高浓度过氧化氢

高浓度过氧化氢溶液（HTP）是指浓度达85%至98%的过氧化氢溶液。其余部分则主要由水组成。在与催化剂接触后，它会分解成高温水蒸气和氧气的混合物（不产生液态水），它曾经被用作 HTP 火箭和鱼雷的推进剂，也曾被用于高性能游标发动机。

特性

当过氧化氢作为推进剂，在极高浓度（约超过总量的 70%）时效果最佳。虽然任何浓度的过氧化氢都会产生一些热气体（氧气和一些蒸汽），但当浓度高于约 67% 时，过氧化氢分解产生的热量足以在标准大气压下使所有液体完全汽化。这代表了一个安全和利用方面的转折点，因为任何高于该浓度的分解都能够将液体完全转化为汽态（浓度越高，产生的气体温度就会越高）。这种极热的蒸汽/氧气混合物随后可以被用来产生最大的推力、动力或功，但这同时也使得该材料的爆炸性分解变得更加具危险性。

因此，常规推进剂级的（过氧化氢）浓度在 70% 至 98% 之间，常见的等级有 70%、85%、90% 和 98%。^[1]

该物质（过氧化氢）结冰时，其体积膨胀的程度取决于溶液中过氧化氢的浓度。低浓度（45%或以下）的过氧化氢冻结时体积膨胀，而高浓度（65%或以上）的过氧化氢冻结时体积收缩。^[2]

过氧化氢随着其含量的增加而变得更加稳定。例如，98% 的过氧化氢比 70% 的过氧化氢更稳定。水会起到污染物的作用，水的浓度越高，过氧化氢的稳定性就越差。过氧化氢的储存性能取决于与其接触的材料的表面积与体积之比。为了提高它的储存能力，应降低其比值。^[3]

应用领域

当与合适的催化剂一起使用时，HTP 可用作单组元推进剂。^[4]或者与单独的燃料一起用作双组元推进剂。^[5]

HTP（高浓度过氧化氢）从二战期间德国开始使用以来，一直到今天，已在许多领域中安全并成功地使用。^[6]在第二次世界大战期间，高浓度过氧化氢被用作一些德国双组元火箭设计中的氧化剂，例如在二战后期，为梅塞施密特 Me 163 局部防御拦截战斗机（人类历史上第一个使用火箭动力的战斗机）提供动力的瓦尔特 HWK 509A火箭发动机。高浓度过氧化氢）构成了标准化混合物 T-Stoff 的 80%，也被用于德国的 XVII 型潜艇。

美国一些重要的应用项目包括 X-15 计划中的反应控制推进器以及贝尔火箭腰带（一种由贝尔航空公司开发的个人喷气飞行装置）NASA 的月球着陆研究飞行器也使用它来提供火箭推力以模拟月球着陆器。

在 1958 年到 1969 年间，英国皇家海军曾使用 HTP 作为氧化剂，在实验性的高速靶标/训练潜艇“探索者号”（Explorer）和“神剑号”（Excalibur）上进行试验。

苏联的第一枚 HTP 鱼雷以一个纯粹功能性的代号（ 53-57） 而为人所知，其中的 53 指的是鱼雷管的直径（厘米），57 指的是它投入使用的年份（1957）。在冷战竞争的驱动下，他们下令开发一种更大的 HTP 鱼雷。这种更大的鱼雷旨在从 65 厘米（26 英寸）的鱼雷管中发射。2000 年 8 月 12 日，这些 65 型鱼雷中的一枚在潜艇上爆炸，导致 K-141 库尔斯克号潜艇沉没。^[7]

然而在 1956 年，由于一次过氧化氢火灾导致“胜利号”潜艇（HMS Sidon, P259）沉没，自此英国也停止了使用 HTP 作为鱼雷燃料的实验。

但是英国在火箭技术研究中继续进行 HTP 实验，直到 1971 年随着“黑箭”号运载火箭的发射而结束。“黑箭”火箭使用 HTP 和煤油燃料，成功地将“普洛斯彼罗 X-3”卫星从南澳大利亚的伍默拉发射升空。

