Несколько десятилетий назад, когда человечество бредило освоением космоса, увлечение ракетостроением было повальным. И школьники, и взрослые мужчины с энтузиазмом конструировали в гаражах и на кухнях из подручных материалов. Сейчас ажиотаж немного спал, но что может быть увлекательнее, чем запустить в воздух собственноручно сделанный летательный аппарат? Как же заставить ракету взлететь? Самое доступное и практичное - использовать карамельное топливо, смесь селитры и углевода.

Что потребуется

Набор составляющих не так уж велик.

1. Сахар или сорбит - сырье для карамелизации.

2. Селитра (можно использовать разную, об этом подробнее ниже).

3. Металлическая емкость - чаще всего берут обычные консервные банки, хотя предпочтительнее брать посуду с толстыми стенками - для более равномерного нагрева. Еще лучше - эмалированную или из нержавейки, чтобы не было реакции раствора с материалом посуды.

4. Электроплитка - готовить топливо на газовой плите нельзя!

5. Газета или другая бумага с хорошими впитывающими свойствами (если ваша цель - сделать не просто карамельное топливо, а карамельную бумагу). Ее также используют в двигателях ракет, пропитывая готовой "карамелькой" и высушивая (без нагрева).

6. Средства защиты: очки и перчатки.

7. Вентиляция.

Три способа изготовления

Сделать карамельное топливо можно по-разному. Самое легкое - просто смешать компоненты. Еще "карамельку" варят - просто или с выпариванием. При обычном смешивании топливо ссыпают в стеклянную банку и встряхивают несколько раз, затем плотно закрывают, чтобы исключить впитывание воды. При непосредственном использовании в двигателях ракет этот вид горючего надо хорошо уплотнить, иначе возможен взрыв.

Варят, или, скорее, плавят карамельное топливо при температуре 120-145 градусов до полного преобразования сахара и образования массы, по консистенции похожей на жидкую манную кашу. Предварительно измельчать компоненты не нужно. Очень важно постоянно мешать ее, чтобы не образовались пузырьки воздуха. Варка с выпариванием подразумевает добавление воды с последующим ее испарением. Недостатки этого способа: в топливе остается влага, и это снижает скорость его горения.

Рецепт № 1

Карамельное топливо из - самый лучший вариант. Ингредиенты берутся в следующих пропорциях: сахар или сорбит - 35 %; селитра - 65 %. Селитру сушат на плоской широкой сковороде про 100-150 градусах около двух часов. Затем измельчают в течение примерно 20 секунд - можно использовать ступку или кофемолку.

Закладывают равными порциями, по 50 граммов. Чтобы не возиться с измельчением сахара, лучше купить уже готовую сахарную пудру. Для "вареного" карамельного топлива ничего ни молоть, ни сушить не нужно. Чтобы усилить эффективность, в смесь можно добавить 1%-ный оксида железа (Fe 2 O 3).

Рецепт № 2

Карамельное топливо из натриевой селитры. Особенности этой смеси - она более гигроскопична. Потребуется 70 % селитры, 30 % сахара и два объема воды (200 %).

Рецепт № 3

Пользоваться им не рекомендуется. топливо на (аммоний азотнокислый). Почему лучше обратить внимание на другие рецепты? Потому что это неустойчивое соединение, и при нагревании все что угодно может пойти не так. В результате затея, вполне вероятно, закончится пожаром!

Кроме того, при изготовлении "карамельки" из аммиачной селитры выделяются крайне токсичные пары. Поэтому все рецепты с использованием аммиачной селитры содержат дополнительные компоненты для преобразования ее в натриевую или калиевую. Проще всего вариант с натриевой. Берем 40 % селитры, 45 % пищевой соды и 200 % воды. Отмечаем уровень жидкости и выпариваем, пока не пропадет запах аммиака. Потом доливаем воду до первоначального уровня (она же выпарилась частично), добавляем 15 % сахара и дожидаемся его растворения.

Катализаторы

Для увеличения эффективности "карамельки" в нее добавляют различные катализаторы. Самый популярный - оксид железа. Менее известно карамельное топливо с алюминием. Внимание! Смесь алюминия с нитратами может воспламениться в присутствии воды. Особенно опасно наличие любых щелочных примесей, которые могут присутствовать в селитре, недостаточно чистой или сделанной самостоятельно. Поэтому в горючее на основе нитратов с алюминием в качестве катализатора обязательно добавление 0,5-1 % какой-нибудь слабой кислоты, причем не факт, что этого количества хватит, - все зависит от качества селитры. Борная - наилучший вариант. Щавелевая и уксусная не годятся - алюминий реагирует с ними. Если в процессе варки смесь сильно нагревается, пенится и испускает резкий запах аммиака - нужно незамедлительно снять ее с плитки и погрузить в воду.

Вообще, экспериментировать с катализаторами лучше опытным ракетостроителям, освоившим простейшие виды топлива. Да и подучить химию не помешает: пользоваться готовыми советами просто, но значительно ценнее знание и понимание того, что ты делаешь, и какие реакции происходят в смеси.

Алюминий добавляется в калиевую "карамельку". Допустимые вариации - от 2,5 до 20 %. Разное количество дает разное изменение скорости горения топлива. Рекомендуется использовать сферический алюминий АСД-4.

