Владимир Николаевич Ипатьев сыграл огромную, им самим и современниками до конца не оцененную роль в победе союзников во Второй мировой войне. Одним из ее главных эпизодов была «битва за Англию», «Battle of England». Так после знаменитой речи Уинстона Черчилля принято называть ежедневные бомбардировки немецкой авиацией Великобритании в 1940 году, предпринятые с целью заставить Англию заключить мир на условиях Гитлера. Это был первый пример широкомасштабного ведения боевых действий с помощью военно-воздушных сил. И без Ипатьева представить себе историю воздушно-ракетной техники невозможно.
«Оружие возмездия»
В половине седьмого утра 6 июня 1944 года на севере Франции был открыт долгожданный Второй фронт — англо-американские войска высадились в Нормандии. Неделю спустя, в ночь с 12 на 13 июня, немцы впервые применили крылатую ракету — «оружие возмездия» (Vergeltungswaffe, V-1, Фау-1). Наводка ракеты на цель производилась на земле перед стартом, и в полете этот снаряд, несущий около 1 тонны взрывчатки, был уже неуправляемым. Точность попадания не превышала 15 километров, поэтому имело смысл выпускать Фау-1 только по крупным объектам, что немцы и делали, обстреливая Большой Лондон, а позже Антверпен. Первоначально они собирались пустить «оружие возмездия» в дело 20 апреля 1944 года, в день рождения Гитлера, но помешали недоработки технического характера.
Пусковые установки для V-1 были построены в Северной Франции, откуда они могли долететь до Англии — радиус действия V-1 составлял 250 километров. С октября 1944-го по март 1945-го немцы выпустили около 16 тысяч ракет V-1 Их испытания проводились в основном в Пенемюнде, на берегу Балтийского моря. Аэрофотоснимки этого центра были сделаны англичанами после донесений участников польского подполья, обнаруживших здесь крупный ракетный полигон. Первой крылатую ракету V-1 идентифицировала на снимках старший лейтенант Констанция Бебингтон-Смит.
Несмотря на низкую точность наведения, а также действия английской авиации и зенитной артиллерии, несколько тысяч V-1 достигло Лондона. Великий английский писатель Ивлин Во пишет, что самым страшным для лондонцев был не столько звук летящего над ними снаряда, сколько наступавшая вдруг тишина — она означала, что мотор выключился и снаряд падает вертикально вниз, прямо на тебя. 17 июня 1944 года у человечества был шанс быстрого прекращения войны: отклонившийся от курса V-1 упал на бетонный бункер в Марживале (Франция), где в тот момент находился Гитлер. К сожалению, бункер устоял. Всего от V-1 пострадало более 80 тысяч зданий, погибло около 6 тысяч человек.
В литературе приводятся противоречивые сведения о топливе крылатых ракет. Некоторые источники сообщают, что горючим компонентом являлся бензин, другие — гидразингидрат. Известно, что емкость с похищенным топливом однажды загорелась в кармане у польского подпольщика; это чуть не стоило ему жизни, поскольку случилось на глазах у немецкого патруля. С бензином такого произойти не могло, так что, по-видимому, справедливо утверждение английского историка Джона Фуллера об использовании обычного авиационного бензина с добавками гидразингидрата (соединение воды с гидразином N2H4).
Подтверждением этому является установка на V-1 простого двигателя, разработанного еще в 1938 году. Окислителем там служил кислород воздуха. Для работы катапульты, с которой осуществлялся запуск «оружия возмездия», применяли концентрированную перекись водорода. То самое вещество, с помощью которого изготавливают крашеных блондинок.
Катализ Ипатьева
Говоря о топливе для ракет и самолетов, вспомним великого русского химика академика Владимира Николаевича Ипатьева, основателя российской и советской химической промышленности, в 1930 году эмигрировавшего в США.
