khimie.ru

Первыми в космосе оказались топливные элементы с твердым полимерным электролитом. Там же выявились и их существенные недостатки. Для полетов на Луну − тут потребовались установки более мощные − они явно не годились: твердый электролит успешно работал лишь при температурах, не превышающих 60 градусов по Цельсию: при более высоких температурах полимер просто плавился. И это сильно усложняло огранизацию отвода тепла.

При малом перепаде температур нужна большая поверхность теплоотдачи, из-за чего система становится слишком громоздкой, и большая скорость циркуляции теплоносителя. В итоге все это приводит к большим затратам энергии на перекачку газов и жидкостей. Поэтому необходимо было разработать топливные элементы с более высокой рабочей температурой.

И вот − каприз фортуны! − на Луну отправились водородно-кислородные топливные элементы, которые создал Ф. Бэкон.

Мы помним, что к 1959 году Бэкон разработал первый вполне работоспособный вариант. Однако он имел еще массу недостатков. Тут даже многотерпеливый и сверхнастойчивый Бэкон, не имевший к тому же конкретных заказчиков, вынужден был в конце концов свернуть работу. Но в этот тяжелый для него момент патенты Бэкона купила американская фирма «Пратт − Уитни». Купила, чтобы, основываясь на технических достижениях Бэкона, приступить к разработке энергетической установки для космических кораблей «Аполлон», создававшихся для полетов на Луну.

Специалистам фирмы удалось коренным образом модернизировать элементы Бэкона, вдохнуть в них новую жизнь. Прежде всего, щелочной электролит, представлявший собой 30-процентный раствор едкого кали, исследователи заменили 85-процентным, что позволило резко снизить рабочее давление в газах до нескольких атмосфер. Очень много было сделано и для улучшения электрохимических характеристик и конструкции электродов и элементов.

Мы не будем входить тут в подробности. Помянем лишь, что при нормальной рабочей плотности тока напряжение на одном элементе удалось держать в пределах 0,9-1,0 вольта, что соответствовало коэффициенту полезного действия 60-67 процентов. Это было большим преимуществом бэконовских элементов по сравнению с элементами с ионообменными мембранами, которые стояли на «Джемини»: их кпд был примерно 50 процентов. Ясно, что при большем коэффициенте полезного действия требуется меньше водорода и кислорода, что в конечном счете обеспечивает выигрыш в весе всей установки при длительной работе.

Большое внимание, конечно, было уделено и проблеме надежности. Инженеры так собрали батарею, что любой ее элемент можно было при желании легко вставить в батарею и изъять из нее в случае неисправности.

Батарея топливных элементов на космических кораблях «Аполлон» состояла из трех независимых секций, причем для нормальной работы было достаточно мощности двух секций, каждая из которых весила примерно 120 килограммов. В каждой секции последовательно соединялся 31 элемент, секция работала с мощностью 560-1420 ватт. При кратковременной нагрузке можно было отбирать до 2,3 киловатта мощности.

В энергосистему кораблей «Аполлон» входили также аккумуляторные батареи для обеспечения электроэнергией основных систем в аварийных ситуациях. Вся энергоустановка, рассчитанная на работу в течение 15 суток, весила 800 килограммов.

Видимо, детище Бэкона, к его немалому удивлению, не только вытянуло «счастливый билет», но и довольно успешно справилось с труднейшими задачами. Энергоустановки в космосе работали вполне нормально. Они обеспечили выполнение основной цели программы «Аполлон» − космические корабли «Аполлон-11» и «Аполлон-12» доставили космонавтов на Луну и возвратили их на Землю.

Правда, при полете корабля «Аполлон-13» произошла авария в кислородных баках системы энергоснабжения, но космонавты с помощью аккумуляторных резервных батарей благополучно возвратились на Землю.