РАКЕТЫ И КОРРОЗИЯ
РАКЕТЫ И КОРРОЗИЯ
Инженер-полковник В. МАЛИКОВ, профессор, доктор технических наук
Каждый видел металл, покрытый ржавчиной. Но не все знают, что ржавление и другие виды коррозии уничтожают более 10 процентов металла, производимого в мире за год. Это больше годового производства металла в Швеции, Финляндии, Италии и Бельгии, вместе взятых. Борьба с коррозией стала серьезнейшей проблемой современной науки и техники. Существует она и в военном деле. Ведь коррозия ведет не только к потерям металла. Даже незначительные коррозионные повреждения деталей механизмов, узлов, агрегатов способны снизить точность и надежность их действия, а значит, и боеготовность техники. Вот почему издавна во всех армиях затрачивают огромные усилия на осмотр, чистку, смазку и окраску техники, оружия. О максимально возможном предупреждении коррозии пекутся конструкторы, создавая танки, орудия, боевые корабли.
Борьба с коррозией не миновала и ракетную технику. На первых порах, когда ракетное оружие было еще молодым, для борьбы с коррозией зарубежные специалисты привлекали лишь методы, общепринятые в технике, — использовали материалы, устойчивые к коррозии, окраску, смазку деталей и узлов. Однако скоро выяснилось, что этого недостаточно, нужны мероприятия, учитывающие специфику эксплуатации и боевого использования ракет. Ведь для ракеты, как изделия тонкостенного, чаще всего металлического, коррозия особенно опасна. И, как отмечалось в печати, в наибольшей степени это касается ракет, содержащихся в шахтах в состоянии готовности к пуску. По образному выражению одного из зарубежных специалистов, эффект воздействия коррозии на ракету вполне сравним с прямым попаданием снаряда.
Ракета и ее враги
В шахты — многометровые углубления в грунте — помещают, как известно, баллистические ракеты стратегического назначения. Это обеспечивает скрытность их позиций. Ракета в шахте в меньшей степени подвержена действию поражающих факторов ядерного взрыва и обычных снарядов, бомб. Наконец, шахты защищают ракеты и от ветра, солнца, атмосферных осадков, резких колебаний температуры. Но пути коррозии при этом еще не закрыты. Исследования, проведенные американскими специалистами, показали, что мощным источником ее служит высокая влажность воздуха в шахте.
Процесс разъедания металла под действием влажного воздуха в химии и технике именуют атмосферной коррозией. Степень ее может быть разной — от возникновения пленки окисла на поверхности металла, когда влажность воздуха невелика, и до серьезных повреждений под сплошной пленкой конденсата влаги.
Если в конденсате растворяются агрессивные вещества, которые образуются при разложении лакокрасочных покрытий, смазочных материалов, старении резины, то атмосферная коррозия переходит в химическую, более интенсивную. В журнале «Милитэри инжениринг» отмечалось, что возможные проливы, даже микроскопические утечки и испарения компонентов ракетного топлива, при соответствующих условиях температуры и влажности в шахте также способны вызывать серьезные коррозионные разрушения металлических конструкций, электронных и электрических систем ракеты.
Коррозионные процессы всех видов значительно ускоряются под действием так называемых блуждающих токов, возникающих в железобетонных сооружениях и грунтовых породах. Возникают они в однопроводных кабельных линиях, когда электрические установки постоянного тока заземлены, а также при электросварочных работах. Радиус действия блуждающих токов иногда доходит до нескольких километров, а величина их может достигать 20 и более ампер.
Блуждающие токи, отмечалось в печати, существенно влияют на коррозию арматуры железобетонной конструкции шахты. Поврежденная коррозией арматура теряет прочность, и в бетоне возникают растяжения, которые вызывают его разрушение — в шахтном стволе, на оголовке появляются трещины. По мнению зарубежных специалистов, коррозия, вызываемая блуждающими токами, опасна вдвойне, потому что она нарушает гидроизоляцию шахты, например за счет коррозии сварных швов, а это ведет к росту влажности воздуха и, следовательно, к более интенсивной атмосферной и химической коррозии.
В журнале «Хитинг, пайпинг энд эйр кондишенинг» сообщалось, например, что при хранении заправленных топливом американских ракет «Титан-2» наблюдались случаи протекания ракетного окислителя — четырехокиси азота — через микроскопические отверстия в сварных швах и механических соединениях баков. Четырехокись азота вступала в химическую реакцию с влагой окружающего воздуха, и образовывалась жидкая азотная кислота. Капли кислоты постепенно увеличивались, кислота химически взаимодействовала с металлом бака, и ракеты выходили из строя, так как в баках появлялась течь.