Как остаться целым и здоровым

Опаснее всего готовить карамельное топливо путем плавления сахара и селитры, но зато этот вариант и самый результативный. Емкость, в которой варят "карамельку", должна быть идеально чистой - посторонние вещества могут вызвать возгорание.

Рядом не должно быть источников открытого пламени - взрывы на кухне нам ни к чему. Очень важно следить за температурой смеси - выше 180 градусов она не должна подниматься ни при каких обстоятельствах!

При размешивании лучше использовать деревянную палочку во избежание побочных реакций. Мешать следует очень тщательно, но равномерно: пузырьки воздуха в готовом топливе при использовании приводят к взрыву ракеты. При розливе этого горючего в формы также нужно следить, чтобы не было пузырьков. Работать необходимо с вытяжкой или на свежем воздухе, особенно это касается рецепта с аммиачной селитрой.

Не перемалывайте сахар и селитру в кофемолке вместе! Молоть нужно отдельно, смешивать, встряхивая, в стеклянной посуде.

Новичкам не стоит связываться с нитратом аммония: сначала попробуйте самое простое и безопасное (на основе калиевой селитры) карамельное топливо. Изготовление любого самодельного горючего должно проходить под тщательнейшим контролем качества ингредиентов, температуры, содержания влаги и с соблюдением всех мер безопасности!

Где достать ингредиенты

Селитра продается в магазинах сельскохозяйственных товаров и отделах для дачников в качестве удобрения. Сорбит - заменитель сахара для диабетиков. Продается, соответственно, в аптеке. Fe 2 O 3 - оксид железа - раньше продавался под названием Можно попробовать сделать его самостоятельно, изучив соответствующую литературу. Минерал гематит - этот тоже Алюминий продается фирмами-производителями химреактивов.

Изготовление сахарного крамельного ракетного топлива МИКС-1 по методу выпаривания (типа Rcandy)

Получение карамельного топлива методом выпаривания давно известно. Одной из самых удачных технологий выпаривания считается методика, придуманная американским ракетчиком Rcandy . В наших условиях точно повторить его метод затруднительно по разным причинам, на которых я останавливаться не буду. Просто предлагаю свою адаптацию, названную МИКС-1. Она проще и по компонентам и по технологии. Сравнений с оригиналом я, понятно, не делал, но успешное использование топлива в двигателе ТРДК-1 говорит о его пригодности.

Преимущество методики выпаривания очевидны.
Во-первых, компоненты не надо молоть, все равно они будут растворены в воде. Т.е. берем, к примеру, обычный сахарный песок или пудру, сорбит и селитру прямо из упаковки.
Во-вторых, не надо заранее перемешивать. Перемешивание делается уже в процессе растворения.
И, в-третьих, не нужен строгий контроль влажности исходных компонентов. Компоненты, конечно, надо брать достаточно сухие, чтобы влажность не влияла заметно на весовые пропорции компонентов. Обычно влажность составляющих в заводских упаковках вполне приемлема.

Компоненты топлива:

Калиевая селитра KNO 3 - 65%
Сахар (сахароза) C 12 H 22 O 11 - 25%
Сорбит (сорбитол) C 6 H 14 O 6 - 10%

Горячей воды надо взять по весу селитры. Для получения быстрогорящего топлива можно добавить сверху 1-1,5% окиси железа Fe 2 O 3 . Добавлять окись можно сразу, со всеми компонентами, либо уже после готовности топлива, когда оно еще не загустело. Данный вариант назвал МИКС-1К.

Сахар покупаем в гастрономе, сорбит в аптеке, а селитру в садоводческом магазине или в специализированной фирме.

Компоненты отвешиваем в нужных пропорциях и ссыпаем в посудину, в которой будем готовить топливо. Хорошо подходит небольшая толстостенная алюминиевая сковорода. Для небольших количеств можно взять стальную жульенницу. Заливаем горячей водой и ставим на горячую плитку.

Обязательно контролируем температуру поверхности нагревателя

Как контролировать нагрев я писал в статье о сорбитовой карамели .

Сначала температура плитки может быть большой 200-250°C. Доводим нашу смесь до кипения и выпариваем, помешивая ложкой.

Процесс выпаривания требует постоянного контроля.

Когда смесь загустеет и начнет сильно пузыриться, уменьшаем температуру до 175°C, и продолжаем выпаривание с помешиванием.

После прекращения активного пузырения, можно продолжать процесс без помешивания.

В какой-то момент пузырение практически прекращается, только редкие одиночные пузырьки и легкое потрескивание говорит о том, что процесс продолжается. Тут лучше работать в тишине. Убираем температуру до 150°C и внимательно слушаем. Когда потрескивание прекратится, топливо готово.

Чтобы убедиться в этом окончательно, надо взять немного топлива, скатать маленькую колбаску, положить на металлическую поверхность и раздавить в лепешку. Если при сгибании лепешка "сломалась", значит точно, готово. Уменьшаем температуру до 100-120°C и начинаем укладку топлива в формы.

