams, galėjo tapti strateginiu (veikimo nuotolis būtų siekęs apie 5000km), o strateginis, pritaikytas boranams, galėtų tapti išvis antgamtiniu daiktu – būtent toks turėjo būti boraninis JAV bombonešis XB-70 Valkyrie, kurio veikimo nuotolis, naudojant boranus, turėjo siekti apie 12000km (skridimo nuotolis – apie 30000km, t.y., beveik aplink pasaulį be pasipildymo degalais, viršgarsiniu greičiu). Taip ar anaip, Valkyrie galų gale buvo perdarytas įprastam kurui, jo veikimo nuotolis sumažėjo iki ~7000 kilometrų.

Tiesa, kuras buvo pavojingas – kaip jau minėjau, ore, pvz., karštuose dykumų aerodromuose galintis užsidegti savaime. Su vandeniu reaguodamas, savaime ne tik užsidega, bet ir sprogsta. Bet tai buvo menka bėda – boranų tirpalai sočiuose angliavandeniliuose, pvz., pentane ar heksane – daug inertiškesni, gaisrų ir sprogimų dažniausiai pavykdavo išvengti (jei neskaitysim to atvejo, kai viena iš boranų gamyklų, buvusi Niu Jorke, išlėkė nuo savo gaminto kuro į orą). Didesnė bėda buvo boranų nuodingumas. Jei pavartysite cheminius žinynus, visur atrasite paminėjimus, kad boranai labai smirda. Tiktai vienur bus parašyta, kad smirda česnakais, kitur – kad supuvusiais kiaušiniais, trečiur – fekalijomis, ketvirtur – acetonu, kitur – dar kažkuo. Tokių skirtingų kvapų galima atrasti vieno ir to paties junginio, pvz., pentaborano aprašymuose. Šie nesutapimai labai paprasti – užuodžiamą dozę boranų gavę žmonės numirdavo anksčiau, nei papasakodavo apie tai, kuo šis dalykas smirda. Bet matyt, kad smirda smarkiai ir bjauriai, jei jau tai prasimušė į žinynus. Savo nuodingumu (o ir neurotoksiniais efektais) kai kurie boranai yra labai artimi tokiems efektingiems cheminiams ginklams, kaip, pvz., zarinas, kuris iki pat XXa. pabaigos buvo daugelio didžiųjų valstybių arsenaluose. Bet dėl cheminio aktyvumo boranai pasižymi ir gan stipriu citotoksiniu poveikiu, dėl to apsinuodijimai jais – nepagydomi. Negana to, tai ir puikūs nefrotoksinai. Cheminis ginklas vietoj lėktuvų kuro? Originalu, vienok.

Smirdantis ir sprogstantis (o dar, beje, ir abrazyvinis, variklius gan smarkiai ardantis boro karbido ir oksido suodžiais) kuras amerikiečių aviacijoje buvo naudojamas labai neilgai. Greitai šie suprato, kad jau geriau apsieiti be viršgarsinių strateginių bombonešių, nei jais apsirūpinti ir nuolat rengti masines laidotuves lakūnams, aerodromų personalui, o gal ir kokiems nors miesteliams, esantiems netoli karinių bazių. Tad netgi Valkyrie bombonešis, turėjęs tapti superginklu, leidžiančiu iš JAV bombarduoti visą SSRS teritoriją, buvo perdarytas įprastam kurui, o tada, pamačius, kad be boranų jis neturi prasmės – ir išvis palaidotas.

Boranais buvo varomos ir raketos – dvigubai didesnė šio kuro energetinė vertė viliojo visus. Bet amerikiečiai čia irgi nusivylė, tad boranų paplitimas buvo menkas, jie daugiau naudoti, kaip cheminis uždegimo agentas, paleidžiantis variklius. Tik uždegimui boranai tevartoti ir garsiąjame SR-71 Blackbird lėktuve, kuris, pradžioje, irgi buvo projektuojamas, kaip boraninis aparatas.

Tiesa, sklandė gandai, kad sovietai visgi pritaikė boranus vidutinio nuotolio branduolinėse raketose SS-4 ar SS-5, nes esą, apie mirštančius kareivius niekas negalvojo – visiems buvo nusispjaut, o jau paskui, pamatę, kad dėl personalo klaidų ar šiaip pagedusios įrangos ištisos bazės gali likti be žmonių, galinčių tas raketas paleisti, jau po 10 metų jas pašalino ginkluotės. Nes, esą, boranai nepasiteisino net prie komunistinio režimo. Visgi šitos kalbos greičiausiai laikytinos mitu – sovietai apsieidavo, naudodami paprastesnį, nors irgi klaikų kurą – asimetrinį dimetilhidraziną, kuris nuodingumu bei sprogumu daug kam varė šiurpą, nors kaip kuras, buvo žymiai pranašesnis už raketinį žibalą.

