高濃度過氧化氫

高濃度過氧化氫溶液（HTP）是指濃度達85%至98%的過氧化氫溶液。其餘部分則主要由水組成。在與催化劑接觸後，它會分解成高溫水蒸氣和氧氣的混合物（不產生液態水），它曾經被用作 HTP 火箭和魚雷的推進劑，也曾被用於高性能游標發動機。

特性

當過氧化氫作為推進劑，在極高濃度（約超過總量的 70%）時效果最佳。雖然任何濃度的過氧化氫都會產生一些熱氣體（氧氣和一些蒸汽），但當濃度高於約 67% 時，過氧化氫分解產生的熱量足以在標準大氣壓下使所有液體完全汽化。這代表了一個安全和利用方面的轉折點，因為任何高於該濃度的分解都能夠將液體完全轉化為汽態（濃度越高，產生的氣體溫度就會越高）。這種極熱的蒸汽/氧氣混合物隨後可以被用來產生最大的推力、動力或功，但這同時也使得該材料的爆炸性分解變得更加具危險性。

因此，常規推進劑級的（過氧化氫）濃度在 70% 至 98% 之間，常見的等級有 70%、85%、90% 和 98%。^[1]

該物質（過氧化氫）結冰時，其體積膨脹的程度取決於溶液中過氧化氫的濃度。低濃度（45%或以下）的過氧化氫凍結時體積膨脹，而高濃度（65%或以上）的過氧化氫凍結時體積收縮。^[2]

過氧化氫隨著其含量的增加而變得更加穩定。例如，98% 的過氧化氫比 70% 的過氧化氫更穩定。水會起到污染物的作用，水的濃度越高，過氧化氫的穩定性就越差。過氧化氫的儲存性能取決於與其接觸的材料的表面積與體積之比。為了提高它的儲存能力，應降低其比值。^[3]

應用領域

當與合適的催化劑一起使用時，HTP 可用作單組元推進劑。^[4]或者與單獨的燃料一起用作雙組元推進劑。^[5]

HTP（高濃度過氧化氫）從二戰期間德國開始使用以來，一直到今天，已在許多領域中安全並成功地使用。^[6]在第二次世界大戰期間，高濃度過氧化氫被用作一些德國雙組元火箭設計中的氧化劑，例如在二戰後期，為梅塞施密特 Me 163 局部防禦攔截戰鬥機（人類歷史上第一個使用火箭動力的戰鬥機）提供動力的瓦爾特 HWK 509A火箭發動機。高濃度過氧化氫）構成了標準化混合物 T-Stoff 的 80%，也被用於德國的 XVII 型潛艇。

美國一些重要的應用項目包括 X-15 計劃中的反應控制推進器以及貝爾火箭腰帶（一種由貝爾航空公司開發的個人噴氣飛行裝置）NASA 的月球著陸研究飛行器也使用它來提供火箭推力以模擬月球著陸器。

在 1958 年到 1969 年間，英國皇家海軍曾使用 HTP 作為氧化劑，在實驗性的高速靶標/訓練潛艇「探索者號」（Explorer）和「神劍號」（Excalibur）上進行試驗。

蘇聯的第一枚 HTP 魚雷以一個純粹功能性的代號（ 53-57） 而為人所知，其中的 53 指的是魚雷管的直徑（厘米），57 指的是它投入使用的年份（1957）。在冷戰競爭的驅動下，他們下令開發一種更大的 HTP 魚雷。這種更大的魚雷旨在從 65 厘米（26 英寸）的魚雷管中發射。2000 年 8 月 12 日，這些 65 型魚雷中的一枚在潛艇上爆炸，導致 K-141 庫爾斯克號潛艇沉沒。^[7]

然而在 1956 年，由於一次過氧化氫火災導致「勝利號」潛艇（HMS Sidon, P259）沉沒，自此英國也停止了使用 HTP 作為魚雷燃料的實驗。

但是英國在火箭技術研究中繼續進行 HTP 實驗，直到 1971 年隨著「黑箭」號運載火箭的發射而結束。「黑箭」火箭使用 HTP 和煤油燃料，成功地將「普洛斯彼羅 X-3」衛星從南澳大利亞的伍默拉發射升空。