Топливо достаточно пластично, и укладка не представляет никакой сложности. Берется порция топлива, скатывается в плотный комок и кладется в форму. Затем торцом толстого металлического стержня комок вручную плотно утрамбовывается по форме. При необходимости берется следующий комок, укладывается сверху и опять трамбуется. При трамбовке карамель ведет себя, как пластилин, образуя плотную пластичную укладку, без пузырей воздуха, что очень важно.

Очень легко формировать в таком пластичном заряде разного рода каналы, продавливая состав подходящим стержнем. Заряд застывает довольно быстро, но времени для формирования каналов в шашке или скрепленном заряде вполне достаточно. В течение ближайшего получаса это делается без проблем.

Rcandy пишет, что можно топливо хранить в целлофановом пакете и, при необходимости, использовать, разогревая до 100-120°C. Я не проверял. Обычно делаю столько топлива, сколько надо для конкретной зарядки.

Характеристики топлива стандартные для сахарной карамели.
Скорость горения МИКС-1 на воздухе 3.5-3.6 мм/с.
Скорость горения топлива МИКС-1К с фероксидным катализатором 4.8-5.0 мм/с
Температура горения ~1700°C.

Технология не сложная, хотя и требует времени. Единственное требование - это постоянное наблюдение за процессом и контроль температуры. При соблюдении этих условий можно довольно безопасно готовить большие количества карамели. /kia-soft 07.10.2010/ ***

В процессе работы над торцевым мотором пришел к модернизации технологии изготовления топлива МИКС-1К.
1. Делаю предварительный помол окиси железа 20 сек в кофемолке.
2. Катализатор замешиваю заранее, до добавления воды.
3. После выпаривания не опускаю температуру ниже 180°C переводя топливо в фазу плавления.

Вариация получила название МИКС-1КП. Субъективно и объективно топливо получается немного более активным. Максимальная тяга торцевика ТРДК-1 на нем увеличилась на 17%. Скорость горения на воздухе 4,9-5,2 мм/с. Есть видео испытания образца.

Вместо заключения.
В результате разработки "быстрого" топлива получил несколько больше, чем планировал.
Во-первых, предложенный состав можно использовать, как в стандартном (МИКС-1), так и "ускоренном" (МИКС-1К) варианте.
Во-вторых, состав может приготовляться, как методом упаривания, так и методом плавления, что выгодно отличает его от состава на чистом сахаре. Присутствие сорбита не дает сахару разлагаться при плавлении топлива.
В-третьих, ненеароком выработалась новая технология приготовления топлива ВЫПАРИВАНИЕ-ПЛАВЛЕНИЕ. Она сочетает в себе все преимущества обеих технологий. Топливо МИКС-1КП, приготовленное по данной техноллогии по предварительным прикидкам активнее примерно на 10%.

Относящееся к смесевым топливам с органической связкой. Базовый, наиболее изученный и часто используемый состав - 65 % КNО 3 и 35 % сорбита (по массе). Такой состав близок к оптимуму по достижимому удельному импульсу при небольших степенях расширения, характерных для модельных РДТТ . Умеренный показатель степени в законе горения делает топливо пригодным для работы в широком диапазоне давлений, и, как следствие, подходящим для кустарно изготавливаемых РДТТ с заметным разбросом геометрических характеристик.

Энергетические характеристики данного состава очень умеренные. Теоретический удельный импульс карамельного топлива на нитрате калия - 153 кгс*с/кг, а практически достижимый не превышает 125 единиц. Это меньше, чем у дешёвых баллиститных топлив на основе нитроцеллюлозы, поэтому промышленно этот состав не применяется. Однако, это существенно больше, чем у дымного пороха, к тому же, изготовление карамельного топлива не требует специфического оборудования, необходимого для производства пороха, поэтому популярно у изготовителей модельных ракетных двигателей, как кустарных, так и серийных коммерческих.

Главные недостатки этого топлива - гигроскопичность и большое количество конденсированной фазы в продуктах горения. Также следует признать недостатком хрупкость этого топлива, что сужает выбор конструкций РДТТ с его использованием. Наконец, недостатком является значительная усадка (уменьшение объёма) при затвердевании, что может вызвать искажение формы шашки или отслоение бронировки.

При замене в составе топлива сорбита на сахарозу скорость горения возрастает довольно значительно, на 40 % при атмосферном давлении, но другие свойства топлива (плотность, удельный импульс, показатель степени в законе горения и т. д.) почти не меняются. Главный недостаток сахарного состава - гораздо более опасный процесс приготовления, так как требуется более сильный нагрев.

Карамельное топливо названо так из-за использования в его составе сахара или сорбита , а также из-за внешнего вида готового топлива. Англоязычный термин «rocket candy» точно так же характеризует отношение к нему.

Несмотря на относительную его безопасность, по сравнению с другими составами, карамельное топливо требует таких же мер предосторожности при использовании, как и любое другое ракетное топливо, так как является высокоэнергетическим составом.

Исходное топливо малотоксично, но продукты его горения могут раздражать слизистые и органы дыхания, так как карбонат калия , выделяющийся в сильно диспергированной форме, и имеющий щелочную реакцию, может вызвать химический ожог даже после остывания до комнатной температуры. Температура горения базового состава примерно 1400 градусов Цельсия, этого достаточно для размягчения стального корпуса РДТТ при воздействии на него без теплозащиты.