在 1960 年代，由阿弗罗（Avro）公司制造的、附挂在“火神”号（Vulcan）和“胜利者”号（Victor）轰炸机上的英国“蓝钢”（Blue Steel）导弹，使用了 85% 浓度的 HTP。为了点燃双燃烧室的“司提托尔”号（Stentor）火箭，HTP（高浓度过氧化氢）首先通过了一个催化剂网。随后，煤油被注入到两个燃烧室中，分别产生了 20,000 磅和 5,000 磅（即 9,100 公斤和 2,300 公斤）的推力，较大的燃烧室用于爬升和加速，而较小的燃烧室用于保持巡航速度，该导弹在高空发射时的射程为 100 海里（185.2公里），在低空（约500 至 1,000 英尺，即 150 至 300 米）发射时的射程约为 50 海里（92.6公里），它的最高速度约为 2.0 马赫。在高空发射后，它会爬升到 70,000 到 80,000 英尺（约21,000 到 24,000 米）的高度。但从低空发射时，它只会爬升到近 40,000 英尺（约12,000 米）的高度，但其速度仍将保持在2马赫左右。

浓度为 82% 的它HTP，目前不仍在俄罗斯的“联盟”号（Soyuz）火箭上使用，用于驱动助推器和轨道飞行器上的涡轮泵。

“蓝焰”号（Blue Flame）火箭动力车辆在 1970 年 10 月 23 日创造了 622.407 英里/小时（约1,001.667 公里/小时）的世界陆地速度纪录，它使用了高浓度过氧化氢和液化天然气（LNG）的组合，并由氦气进行加压。

推进剂级过氧化氢目前正应用于现有的军事系统中，并被用于众多的国防和航空航天研究与开发项目。许多私人投资的火箭公司正在使用过氧化氢，比如蓝色起源（Blue Origin）和已倒闭的犰狳航空航天公司（Armadillo Aerospace）。而一些业余组织也表示有兴趣自行制造过氧化氢，既供自己使用，也小批量出售给他人。HTP 被用于 ILR-33 AMBER^[8]和 Nucleus ^[9]亚轨道火箭。

HTP（高浓度过氧化氢）曾计划用于“寻血猎犬”超音速汽车（Bloodhound SSC），试图打破陆地速度纪录，它的目标旨在达到超过 1,000 英里/小时（约1,600 公里/小时）的速度。HTP 将作为混合燃料火箭的氧化剂，与固体燃料羟基封端聚丁二烯发生反应。但由于新型冠状病毒疫情和资金短缺，该项目最终陷入停滞。

可用性

推进剂级别的过氧化氢仅供具备资质的买家购买。在一般情况下，这种化学药品只会出售给有能力妥善处理和使用该材料的公司或政府机构。但是有非专业人士曾购买浓度为 70% 或更低的过氧化氢（其余30%为水，含有微量的杂质和稳定剂，如锡盐、磷酸盐、硝酸盐及其他化学添加剂），并自行提高了其浓度。

对于过氧化氢而言，蒸馏是极其危险的：过氧化氢蒸气本身不会燃烧，但释放出的氧气会点燃任何与其接触的材料；爆炸（爆轰）的可能性取决于特定的温度和压力组合，爆轰是由于液体快速反应性蒸发，导致容器内高温且高压，最终使容器发生爆裂。一般来说，任何在环境压力下沸腾的高浓度过氧化氢液体都会产生气相过氧化氢，就可能会发生爆轰。通过真空蒸馏可以减轻这种危险，但不能完全消除。其他浓缩过氧化氢的方法包括鼓泡（sparging）和分步结晶（ fractional crystallization）。

浓度至少为 35% 的过氧化氢列在美国国土安全部的“关注化学品”清单上。^[10]

安全

由于许多常见物质会催化过氧化氢放热分解成蒸汽和氧气（极容易使容器爆裂），因此处理HTP（高浓度过氧化氢）需要特殊的注意和设备。值得注意的是，常见的材料铁与铜和过氧化氢不兼容，但反应可以延迟几秒或几分钟，具体取决于所使用的过氧化氢的等级。、

少量过氧化氢泄漏很容易通过大量喷水来处理。因为这样做不仅能冷却任何正在发生反应的过氧化氢，还能将其彻底稀释。因此，处理过氧化氢的场所通常配备有应急淋浴设施、水管，并安排有安全值守人员。

过氧化氢接触皮肤后会立即引起皮肤发白，这是由于皮肤下产生了氧气。除非在几秒钟内冲洗掉，否则会导致大面积烧伤。而接触眼睛可能导致失明，因此通常需要佩戴眼部防护装备来处理HTP。

在上文提到过的库尔斯克号潜艇灾难涉及鱼雷中 HTP的意外释放，才会导致HTP与鱼雷的燃料发生反应。