Apie pastarąją medžiagą išliko tokia istorija, kad rusų raketų konstruktorius Koroliovas taip atkakliai sabotavo dimetilhidraziną, kad buvo nušalintas nuo karinių projektų – į jo vietą atsistojo kitas konstruktorius (Jangelis), nesibaidęs pavojų tol, kol pirma dimetilhidrazininė raketa patikrinimo metu sprogo, užmušdama pusę sovietinės raketų konstruktorių grietinėlės – tada ir tas drąsus naujokas ėmė po truputį ieškoti šiam kurui pakaitalo, pats tapdamas to paties korolioviško žibalo šalininku.

Dar viena, galvon įstrigusi (manau, nemenką tiesos gabalą turinti) istorija apie tai, ką reiškė „nepavojingas“, ne boraninis raketinis kuras. Apie 1960 sukurta ir apie 1970 užkonservuota sovietų raketinė bazė Žemaitijoje, netoli Plungės, maždaug 1991 tapo atvira. Keli ten budėję kareiviai išvažiavo ir tada menką bazės turtą ėmė plėšti vietiniai gyventojai, daugiausiai – visokie metalo laužo vagys. Netoliese gyvenę žmogeliai nutarė supjaustyti ir priduoti didelį požemiuose stovėjusį aliumininį baką, kur prie įėjimo į patalpą kabojo užrašas apie nuodus. Kokie gi dar nuodai, jei bakas prastovėjo porą dešimtmečių, tiesa? Taip, kuras buvo išvežtas, o kuro likučiai jau seniai turėjo būti suirę… Bet tų menkų raketinio kuro kiekių, kuris pateko ant pjaustytojų rankų, pakako, kad jie po poros dienų mirtų. Pasikartosiu: ten, matomai, buvo laikomas dimetilhidrazinas – „nenuodingas“ kuras, bent jau lyginant su boranais.

Tiktai apie 2000 metus buvo sukurtos veiksmingos boranų dezaktyvacijos metodikos – šie pilnai sureaguodavo su įkaitintais vandens garais. Tiktai po to buvo sunaikinta keli šimtai tonų JAV kariškių laikyto boraninio kuro: šis stovėjo bakuose beveik pusę šimtmečio ir niekas nežinojo, kaip jo atsikratyti.

Nuo tų laikų įprasto aviacinio kuro kainos išaugo bent dešimtį kartų, tuo tarpu chemijos pramonė – gerokai ištobulėjo. Boranai jau neatrodytų toks brangus kuras, kaip atrodė prieš pusę šimtmečio. Gaminant masiškai, jų kaina ne daugiau kelių kartų viršytų įprasto aviacinio kuro kainą. Dėl savo energetinės vertės boranai būtų idealūs, jie leistų smarkiai atpiginti lėktuvus, padidinti skraidymo nuotolį, o skrydžių savikainą sumažinti porą kartų. Įsivaizduokim, kad tie patys Boeing lėktuvai, kurie iš Vilniaus skraido į Londoną, galėtų be nusileidimo skraidyti net į Tokiją – būtų smagu, tiesa? Tačiau aviacijos konstruktoriai pasimokė iš klaidų. Net suskystintas vandenilis atrodo juokingai nepavojingas, lyginant su boranais. Net kariškiai su tais, iki šiol neaišku, kuo smirdančiais degalais nenori turėti jokių reikalų.

Aviatoriai boranų atsisakė, tačiau prieš 5-10 metų žiniasklaidoje buvo pasirodę pranešimai apie japonus, kuriančius vandeniliu varomas mašinas. Buvo rašoma, kad vandenilis bus saugomas metalų hidridų pavidalu, t.y., ne aukšto slėgio balionuose, o kažkaip įprasčiau, esą netgi bus galima pilti kurą į beveik įprastus benzino bakus. Pakapsčius, paaiškėjo, kad kalba eina apie boro hidridus. Kitaip tariant – apie tuos pačius boranus. Cheminis ginklas vietoj benzino? Originalu, vienok…

Rokiškis Rabinovičius rašo jūsų džiaugsmui

Aš esu jūsų numylėtas ir garbinamas žiurkėnas. Galite mane susirasti ir ant kokio Google Plus, kur aš irgi esu Rokiškis Rabinovičius+.