Готовое топливо состоит из твёрдого раствора селитры в сорбите и взвешенных в нём мелкодисперсных частиц нерастворившейся селитры. Температура плавления готового топлива значительно ниже, чем исходных компонентов. Растворимость селитры в сорбите в твёрдом виде гораздо меньше, чем в расплаве, поэтому топливо при остывании набирает прочность постепенно, так как по объёму идёт выделение кристаллов из твёрдого раствора, при этом выделяется некоторое количество тепла. Крупные шашки остаются мягкими более суток.

Пионером использования карамельного топлива считается Билл Колбёрн, использовавший его впервые в 1948, а широкую известность в США это топливо приобрело с выходом книги Бертрана Бринли в 1960 году. Широко применяется в импровизированных реактивных снарядах из-за доступности компонентов.

Слово сахарная ракета звучит вполне безобидно, однако такой аппарат производит тягу, которая способна поднять его на сотни метров в воздух. Для старта следует выбрать открытую, безлюдную местность. Прочтите внимательно наши инструкции, чтобы быть в состоянии соблюсти все необходимые меры предосторожности.

Шаги

Часть 1

Нарежьте короткие отрезки ПВХ трубы. Купите ПВХ трубу диаметром около 13 мм в магазине для обустройства дома. Разрежьте трубу на секции такой длины, которой вы бы хотели видеть ваши ракеты, но для начала отлично подойдут ракеты длиной 7,5-10 см.

• Не заменяйте ПВХ металлической трубой. Искра от металла может запустить вашу ракету и вызвать преждевременный взрыв.

1. Добавьте стопорное кольцо с каждой стороны. Найдите ПВХ трубу меньшего размера, которая впритык входит в ваше основание для ракеты. Нарежьте на короткие отрезки около 6-12 мм в длину. Разрежьте каждый кусочек, что позволит расширить кольцо для более плотной усадки. Используйте клей для ПВХ на внутренней кромке большей трубы с одного конца. Поместите меньшую трубу внутрь большей, раскрыв ее для плотного прилегания. Повторите на противоположной стороне, сделав второе стопорное кольцо. Прижмите и дайте клею схватиться, согласно инструкциям на этикетке.

   Измельчите наполнитель для кошачьего туалета. Купите наполнитель для кошачьего туалета без запаха. Сохраняя его сухим, разотрите в ступке или кофемолке до состояния пыли.

   • В качестве альтернативы можете использовать быстросохнущий клей.
   • В итоге вам нужно будет сделать заглушку на противоположном конце трубки. Хорошо измельчите и отложите в сторону.

2. Заполните полученной пылью каждую ракету. Установите каждую трубу вертикально на устойчивой поверхности. Заполните каждую примерно на 1/3 от объема измельченным кошачьим наполнителем. Утрамбуйте плотно с помощью деревянного дюбеля, который соответствует размеру трубы. Это должно превратить наполнитель в плотную заглушку.

   • Убедитесь, что наполнитель образует твердую поверхность над стопорным кольцом. Функцией кольца является предотвращение высыпания наполнителя, позволяющего создать большее давление до того, как заглушка разлетится на куски.
   • Смочите слегка наполнитель, если пыль рассыпается и не утрамбовывается.

   Часть 2

   Создание топлива

   1. Купите сахарную пудру. Сахар обеспечит энергию, которая даст толчок ракете во время старта. Проверьте состав на упаковке перед покупкой: большая часть сахарной пудры содержит немного кукурузного крахмала, но это не повлияет на поведение ракеты. Ищите пудру другой марки, если вы увидите какие-либо другие добавки.

      • В некоторых регионах она продается в качестве сахарной глазури или кристаллизированной пудры.
      • Вы можете приобрести белый сахар в гранулах и перемолоть его в пудру при помощи блендера, кофемолки или мельницы для специй.

   2. Найдите нитрат калия. Этот химикат с формулой KNO 3 , который обеспечит достаточное для быстрого и продолжительного возгорания количество кислорода. Вы можете купить его как «уничтожитель пня» в магазинах для сада или любом строительном магазине. Некоторые производители «уничтожителя пня» включают в состав другие ингредиенты, поэтому прочтите этикетку и удостоверьтесь, что это именно 100% KNO 3 .

      • Иногда вы можете найти нитрат калия в аптеках, фармацевтических магазинах или онлайн-магазинах продажи химикатов. Для лучшего результата ищите его в виде порошка.
      • Держите сахар и нитрат калия в отдельных комнатах.

   3. Перемелите нитрат калия в порошок. Купите новую кофемолку и пометьте ее этикеткой «нитрат калия». Поставьте ее на чистую поверхность, вдали от сахарных и горючих материалов. Заполните наполовину нитратом калия и перемалывайте около 40 секунд, убедившись, что все гранулы измельчены. Чем более однороден порошок, тем лучше он смешается с сахаром.

      • Никогда не перемалывайте нитрат калия и сахар в одном и том же приспособлении, даже если делаете это в отдельных партиях. Это может спровоцировать пожар или взрыв.
      • Вам понадобится 65 грамм для этой затеи, примерно горсть.

