Жидкий кислород , иногда сокращенно LOX или LOXygen , представляет собой жидкую форму молекулярного кислорода . Он использовался в качестве окислителя в первой ракете на жидком топливе, изобретенной в 1926 году Робертом Х. Годдардом [1] , и это применение продолжается и по сей день.
Жидкий кислород имеет светлый или бледно-голубой цвет и является сильным парамагнетиком : его можно подвешивать между полюсами мощного подковообразного магнита . [2] Жидкий кислород имеет плотность 1,141 кг/л (1,141 г/мл), немного плотнее жидкой воды и криогенен с температурой замерзания 54,36 К (-218,79 °C; -361,82 °F) и температурой кипения. точка 90,19 К (-182,96 ° C; -297,33 ° F) при давлении 1 бар (15 фунтов на квадратный дюйм). Жидкий кислород имеет степень расширения 1:861 [3] [4] и по этой причине он используется в некоторых коммерческих и военных самолетах в качестве мобильного источника кислорода для дыхания.
Из-за своей криогенной природы жидкий кислород может привести к тому, что материалы, с которыми он соприкасается, станут чрезвычайно хрупкими. Жидкий кислород также является очень мощным окислителем: органические материалы быстро и энергично сгорают в жидком кислороде. Кроме того, при пропитке жидким кислородом некоторые материалы, такие как угольные брикеты, углеродная сажа и т. д., могут непредсказуемо взорваться от источников возгорания, таких как пламя, искры или удары от легких ударов. Нефтехимия , включая асфальт , часто демонстрирует такое поведение. [5]
Молекула тетракислорода (O 4 ) была впервые предсказана в 1924 году Гилбертом Н. Льюисом , который предложил ее, чтобы объяснить, почему жидкий кислород нарушает закон Кюри . [6] Современные компьютерные модели показывают, что, хотя в жидком кислороде нет стабильных молекул O 4 , молекулы O 2 имеют тенденцию объединяться в пары с антипараллельными спинами , образуя временные единицы O 4 . [7]
Жидкий азот имеет более низкую температуру кипения при -196 ° C (77 К), чем кислород -183 ° C (90 К), а сосуды, содержащие жидкий азот, могут конденсировать кислород из воздуха: когда большая часть азота испарилась из такого сосуда, существует риск того, что оставшийся жидкий кислород может бурно реагировать с органическими материалами. И наоборот, жидкий азот или жидкий воздух можно обогатить кислородом, если оставить их на открытом воздухе; В нем растворяется кислород воздуха, а азот преимущественно испаряется.
Поверхностное натяжение жидкого кислорода при температуре кипения при нормальном давлении составляет 13,2 дин/см. [8]
В торговле жидкий кислород классифицируется как промышленный газ и широко используется в промышленных и медицинских целях. Жидкий кислород получают из кислорода , содержащегося в воздухе в природе , путем фракционной перегонки на криогенной установке разделения воздуха .
Военно-воздушные силы уже давно осознали стратегическую важность жидкого кислорода как в качестве окислителя, так и в качестве источника газообразного кислорода для дыхания в больницах и высотных полетах самолетов. В 1985 году ВВС США начали программу строительства собственных установок по производству кислорода на всех основных базах потребления. [9] [10]
Жидкий кислород является наиболее распространенным криогенным жидким топливом-окислителем для космических ракет , обычно в сочетании с жидким водородом , керосином или метаном . [11] [12]
Жидкий кислород использовался в первой ракете на жидком топливе . Ракета Фау-2 времен Второй мировой войны также использовала жидкий кислород под названиями A-Stoff и Sauerstoff . В 1950-е годы, во время Холодной войны , американские ракеты « Редстоун » и «Атлас» , а также советская Р-7 «Семёрка» использовали жидкий кислород. Позже, в 1960-х и 1970-х годах, на взлетных ступенях ракет « Аполлон-Сатурн» и главных двигателях космических кораблей «Шаттл» использовался жидкий кислород.
В 2020 году во многих ракетах использовался жидкий кислород:
«Мы собираемся использовать метан», — объявил Маск, описывая свои будущие планы по многоразовым ракетам-носителям, в том числе предназначенным для доставки астронавтов на Марс в течение 15 лет. «Энергетическая стоимость метана самая низкая, и он имеет небольшой Isp (удельный Импульс) превосходит керосин, — сказал Маск, — и у него нет такой боли в заднице, как у водорода». ... Первоначальный план SpaceX будет заключаться в создании ракеты на локс-метане для будущей верхней ступени под кодовым названием Raptor. ... Новый двигатель верхней ступени Raptor, вероятно, будет лишь первым двигателем в серии лох-метановых двигателей.