В Америке советский академик Ипатьев возглавил химическую лабораторию крупного нефтехимического концерна. Одним из результатов его экспериментов было создание катализаторов для получения высокооктанового топлива. Полученное по методу Ипатьева топливо использовалось для заправки американских и английских самолетов, которые после этого могли летать со значительно большими скоростями при лишь небольшой переделке двигателя. В результате самолеты союзников получили огромное преимущество перед немецкими и, в частности, смогли сбивать до 70 % неуправляемых V-1, летавших со скоростью 600 километров в час, не говоря уже о вражеских самолетах. Многие западные историки отмечают, что в этом смысле именно Ипатьев выиграл «битву за Англию».
Владимир Николаевич Ипатьев родился в 1867 году, закончил Михайловское артиллерийское училище. Хотя химического высшего образования не получил, он вскоре защитил диссертацию по органической химии, работал в Германии у знаменитого Адольфа фон Байера и в Париже, а во время Первой мировой войны занимался, как и, увы, большинство химиков в то время, созданием химического оружия — но и защитой от него. Организовал производство отравляющих и взрывчатых веществ, фактически создал российскую химическую промышленность, точнее, ее органическую составляющую. Был выбран в академики Петербургской академии наук, а поскольку закончил военное учебное заведение, вскоре стал и генералом. Именем Ипатьева названа одна из органических реакций, а это величайшая честь для химика. Именная реакция — честь повыше Нобелевской премии, это как названные в честь первооткрывателей пролив, море или горы.
После революции он возглавил всю химическую промышленность Советской России, что не лучшим образом сказалось на его отношениях с русскими эмигрантами, встреченными им в 1930 году, когда ему удалось выехать на Берлинский конгресс по энергетике. А возвращаться в СССР было уже невозможно, там начались аресты ученых, в том числе его близких знакомых. Между прочим, знаменитый екатеринбургский «ипатьевский дом», в котором была расстреляна вся семья императора Николая II вместе со слугами, фрейлинами и личным доктором, принадлежал брату Владимира Николаевича, Николаю Николаевичу Ипатьеву.
И вот Владимир Николаевич остается за границей, сначала в Европе, а с 1930 года — в США, куда его пригласили работать в компании UOP. Именно здесь он и осуществил свои выдающиеся работы в области катализа, хотя первым его знаменитым изобретением, сделанным еще в самом начале века, была «бомба Ипатьева» — реактор для проведения реакций при высоких давлениях и температурах. Обычно считают, что катализатор — это вещество, ускоряющее химические реакции и при этом не расходующееся. Это не совсем правильно, но в первом приближении вполне допустимо. Только вот добавим, что катализатор может реакцию не ускорять, а замедлять, но тогда это вещество называют ингибитором. Катализаторы бывают гомогенными (от греческого слова, означающего «однорожденные»), если и реагенты, и сам катализатор растворены в какой-нибудь жидкости, обычно в воде. Или все эти вещества газообразны. Но Ипатьев чуть ли не первым использовал гетерогенные катализаторы («разнорожденные») — например, катализатор может быть твердый, а реагенты газообразные.
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…
В главе 15 подробно рассказывается о случайных открытиях в химии, но про одно такое открытие уместно рассказать здесь. Речь идет о резине, основой которой является каучук. Известно, что чистый каучук никак не годится для изготовления автомобильных покрышек и болотных сапог. Но в самом начале XIX века шотландский химик Чарльз Макинтош опрокинул на свой лабораторный халат раствор каучука в бензине, попытался отмыть каучук сначала тем же бензином, а потом водой с мылом и заметил, что через пятно вода не проникает. Догадливый шотландец не стал наносить каучук на шотландские килты (юбочки), а пропитал каучуком летнее пальто из тонкой ткани — так появился непромокаемый плащ макинтош. Вполне случайное открытие, но мы не об этом. Макинтоши быстро вошли в моду в дождливой Англии, а потом и по всему свету, однако носить их было несколько неудобно, потому что каучук — довольно липкое вещество, а липкий плащ — явно не лучшее изобретение тружеников гламура. Причем летом макинтоши чуть ли не растекались, а в холода стояли колом.