   4. Найдите подходящую рабочую поверхность. После изготовления, ракеты находятся в опасности возгорания при контакте с теплом, искрой от металлического предмета или открытым огнем. В идеале, лучше всего изготавливать ракеты недалеко места планируемого запуска. Выберите открытое пространство без зевак. Даже четко нацеленные ракеты могут нанести разрушения окружающей обстановке и людям при обратном возвращении на землю.

      • Изучите местные законы, касающиеся запуска ракет или фейерверков.

   5. Установите электрическую плитку. Вскоре вы займетесь смешиванием двух компонентов вместе при нагревании. Существует риск пожара или взрыва в ходе этого процесса. Постарайтесь уменьшить количество повреждений, следуя рекомендациям:

      Наденьте снаряжение, обеспечивающее вашу безопасность. Существует значительная вероятность того, что смесь ракетного топлива воспламенится и резко взорвется. Надевайте перчатки, защитную маску и плотную одежду, которая закроет все участки кожи. Не носите одежду из синтетических материалов, которая может расплавиться на коже.

      • Также используйте маску, которая способна защитить голову и волосы.
      • Желательно надеть кожаный фартук и длинные кожаные перчатки.

   6. Добавьте все ингредиенты в огнеупорный контейнер. Используя кухонные весы, отмерьте 65 грамм порошкообразного нитрата калия и поднесите к нагревательной установке. Отмерьте на кухонных весах сахарную пудру. Отмерьте 35 граммов в другую емкость и поднесите к нагревательной установке. Насыпьте оба эти ингредиента в кастрюлю, которую вы не планируете использовать для других целей.

      Смешайте с содой (по желанию). Это замедлит взрыв, уменьшив тягу, но снизит риск преждевременного пуска ракеты. Смешайте 15 грамм пищевой соды с 100 граммами вашей топливной смеси. Используйте деревянное или силиконовое приспособления для помешивания.

   7. Подогревайте смесь, при этом помешивая ее. Поставьте емкость с сахаром и нитратом калия на нагреватель. Разогревайте до 193ºС, стараясь придерживаться как можно ближе этой температуры. Используя силиконовую палочку (ни в коем случае не металлическую), осторожно перемешивайте, чтобы соединить оба ингредиента и распределить тепло. Существует риск взрыва, если вы не будете постоянно помешивать. Перемешивайте, подогревая, пока вся смесь не превратится в густую, светло-коричневую пасту, похожую на арахисовое масло. Это может занять около часа, но партия таких размеров, как правило, готова уже через 20-30 минут.

      • Снимайте смесь с огня, как только сахар становится темно-коричневым. Слишком сильная карамелизация сделает ракетное топливо менее эффективным.

   Часть 3

   Завершение изготовления ракет

   1. Заполните топливом корпуса ракет Как только горячее ракетное топливо будет готово, влейте немного в одну из ваших заготовленных ракет. Сразу утрамбуйте его, убедившись в отсутствии пузырьков воздуха. Заливайте топливо и утрамбовывайте, пока не останется примерно 2,5 см свободного пространства в трубке.

      • Перекладывайте топливо деревянным приспособлением, если смесь остынет слишком сильно и ее заливка станет невозможна.
      • Оставьте свободное пространство между топливом и стопорным кольцом.

   2. Утрамбуйте дополнительное количество кошачьего наполнителя. Сделайте вторую заглушку сверху топлива, так же как вы делали изначально. Утрамбуйте хорошо, чтобы получить крепкую заглушку. Она должна быть ниже стопорного кольца или даже выходить за пределы ракеты.

      • Опять-таки вы можете использовать быстросохнущий клей. Дайте ему хорошо высохнуть.
      • Начиная с этого момента, если топливо воспламенится, то ракета начнет двигаться с огромным ускорением. Немного отступите назад во время утрамбовывания. Теперь обращайтесь с ракетой очень аккуратно и не направляйте ее конец в свою сторону.

   3. Аккуратно просверлите верхнюю часть заглушки. Пришло время превратить утрамбованную заглушку в сопло, через которое и будет создаваться подъемная тяга, выталкивая струю высокого давления. Существует вероятность старта ракеты во время сверления, так что будьте предельно осторожны. Находясь в рабочей зоне, удаленной от огня, просверлите конец ракеты следующим образом:

      • Прочно зафиксируйте вашу ракету и встаньте сбоку. Никогда не направляйте конец ракеты себе в лицо.
      • Выберите маленькое сверло, чтобы проделать небольшое отверстие в центре ракеты. Меньшее отверстие увеличит давление, но также может и преждевременно вытолкнуть заглушку. Возможно, вам придется поэкспериментировать, чтобы найти наилучший вариант.
      • Используйте наименьшую скорость дрели, чтобы поддерживать температуру при сверлении на невысоком уровне. Просверлите насквозь центр заглушки. Останавливайтесь каждые несколько секунд и вытягивайте сверло, чтобы уменьшить температуру и убрать налипшие на него частицы сухой тканью.
      • Сверлите, пока не проделаете отверстие сквозное отверстие в верхней заглушке.