Вначале для борьбы с подобной коррозией специалисты пытались усилить герметизацию сварных швов и соединений баков — на них наносили слой эпоксидных смол, создавали другие химические покрытия. Течь окислителя снизилась, но коррозия полностью не прекратилась. Положительные результаты были достигнуты лишь после того, как в ракетных шахтах установили специально разработанные системы для осушки воздуха.
Два пути
В настоящее время борьба с коррозией ракет считается за рубежом одним из важнейших вопросов повышения эффективности стратегического ракетного оружия. В связи с этим империалистические военные круги, делающие в своих агрессивных планах крупную ставку на стратегические ракеты, вынуждены привлекать к решению «коррозионных» проблем ученых и специалистов различного профиля. На основе выполненных ими исследований и опыта эксплуатации ракет «Атлас», «Титан-1», «Титан-2» и «Минитмен» наметились общие меры защиты ракет и шахтных пусковых установок от коррозионного разрушения.
Условно в зарубежной печати эти меры подразделяют на конструктивно-технологические и микроклиматические. Первые предусматривают широкое использование в ракетостроении таких устойчивых к коррозии металлов, как титан, цирконий, ниобий, тантал, и сплавов на их основе, а также пластических масс, стойких к воздействию агрессивных сред. Для предупреждения коррозионного растрескивания ответственных деталей ракет, изготовляемых из легированных сталей и высокопрочных сплавов, по сообщению журнала «Металл инжениринг куотерли», рекомендуют использовать специальные методы обработки, которые в значительной степени повышают поверхностную прочность деталей.
Сюда же относится и применение поверхностных покрытий металлов цинком, кадмием, оловом, медью, латунью, никелем, хромом, серебром, платиной, окисными и фосфатными пленками, горячераспыленными винилами, вулканизированными фенолами, эпоксидными смолами и, наконец, лаками, красками и смазками, обладающими высокой стойкостью к разложению под влиянием агрессивных компонентов шахтной среды.
Второе направление борьбы с коррозией ракет — микроклиматические мероприятия. Они предусматривают искусственное создание таких условий хранения и содержания ракет в готовности к пуску, которые бы исключали или сводили к минимуму коррозионные процессы. Главное здесь, как считают, — герметизация шахт. У ракет «Титан-2» и «Минитмен» она обеспечивается подпором воздуха, применением воздухо- и водонепроницаемых уплотнений защитных крыш, гидроизоляцией шахтных стволов и оголовков.
Гидроизоляцию осуществляют одним или несколькими слоями водонепроницаемых материалов, широкий выбор которых предоставляет современная химия. В шахтах для ракет «Минитмен», например, на наружную поверхность металлического гидроизоляционного слоя наносят пленочные покрытия из эпоксидных смол, растворенных в органических кислотах. В других подземных сооружениях боевых позиций используются пленочные покрытия из стеклопластиков.
Необходимую чистоту атмосферы в шахтах для ракет «Минитмен» обеспечивают приточно-вытяжные системы вентиляции и системы кондиционирования воздуха. Механические вентиляторы периодически отсасывают и выбрасывают из шахты загрязненный воздух и нагнетают свежую порцию из атмосферы. При этом система кондиционирования обеспечивает постоянный температурно-влажностный режим шахты, автоматически регулируя температуру и относительную влажность воздуха в необходимых пределах. Для дополнительной осушки воздуха в системе кондиционирования предусмотрены съемные мешочные адсорберы (поглотители влаги) с продолжительностью функционирования до трех лет.
Контрольно-измерительные приборы системы кондиционирования удерживают температуру в шахте в пределах плюс 16 ± 5 градусов и относительную влажность воздуха не более 60 процентов. Этот режим контролируется в семи характерных точках системой автоматического оповещения. Она подает сигналы на панели управления, если значения температуры и скорости потока воздуха в помещениях шахты выходят за пределы установленных норм.
Как сообщалось в журнале «Хитинг, пайпинг энд эр кондишенинг», при разработке системы осушки воздуха для подземных шахт ракет «Титан-2» в качестве прототипа приняли систему осушки воздуха на судах торгового флота. Здесь в качестве рабочего тела используют хлористый литий с высокой гигроскопичностью.
