Топливо для ракеты

Сегодня мы поговорим про вещество, которое входит как один из компонентов в ракетное топливо. Его открытие изменило отрасль ракетостроения и благодаря ему люди стали ближе к звездам. Итак, встречайте, 1,1-диметилгидразин. 

1,1 - Диметилгидразин еще известен под названием несимметричный диметилгидразин (НДМГ), также он имеет и кодовое название «гептил». 

НДМГ — бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость с резким неприятным запахом, характерным для аминов (запах испорченной рыбы, схож с запахом аммиака, очень похож на запах шпрот), летучее вещество, температура кипения +63,1°C.

Температура кристаллизации −57,78°C, плотность 790 кг/м³. Хорошо смешивается с водой, этанолом, большинством нефтепродуктов и многими органическими растворителями. Гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха, что приводит к снижению удельной тяги двигателей (100 м/с на каждые 0,5 % воды в составе смеси). 

Самовоспламеняется при контакте с окислителями на основе азотной кислоты и тетраоксида диазота, что упрощает конструкцию и обеспечивает лёгкий запуск и возможность многократного включения ракетных двигателей. 

Взаимодействие диметилгидразина и его водных растворов с азотной кислотой протекает бурно. Воспламенение происходит до 50%-й концентрации водного раствора. Растворы меньшей концентрации реагируют с образованием соли азотной кислоты. НДМГ термически стабилен до +350 °C. В интервале +350…+1000 °C продуктами разложения являются аммиак, амины, синильная кислота, водород, азот, метан, этан, смолистые и другие вещества.

Несимметричный диметилгидразин производится в промышленных масштабах двумя способами. Один из методов, основанный на процессе Олина Рашига, включает реакцию монохлорамина с диметиламином с получением хлорида 1,1-диметилгидразиния: 

Второй способ предполагает что в присутствии подходящих катализаторов ацетилгидразин можно N-диметилировать с использованием формальдегида и водорода с получением N,N-диметил-N'-ацетилгидразина, который впоследствии можно гидролизовать:

Факты от Яны: 

• НДМГ применялся и применяется в жидкостных ракетных двигателях ракет-носителей разных стран (Россия, США, Китай, Индия, Франция), а также пилотируемых и грузовых космических кораблей, спутников и орбитальных станций. НДМГ стабилен и может храниться в ракетных топливных системах в течение длительного времени, что делает его привлекательным для использования во многих жидкостных ракетных двигателях, несмотря на его стоимость.
• В 1949 году Государственным институтом прикладной химии было получено авторское свидетельство на несимметричный диметилгидразин как эффективное пусковое ракетное топливо, обладающее рядом уникальных свойств по сравнению с горючим ТГ-02, в пять раз меньшим периодом задержки самовоспламенения, меньшей зависимостью от температуры и повышенной энергетической эффективностью.
• НДМГ — высокотоксичное и летучее вещество. Например, его канцерогенные свойства используются в исследованиях для получения у крыс колоректальной карциномы. Гептил обладает сильным токсическим и мутагенным действием. Действие на организм человека: раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей и лёгких; сильное возбуждение центральной нервной системы; расстройство желудочно-кишечного тракта (тошнота, рвота), в больших концентрациях может наступить потеря сознания.
• В споре Сергея Королёва с Валентином Глушко о принципах выбора топлива для ракет (что важнее — энергоэффективность или экологичность) Королёв называл гептил «чёртовой отравой».
• Гидразины и их метилпроизводные токсичны, но о значениях LD50 не сообщается. Это предшественник диметилнитрозамина, который является канцерогенным. Согласно научным данным, использование НДМГ в ракетах на космодроме Байконур оказало неблагоприятное воздействие на окружающую среду и местное население.
• Гидразинные горючие отличаются низкой химической стабильностью в контакте с атмосферой, однако практически не вызывают коррозии конструкционных материалов в паровой и жидкой фазах. Для хранения НДМГ используют резервуары из низкоуглеродистых сталей, установленные наземно или заглублённо. Так же, как и тетраоксид диазота, НДМГ хранят под давлением азота в насыщенном состоянии.
• На воздухе НДМГ взаимодействует с кислородом, при этом образуются 1,1,4,4-тетраметилтетразен, аммиак, диазометан, полиметилены, смолистые вещества основного характера. Наиболее опасные продукты таких реакций являются канцерогенными  и мутагенными веществами.
• НДМГ можно нейтрализовать путём каталитического гидрирования с образованием диметиламина и аммиака. Загрязнённые им воды можно очищать каталитическим окислением перекисью водорода.
• Накопленные в военных целях запасы 1,1-диметилгидразина можно использовать в качестве сырья для получения полиуретанов, ПАВ, ингибиторов коррозии, биологически активных веществ, химфармпрепаратов, удобрений с микроэлементами.
• С гептилом  случались опасные аварии. Так, в ночь на 1 февраля 1988 годав Ярославле, в 300 метрах от моста через Волгу, произошла авария:опрокинулась железнодорожная цистерна, в которой перевозился гептил, и несколько сот килограммов вещества вылилось на землю (малая часть того, что было в цистерне). Тогда все более или менее обошлось: вещество не попало вВолгу и не загорелось (удачно, что была зима). Население города также не стали эвакуировать (чтобы не создавать паники). Была оцеплена зона в радиусе 500 метров. В зону оцепления попали школа и детский сад, а проходная знаменитого шинного завода была как раз в 500 метрах. Но производство решили не останавливать. Раздали противогазы, но мало кто брал, были эвакуированы жители близлежащих домов, но, по свидетельствам очевидцев, многие остались дома, лишь закрыли окна. Не знали, что, собственно, разлито. Не верили в реальность серьезной угрозы. Разубеждать никого не пытались. Официально было сказано, что разлито "ядовитое вещество", но мудрое наше население знало, что это - ракетное топливо, но не знало, какое. Пролитый гептил был собран (12 человек, что участвовали в ликвидации авария, были госпитализированы), зараженный грунт был срезан (как после радиоактивного заражения) и увезен в могильник.
• В 2013 году через минуту после взлета с космодрома Байконур потерпела крушение ракета-носитель «Протон-М», в которой находилось около 600 тонн компонентов топлива (включая гептил), большая часть которых сгорела при взрыве.
• Отравление гептилом является одной из версий гибели группы Дятлова в 1959 году в Свердловской области. В качестве доказательства приверженцы данной версии апеллируют к цвету лица погибших, который был оранжевым – типичным при отравлении ракетным топливом.