   4. Создайте ядро (по желанию). Просверлив заглушку, вы можете сделать полое ядро в топливной части ракеты. Это позволит увеличить тягу, обеспечивая большую площадь поверхности для воспламенения. Вставьте штырь или алюминиевый стержень в топливную часть, продвигая его как минимум до половины ракеты.

      • Ваше топливо может оказаться слишком вязким или слишком твердым для создания ядра. Ничего страшного; ракета все равно будет работать.
      • Помните, никогда не держите концы ракеты у себя перед лицом.

Стандартное смесевое твердое топливо недоступно для большинства« ракетолюбителей». Приходится искать что-нибудь попроще… Для начала нужно решить, где начинается космос — куда же, собственно, нужно попасть. В последние годы более или менее договорились считать, что космос начинается с высоты в 100 км. Хотя это и не вполне так — для орбитального полета такая высота недостаточна, — но круглые числа психологически притягательны, поэтому 100-километровая граница устраивает большинство спорящих.

Редакция ПМ

Первый любительский космический запуск

Стив Беннет и его детище — ракета Starchaser Nova

В космос по дешевке

Тем не менее учредители приза за дешевый доступ в космос (Cheap Access To Space, или сокращенно CATS Prize) были более решительны — чтобы получить приз, нужно доставить полезную нагрузку в 2 кг на высоту 200 км. Конкурс стартовал в ноябре 1997 года, и, чтобы получить приз в $250 000, нужно было успеть достичь этой высоты до 8 ноября 2000 года. Было сделано более 30 попыток, но выше 25 км подняться не удалось никому, и приз так и остался неврученным. Никто не смог претендовать и на «утешительный» приз в $25 000 за достижение высоты в 125 км. Часть команд продолжили работу и после истечения назначенного срока — толчок, который CATS Prize дал любительскому ракетостроению, невозможно переоценить. Некоторые команды стали настоящими коммерческими фирмами, вот только ракеты они больше не делают…

Космический каскадер

Лишь одна команда — CSXT во главе с бывшим голливудским каскадером и мастером по спецэффектам Каем Майкельсоном — продолжила работу, пытаясь достичь первоначальной цели. Майкельсон, известный в узких кругах под именем The Rocketman за свою приверженность реактивной тяге, даже уйдя на отдых, продолжил занятия своей любимой пиротехникой. Проанализировав неудачи предшественников, CSXT отказалась от экзотических схем запуска со стратостата или самолета.

Запуски с воздушных шаров восходят к 50-м годам прошлого века. Попытки сэкономить на атмосферных потерях предпринимались еще до полета первого спутника, но, как в 1950-е годы, так и в 1990-е, результат был неудовлетворительным — простая на вид схема таила в себе множество «граблей», на которые неудачливые ракетостроители и через 40 лет наступали с тем же энтузиазмом.

Каю Майкельсону пришлось отказаться и от двухступенчатой конструкции — надежность ее в любительском исполнении оставляла желать лучшего, в чем он и убедился в ходе неудачной попытки достичь границы космоса в 1997 году. Вторая ступень просто не запустилась. Вдобавок после неудачных стартов конкурсантов CATS Prize получение разрешений на запуск двухступенчатых высотных ракет обставили почти непреодолимыми для любителей рогатками.

Пропуск в космос

Вообще-то американские законы, регулирующие любительское ракетостроение, самые либеральные в мире. Кроме обычных, запускаемых по всему миру ракетомоделей, в США определены классы High Power Rockets и, для тех, кому и этого не хватает, Experimental Rockets. Классификация идет как по полному импульсу двигателя (произведение тяги на время работы), так и по стартовой массе и разрешает — с определенными оговорками — любительские ракеты до 16 000 Н с в классе High Power Rocketry и до 128 000 Н с в классе Experimental Rocketry. Сравните это с максимальными 80 Н с на ракетомодельных соревнованиях! В Европе ничего подобного для любителей больших ракет нет, поэтому европейский рекорд высоты полета до сих пор менее 10 км. Мало того, европейские любители вынуждены возить свои ракеты в США, снаряжать и запускать их в Неваде!

Но и в пустыне законы следят за безопасностью весьма тщательно. Любителям запрещено перевозить большие заряды из штата в штат — снаряжать ракету нужно прямо на месте запуска. Есть и масса других ограничений, кажущихся на первый взгляд надуманными, но большинство из них созданы при разборе какого-нибудь несчастного случая и призваны устранить такие случайности в дальнейшем.

Летающий гвоздь

Все, что мог усовершенствовать Майкельсон, — это аэродинамика ракеты и характеристики топлива. CSXT провела большую исследовательскую работу, дабы достичь максимальных характеристик. Объем испытаний двигателей различных калибров был непредставим для большинства любителей — больше дюжины самодельных РДТТ калибром 6 и 8 дюймов (15−20 см) сгорели на испытаниях при попытках добиться надежной работы на пике возможностей. Говорят, затраты команды превысили $130 000! Но наконец, в январе 2002 года ракета, способная достичь космоса, была готова. Она получила имя Primera, в честь компании-спонсора, производителя компакт-дисков. Лишь 1 июня удалось получить разрешение на запуск — однако он не состоялся из-за погодных условий. На новую попытку в конце сентября нужно было новое разрешение, которое было получено 27 августа. Но 21 сентября 2002 года эта ракета, успев подняться на 720 м и набрать скорость 1700 км/ч всего за три секунды, разрушилась в воздухе из-за прогара корпуса двигателя возле сопла и разворота ракеты поперек потока.