Dalinkitės visur: Share on Facebook
Facebook
0Share on Google+
Google+
0Share on LinkedIn
Linkedin
Tweet about this on Twitter
Twitter

24 thoughts on “Užmiršta aviacijos istorija. Boranai

  1. grumlinas1

    mnoga bukaff, no asilil. afftar, peši ješčo 🙂
    gerai, kad yra netinginčių rašyti tokius straipsnius žmonių -- regis, info galima iš pakampių susirankioti, bet va sudėti į vieną vietą ir susisteminti -- kažkas didvyriško tame yra 😉
    nuoširdus ačiūzas 🙂
    šiaip Valkirijos projekto užraukimo dar viena prežastis -- konstrukcija iš nerūdijančio plieno, sunki kaip ketinė vonia -- juk titano ir pan. lydiniai tik pradėjo eiti į madą

    Reply
    1. rokiskis Post author

      Na, surankioti tikslingai -- gal ir nesurankiočiau, bet kadaise truputį buvo vienoje-kitoje vietoje pasitaikęs vienas-kitas straipsnis. Prieš kokius 20 metų, kai dar visokios chemijos man buvo įdomios. Tai tiesiog prisiminiau ir truputį papildžiau 🙂
      Ko gero, giliausia, esminė priežastis Valkirijos uždarymui -- kaina. Amerikonai pasiskaičiavo, kad už tuos pačius pinigus vietoj vienos Valkirijos galės laikyti kelias dešimtis tarpžemyninių balistinių raketų, nuo kurių apsiginti SSRS negalės, skirtingai nuo Valkirijų, kurias, bent iš principo, galėtų ir numušti.
      O dėl geležies -- Mig-25 irgi buvo geležiniai. Dėl to skraidė labai netoli. Bet šiaip jau skraidė.

      Reply
      1. grumlinas1

        kaina -- be abejo, kritinis momentas Valkirijos laidotuvėms. tebeturiu ar ne 1968 metų „Sparnus“, kur aprašyta, kaip kapitalistai kuria XB-70 kovai prieš taikingąjį socializmą 😉
        kaslink špižinio MiG-25 -- ekonominis klausimas čia nebuvo kritinis, svarbu buvo turėti priemonę amerikėnų SR-71 nubarškinti iš dangaus, jei jie drįstų įlįsti į TSRS oro erdvę

        Reply
        1. maumaz

          Atsiprašau, kad kišuosi į ekspertų pokalbį, bet kuo geležinis MiG-25 buvo pavojingesnis SR-71 už, pvz., aliumininį Migą? 🙂

          Reply
          1. grumlinas1

            pavojingas ne MiGas, pavojingos jo raketos 😉 MiG-25 iš esmės buvo plieninis (80%), biškis aliuminio (11%) ir titano (8%). jo įpėdinis MiG-31 jau turėjo žymiai daugiau aliuminio (33%) ir titano (16%), t.y. žymiai lengvesnis ir tvirtesnis

            Reply
              1. grumlinas1

                hmmm… kaip čia tau paaiškinus? 😉 dideli viršgarsiniai greičiai, siekiant perimti SR-71, reikalauja atsparumo karščiui, tam buvo skirtas plienas. vėliau, įsisavinus ir atpiginus titano lydynių gamybą, plieno buvo galima pamažinti

                Reply
          2. rokiskis Post author

            Ekspertai čia ne prie ko, mes tik domimės 🙂
            Esant dideliam, apie 2-3M greičiui (M -- tai Machas, 1M=garso greitis), lėktuvo paviršiai nemenkai kaista dėl trinties į orą, tad, turint omeny gan ribotas tų laikų galimybes modeliuoti srautus ir kaitimo zonas, vienintelis būdas buvo ištisai visą lėktuvą daryti iš karščiui atsparių lydinių. Pvz., iš plieno ar titano. Aliuminis to kaitimo tuo tarpu jau neatlaikydavo.
            MiG-25 turėjo netgi viršyti 3M greitį, tad jei būtų buvęs padarytas iš aliuminio, tikėtina, kad būtų tiesiog subyrėjęs. Ypač dar turint omeny, kad atakuojant SR-71, turėjo eiti gan specifiniu režimu, „iššokdamas“ iš savo aukščio lubų, paleisdamas raketas ir vėl nerdamas, o tuo pačiu patirdamas ir perteklines apkrovas bei aerodinaminį stabdymą.
            Jau apie 1975-1980 metus ėmė ir patirties rastis daugiau, ir kompiuterinis modeliavimas, ir titanas pasidarė pigesnis, tad plienas iš lėktuvų ėmė nykti, išlikdamas tik specifinėse, aukštą kaitinimą patiriančiose sparno ar fiuzeliažo dalyse.