在 1960 年代，由阿弗羅（Avro）公司製造的、附掛在「火神」號（Vulcan）和「勝利者」號（Victor）轟炸機上的英國「藍鋼」（Blue Steel）導彈，使用了 85% 濃度的 HTP。為了點燃雙燃燒室的「司提托爾」號（Stentor）火箭，HTP（高濃度過氧化氫）首先通過了一個催化劑網。隨後，煤油被注入到兩個燃燒室中，分別產生了 20,000 磅和 5,000 磅（即 9,100 公斤和 2,300 公斤）的推力，較大的燃燒室用於爬升和加速，而較小的燃燒室用於保持巡航速度，該導彈在高空發射時的射程為 100 海里（185.2公里），在低空（約500 至 1,000 英尺，即 150 至 300 米）發射時的射程約為 50 海里（92.6公里），它的最高速度約為 2.0 馬赫。在高空發射後，它會爬升到 70,000 到 80,000 英尺（約21,000 到 24,000 米）的高度。但從低空發射時，它只會爬升到近 40,000 英尺（約12,000 米）的高度，但其速度仍將保持在2馬赫左右。

濃度為 82% 的它HTP，目前不仍在俄羅斯的「聯盟」號（Soyuz）火箭上使用，用於驅動助推器和軌道飛行器上的渦輪泵。

「藍焰」號（Blue Flame）火箭動力車輛在 1970 年 10 月 23 日創造了 622.407 英里/小時（約1,001.667 公里/小時）的世界陸地速度紀錄，它使用了高濃度過氧化氫和液化天然氣（LNG）的組合，並由氦氣進行加壓。

推進劑級過氧化氫目前正應用於現有的軍事系統中，並被用於眾多的國防和航空航天研究與開發項目。許多私人投資的火箭公司正在使用過氧化氫，比如藍色起源（Blue Origin）和已倒閉的犰狳航空航天公司（Armadillo Aerospace）。而一些業餘組織也表示有興趣自行製造過氧化氫，既供自己使用，也小批量出售給他人。HTP 被用於 ILR-33 AMBER^[8]和 Nucleus ^[9]亞軌道火箭。

HTP（高濃度過氧化氫）曾計劃用於「尋血獵犬」超音速汽車（Bloodhound SSC），試圖打破陸地速度紀錄，它的目標旨在達到超過 1,000 英里/小時（約1,600 公里/小時）的速度。HTP 將作為混合燃料火箭的氧化劑，與固體燃料羥基封端聚丁二烯發生反應。但由於新型冠狀病毒疫情和資金短缺，該項目最終陷入停滯。

可用性

推進劑級別的過氧化氫僅供具備資質的買家購買。在一般情況下，這種化學藥品只會出售給有能力妥善處理和使用該材料的公司或政府機構。但是有非專業人士曾購買濃度為 70% 或更低的過氧化氫（其餘30%為水，含有微量的雜質和穩定劑，如錫鹽、磷酸鹽、硝酸鹽及其他化學添加劑），並自行提高了其濃度。

對於過氧化氫而言，蒸餾是極其危險的：過氧化氫蒸氣本身不會燃燒，但釋放出的氧氣會點燃任何與其接觸的材料；爆炸（爆轟）的可能性取決於特定的溫度和壓力組合，爆轟是由於液體快速反應性蒸發，導致容器內高溫且高壓，最終使容器發生爆裂。一般來說，任何在環境壓力下沸騰的高濃度過氧化氫液體都會產生氣相過氧化氫，就可能會發生爆轟。通過真空蒸餾可以減輕這種危險，但不能完全消除。其他濃縮過氧化氫的方法包括鼓泡（sparging）和分步結晶（ fractional crystallization）。

濃度至少為 35% 的過氧化氫列在美國國土安全部的「關注化學品」清單上。^[10]

安全

由於許多常見物質會催化過氧化氫放熱分解成蒸汽和氧氣（極容易使容器爆裂），因此處理HTP（高濃度過氧化氫）需要特殊的注意和設備。值得注意的是，常見的材料鐵與銅和過氧化氫不兼容，但反應可以延遲幾秒或幾分鐘，具體取決於所使用的過氧化氫的等級。、

少量過氧化氫洩漏很容易通過大量噴水來處理。因為這樣做不僅能冷卻任何正在發生反應的過氧化氫，還能將其徹底稀釋。因此，處理過氧化氫的場所通常配備有應急淋浴設施、水管，並安排有安全值守人員。

過氧化氫接觸皮膚後會立即引起皮膚發白，這是由於皮膚下產生了氧氣。除非在幾秒鐘內沖洗掉，否則會導致大面積燒傷。而接觸眼睛可能導致失明，因此通常需要佩戴眼部防護裝備來處理HTP。

在上文提到過的庫爾斯克號潛艇災難涉及魚雷中 HTP的意外釋放，才會導致HTP與魚雷的燃料發生反應。