Доработки и изготовление новой ракеты, названной GoFast, заняли полтора года. Ракета потяжелела в полтора раза и весила на старте 328 кг (из них 197,5 кг весило топливо). Длина ракеты была равна 6,4 м, а диаметр корпуса — всего 25,4 см, то есть ракета выглядела тонкой, как гвоздь! В профессиональном ракетостроении такие пропорции почти не встречаются, но необходимо было любой ценой уменьшить аэродинамическое сопротивление, что при гиперзвуковой скорости достижимо только путем уменьшения диаметра. Да-да, ракета должна была набрать гиперзвуковую скорость еще в плотной атмосфере — на высоте около 8−10 км, где летают обычные дозвуковые лайнеры. Поэтому нос ее представлял собой сплошной стальной конус с очень маленьким углом раскрыва и тоненький у вершины — токарь сумел выточить эту деталь лишь с третьей попытки.

Первый рекорд

На этот раз судьба была более благосклонна к команде. 15 мая 2004 года с чудовищным ускорением в 21,5 g (больше, чем у катапульты для спасения летчиков-истребителей) тоненькая ракета устремилась к границе космоса. Привлеченные наблюдатели радиолокатором отслеживали скорость и высоту ракеты. Через 13 секунд топливо в двигателе полностью выгорело и ракета полетела по инерции со скоростью, в 5,2 раза превышавшей скорость звука. Стало ясно, что рекорд состоится. Через 2,5 минуты ракета достигла космоса. Через пять минут после старта были приняты сигналы радиомаяка — модуль полезной нагрузки спускался на парашюте. К сожалению — далековато от расчетного места приземления. Найти его удалось, когда батареи маяка уже иссякли. А корпус ускорителя пришлось искать более двух недель — он упал в 40 км от места старта. Эти трудности несколько омрачили успех, но высота в 115 км была взята, о чем, кроме радиолокатора, теперь свидетельствовали и записи бортового «черного ящика»!

Почти шаттл

Но вернемся к сахару. Топливо, использованное в ракете GoFast, было максимальным любительским приближением к топливу стартовых бустеров (SRB) «Шаттла». Типовое смесевое твердое топливо состоит из перхлората аммония, алюминия и синтетического каучука, изначально жидкого, твердеющего прямо в двигателе. Но перхлорат аммония и каучук — вещества, практически недоступные для большинства «ракетолюбителей». Их продажа находится под весьма серьезным контролем. Да и алюминиевый порошок нужен не абы какой — «серебрянка», например, не годится, частицы металла должны иметь сферическую форму и определенный размер.

Карамель

В результате двигатели на таком топливе даже в США доступны лишь единицам. Остальным приходится применять что-нибудь попроще. Например, пресловутый сахар. «Карамельное» ракетное топливо действительно представляет собой сплав сахара с калийной селитрой. Его характеристики скромны, но все же оно раза в полтора лучше известного всем дымного пороха, на котором ракеты летали почти тысячу лет, прежде чем был придуман пироксилин. К тому же «карамель» как минимум в 10−20 раз дешевле, чем топливо на перхлорате аммония. Кто придумал «карамельное» топливо, сейчас установить сложно, появилось оно в середине XX века. Американские источники утверждают, что впервые его применил Билл Колберн в 1943 году в Калифорнии. Редкие книги о любительском ракетостроении не воспроизводили его рецепт, но на научную основу применение его было поставлено лишь в середине 1990-х — любители стали изучать свойства топлива, зависимость его характеристик от вариации состава, от начальной температуры, давления в камере и т. д. Конечно, в распоряжении профессионалов есть энергетически более выгодные вещества, но любителям для серьезного и безопасного применения все эти сведения были необходимы, и получить их можно было лишь экспериментальным путем.

Не сахар

Оказалось, что топливо это устойчиво горит в широком диапазоне давлений в камере, что позволило делать на нем как простейшие бумажные двигатели, так и перезаряжаемые металлические. Малые отклонения в составе также не мешают его хорошей работе, поэтому оно более безопасно. Однако есть у этого топлива и недостатки, прежде всего — это хрупкость. К примеру, топлива на основе каучука весьма мягкие, профессионалы-ракетчики

утверждают, что от куска такого топлива можно руками отщипнуть крошку, это позволяет наглухо скреплять заряд с корпусом. Заряд служит и теплозащитой — пока он весь не сгорит, корпус двигателя не нагреется. С карамелью так делать нельзя — она может растрескаться под рабочим давлением, доходящим до полусотни атмосфер! Поэтому карамельный заряд — вкладной, между ним и корпусом должна быть узенькая щель для выравнивания давления. Но при этом металлический корпус должен быть защищен от горячих газов, ведь их температура достигает почти 1400˚C, так что металл неизбежно потеряет прочность.