Микроклимат шахт с температурой от 16 до 21 градуса при относительной влажности воздуха не более 32 процентов, по мнению американских специалистов, в значительной мере уменьшает коррозионное разрушение ракет «Титан-2» из-за возможного просачивания четырехокиси азота из баков и воздействия на ракету агрессивных компонентов шахтной среды. Сообщалось, что за счет применения системы осушки воздуха в шахте образование течей в баках ракеты «Титан-2» сократилось с 20 до трех в месяц.
Для защиты металлоконструкций шахтных пусковых установок ракет от воздействия блуждающих токов за рубежом применяют изолирующие покрытия, гидравлическую и электрическую изоляцию, отсасывающие фидеры и специальные устройства для электродренажа. Однако наиболее эффективным методом противокоррозийной защиты металлоконструкций шахт считается катодная поляризация — метод, хорошо известный в электрохимии.
Исследования показали, что если два металла находятся в контакте и один из них легче корродирует, растворяется в данном растворе, то он становится анодом (положительно заряженным) и разрушается, а второй металл — катодом (отрицательно заряженным) и совсем не корродирует. Исходя из этого, к металлической поверхности, которую хотят сохранить, скажем, к борту корабля, прикрепляют листы легко корродирующего металла — специально «на съедение» коррозии.
Еще более эффективен способ, когда защищаемой от коррозии поверхности металла (катоду) «навязывается» отрицательный потенциал от постороннего источника тока. Именно так и поступают, сообщалось в печати, защищая шахтные металлоконструкции от коррозии. Принципиальная схема катодной защиты шахт для ракет «Минитмен» посторонним источником тока приведена на рис. 14. От отрицательного полюса источника тока 5, через провод 6 отрицательные заряды поступают в места присоединения дренажа 7 на ствол шахты 3 и текут по нему, попадая через дефектные места сооружения
в грунтовый массив. Из грунтового массива ток течет на анодное заземление 5, откуда по проводу 9 возвращается к положительному полюсу источника тока 5 Несмотря на дороговизну катодной защиты, она себя, по мнению американских специалистов, вполне оправдывает, так как в качестве вспомогательных электродов (анодов), которые преднамеренно отдаются коррозии на разрушение, используются полосы из дешевых металлов. В зарубежной печати утверждается, что катодная защита может оказаться весьма эффективной для коррозионной защиты самих ракет и некоторых агрегатов технологического оборудования.
Рис. 14. Принципиальная схема катодной защиты шахт для ракет «Минитмен»:
1 — крыша шахты; 2 — оголовок; 3 — ствол шахты; 4 — система амортизации ракеты; 5 — источник тока; 6 — провод; 7 — дренажное устройство; 8 — анодное заземление; 9 — провод
Следует заметить, что катодная защита находит применение не только при строительстве новых шахт, но и в шахтах для ракет «Титан-2» и «Минитмен-1», уже имеющих значительные коррозионные повреждения. Отмечалось, что она позволяет стабилизировать эти повреждения и приостановить процесс дальнейшего коррозионного разрушения металлических конструкций шахт.
«Сторожа» коррозии
Как видно, предоставляемый современной наукой арсенал средств защиты стратегических ракет и их шахтных установок от коррозии довольно велик. И тем не менее, отмечается в зарубежной печати, при этом еще не удается полностью исключить заботы о коррозии. За процессами возможного разрушения металлов от действия агрессивных сред в шахтах приходится постоянно следить.
На пусковых установках ракет «Титан-2» и «Минитмен» для оценки состояния внутренней атмосферы используется, например, визуальный химический способ. Он основан на свойстве особого вещества — силикагеля изменять окраску при увеличении влажности окружающей среды сверх определенного уровня. Проверку коррозионного состояния ракет осуществляют с помощью металлического индикатора в виде тонкой металлической пластинки, на которую нанесен молекулярный по толщине слой другого металла, весьма чувствительного к коррозии. Процесс корродирования пластинки дает возможность косвенно определить суммарное воздействие агрессивной среды шахты на чувствительные элементы ракеты. Но и эти способы, как сообщалось в печати, стремятся заменить дистанционными электрическими системами, обеспечивающими непрерывное и более точное наблюдение за микроклиматом шахт и состоянием ракет.
Таковы некоторые проблемы защиты ракет от коррозии. А поскольку важнейшее слово в борьбе с ней принадлежит химии, ее по праву можно считать одной из ближайших союзниц и помощниц ракетной техники.