Лет через пятнадцать после появления макинтошей другой Чарльз, по фамилии Гудъир, пытаясь как-то ликвидировать эти недостатки каучука, добавлял к нему все, что попадалось под руку. Он перепробовал сотни соединений и нашел-таки такое вещество — элементарную серу, которая снижала липкость каучука. Это открытие не совсем случайное, а скорее результат широкоохватного поиска, но вот идея вулканизации уже точно пришла Гудъиру в голову совершенно случайно. Однажды он не то уронил, не то в ярости бросил кусок смешанного с серой каучука на горячую плиту и вдруг заметил, что смесь перестала быть смесью — появилось новое упругое и не мажущееся вещество. Позже его назвали резиной (от латинского resina — смола), а процесс взаимодействия каучука с серой — вулканизацией, в честь бога огня Вулкана.
С химической точки зрения вулканизация представляет собой «сшивание» отдельных звеньев полимера, составляющего каучук, причем в качестве «ниток» между звеньями используются цепочки из атомов серы — S-S-S-. Получается так называемый сшитый, или трехмерный, полимер, который можно рассматривать и как единую огромную молекулу. Из резины делают покрышки и электроизоляцию, подметки и сапоги, ручки для инструментов, самые различные ремни и уже не липкие макинтоши. Причем вулканизации можно подвергать не только изопреновый каучук, но и практически все виды синтетического, в том числе лебедевского.
А разработавший промышленный способ получения синтетического каучука Сергей Васильевич Лебедев умер в 1934 году от сыпного тифа, как было записано в истории болезни. Это довольно странно, ведь тогда Лебедев был академиком, жил в прекрасной отдельной квартире в центре Ленинграда, на Нижегородской улице (теперь — улица Академика Лебедева). Переносчиком сыпного типа является обычная платяная вошь, которая вряд ли могла угнездиться в лаборатории или квартире почтенного академика. Что-то тут не так. На определенные сомнения наводит и то, что Сергей Васильевич умер практически одновременно с Борисом Бызовым, изобретателем другого метода получения синтетического каучука из углеводородного (нефтяного) сырья, причем вскоре после начала промышленного производства этого важного продукта. Оба ученых стали не нужны? В тот год как раз поднялась новая волна репрессий, причем именно в отношении научно-технической интеллигенции. Это только умница Ипатьев догадался в 1930 году, что возвращаться в СССР не стоит. Кстати, вернемся ненадолго к Ипатьеву.
Владимира Николаевича сравнивали с Менделеевым и с другими выдающимися химиками, он был необычайно трудолюбив и обожал лично проводить эксперименты, а не поручать их лаборантам или простым сотрудникам. Несмотря на то, что являлся большим начальником! Ипатьев был, скажем так, живым человеком, интересовался не только гетерогенными катализаторами, но и существами другого («гетеро») пола. Некоторые из его невинных увлечений работали с ним в лаборатории. Кстати, почему-то большинство химиков — женщины. Удивительно, что совсем другая ситуация в физике, что уж там говорить о математике. У меня есть собственная гипотеза на этот счет, причем относящаяся не только к женщинам-химикам, а вообще к химии. Дело в том, что химия все-таки не совсем наука, а в немалой степени — искусство. И, между прочим, многие химики-органики, придумывающие свои хитроумные реакции, часто со мной соглашаются. Редко когда в химии успех достигается чисто логическими рассуждениями, вот и Менделеев свою Таблицу создал во многом интуитивно: мы уже говорили, что для открытия Периодического закона путем последовательных логических рассуждений у него не было достаточного количества данных. Искусство и интуиция — женские дела! А если вспомнить, что химия еще и кропотливая, систематическая работа, к которой дамы приспособлены лучше джентльменов, то все и объясняется. Лучший пример — дважды лауреат Нобелевской премии, знаменитая труженица Мария Склодовская-Кюри.