Другой недостаток «карамели» — большое количество «конденсированной фазы». Так ракетчики называют продукты сгорания, которые не являются газами. При горении карамели образуется поташ, или углекислый калий. В камере он жидкий, а в сопле становится твердым. Мельчайшие частички углекислого калия создают плотный белый дым. Этот дым довольно едкий, так как поташ имеет щелочную реакцию. Поэтому ни в коем случае нельзя жечь «карамельное топливо» в закрытом помещении. Но для ракетного двигателя конденсированная фаза вредна по другой причине: твердые или жидкие частички не могут расширяться в сопле, как газы, а значит, не создают работы; тепло от них к газу передается только излучением, поэтому КПД ракетного двигателя уменьшается. Это значит, что фактический удельный импульс «карамели» заметно ниже теоретического, рассчитанного из теплоты химических реакций.

И еще один серьезный недостаток — для классической сахарной карамели слишком мала разница температур между плавлением сахара и загоранием готовой смеси. Но эта проблема была успешно решена заменой сахара на сорбит. Сорбитовое топливо горит медленнее, чем сахарное, но работать с ним гораздо безопаснее, ведь сорбит плавится уже при 125˚C, а сахароза — лишь при 185˚. Все остальные полезные свойства сахарного топлива у сорбитового сохранились.

На честном слове

После триумфа GoFast многие ракетчики предъявляли претензии команде CSXT. Дескать, их ракета «нечестная», поскольку не может быть воспроизведена практически никем из любителей, и к тому же из-за большого отклонения их ракеты высотные пуски теперь находятся под гораздо более плотным контролем: чиновники в США решили, что их законодательство чересчур либерально. Но с другой стороны, однажды решенную задачу второй раз решить гораздо проще. И канадец Ричард Накка, один из главных энтузиастов «карамели», решил добиться «честного» с точки зрения любительского ракетостроения результата, достичь границы космоса на сахарном — или сорбитовом — топливе. Проект был назван Sugar Shot to Space, в вольном переводе «На сахаре в космос».

Но сначала надо было выяснить, решаема ли эта задача в принципе. Если бы не мешала атмосфера, достаточно было бы скорости 1400 м/с, чтобы с поверхности Земли «допрыгнуть» до высоты 100 км. Но у GoFast атмосфера «съела» около 300 м/с (больше 1000 км/ч!). Чтобы уменьшить величину потерь, надо разгоняться в более разреженном воздухе, на большей высоте, а для этого необходимо уменьшить стартовую перегрузку и увеличить время работы двигателя. Но для неуправляемой ракеты это нежелательно, так как увеличивается участок, на котором стабилизаторы плохо работают. Нужно увеличивать либо высоту направляющей, либо размер стабилизаторов, что увеличивает аэродинамические потери.

Свой профиль

Анализ аэродинамики был выполнен очень тщательно, в результате пропорции ракеты получились еще более странными, чем у GoFast, — длина в 30 раз больше диаметра, три стабилизатора вместо четырех, да и форму носовой части пытались оптимизировать. Вот только все это не приближало к желаемому результату. Делать же ракету двухступенчатой не хотелось, так как это уменьшало надежность и увеличивало сложности с получением разрешения на запуск. Ричард Накка был не понаслышке знаком с этими проблемами.

Надо было придумать такой профиль тяги (зависимость тяги от времени), который можно было бы реализовать в движке на карамели и который бы снизил аэродинамические потери и не слишком увеличил потери гравитационные. В зенитных ракетах используется быстрая стартовая ступень с тягой под сотню тонн и ускорением до 50 g (в противоракетных системах) и относительно «долгоиграющая» маршевая — с гораздо меньшей тягой. Но маршевая ступень раньше делалась на ЖРД, а сейчас — на специальных твердых топливах, обеспечивающих большое время работы. Для любителей это не годится — слишком велик объем отработочных испытаний. У простых карамельных движков время работы тесно связано с диаметром.

Баллистическая пауза

Но решение было найдено — им стал двухстадийный двигатель. Такой двигатель состоит из двух камер с двумя зарядами топлива, по очереди работающих на общее сопло. Между камерами — заглушка из пережигаемого материала, которая не должна пустить горячие газы ко второму заряду во время работы первого. После выгорания первой стадии ракета будет некоторое время лететь вверх по инерции, постепенно теряя скорость, но и выбираясь из плотных слоев атмосферы, и лишь по окончании баллистической паузы воспламенится вторая половина запаса топлива. Максимальная скорость при этом будет заметно меньше, чем у GoFast, и достичь ее удастся на большей высоте — при этом аэродинамические потери снизятся.

Однако при всех ухищрениях стартовая масса и размеры у ракеты на сахарном топливе должны быть больше, чем на перхлорат-каучуковом. Поэтому члены группы SS2S построили вначале модель двухстадийного двигателя в масштабе 1:4 (по линейным размерам; по массе топлива это 1/64). Только с четвертой попытки к ним пришел успех — сложнее всего было добиться, чтобы камера первой стадии не прогорала во время работы второй, ведь ей доставалась двойная доза тепловой нагрузки.

Однако, преодолев все трудности, ракетчики поняли, что перед постройкой полноразмерной ракеты для штурма космоса им придется сначала отработать технические решения на чем-то подешевле, и сейчас строят ракету в масштабе 1:3. Долог путь любителей в космос! Но мы надеемся, что со временем у них все получится, и желаем им настойчивости и успехов.