            Reply
    1. rokiskis Post author

      The photo is great. But seems that Valkyrie got canards in 1964 and Tu-144 in 1968 🙂 Anyway, these delta-winged planes were really iconic.
      BTW, topic is about some kind of toxic high-energy fuel -- boranes, how do they used in aviation and in late years some japanese car makers tried to use them in cars.

      Reply
      1. dziki_dzik

        Wow, I never even saw B-70 before. Beautiful plane. Tu-144 had retractable canards -- at least some distinction 😉
        Boranes are highly toxic.

        Reply
        1. rokiskis Post author

          Boranes are similarly toxic as nerve agents, such as zarine or v-gas. And despite that there were some tries to use boranes as rocket and jet fuel 🙂 After some incidents borane programs were halted in both USA and USSR, but now some japanese car makers try to create hydrogen cars and experiment with metallohydrydes as hydrogen source, actually -- boron hydrydes which are boranes. And it is ironic that they talk about ecology and hydrogen fuel, but experiment with technology which was rejected because of its toxic problems. Nerve gas in the fuel tank instead of gasoline -- this is fun 🙂

          Reply
          1. dziki_dzik

            All this fuel cell-hydrogen stuff in cars is just an attempt to bypass the fact that the battery technology is 100 years old. New batteries are coming (metamaterials?) and all this hydrogen buzz will go away.

            Reply
            1. rokiskis Post author

              Yes, I think so too. And also not batteries only, but supercapacitors too. Those seems to be really promising: when you can charge your car in seconds, fuel can be abandoned at all.

              Reply
  2. samadhee

    tai apie aviacija tai apie chemija.. apsispresti reiktu apie ka rasom 😉
    beje, kodel ne i wikipedija, o LJ tik linkas butu.

    Reply
    1. rokiskis Post author

      Vikipedija, pripažinkim, tėra marginalinis žinynas. O apie ką rašyti -- tai jau, atleiskit, bet apie ką noriu, apie tą ir rašau 🙂

      Reply
  3. Zenonas Jančys

    Labai ačiū už tokį išsamų aprašymą. Apie 1974-75 mm apie boranus buvo kalbama, kaip apie slaptą dalyką, kažkodėl ką tik nuimtas visiškas slaptumas, todėl atsivėrė puikus dalykas tyrimams. O konferencijose apie jų baisų nuodingumą -- nei žodžio. Biologai po išslaptinimo bandė juos pritaikyti teigiamų ionų pernešėjais per lipidų membranas tyrimuose. Įsiminiau tik, kad buvo demonstruojama pernešimo galimybės ir tokių pusės sferos pavidalo molekulių kurios gal iš 10-15 boro atomų ir tik gal vienas ar du vandeniliai. Tada galvojau -- ir kaip juos sugebėjo susintetint? O kad nuodingi -- nė užuominos. Tas pats su beriliu -- puikus, bet nuodingas kuras.
    Ir tikriausiai mano pažįstamiems, tarnavusiems strateginiuose kažkur Pamaskvės daliniuose kaulai pradėjo irti ne nuo radiacijos, o nuo nutekėjusio borano.

    Reply
    1. Rokiškis Post author

      Berilis, kaip kuras -- labai jau klaikiai brangus gautųsi. Čia panašiai gal, kaip sidabrą vietoj kuro naudot 🙂 Nors, prisiminus sidabro akumuliatorius torpedose ir povandeniniuose laivuose….

      O šiaip jau jo, labai toksiški berilio junginiai irgi. Ir jei atmintis nemeluoja, tai dar ir su vėžiniais susirgimais siejami.

      Kita vertus, berilio lydiniai vis dar yra svajonių medžiaga konstruktoriams. Kiek atsimenu, nenormaliai brangūs, sunkiai apdirbami, tačiau lengvi, labai elastingi, nežmoniškai tvirti, kieti ir atsparūs dilimui. Ideali medžiaga. Tik su keliais trūkumais -- kaina ir gamybos nuodingumu.

      Reply

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *