1.2. История развития знаний о горении

В настоящее время горение является основным источником энергии. Отметим, что более 85% потребляемой энергии в мире имеет своим источником горение, большинство современных технологий основано на использовании горения. Количественное описание этого явления представляет не только чисто научный интерес, но также имеет большое практическое значение. Изучение огня началось в каменном веке как практическая проблема для первобытного человека.

По данным археологии, люди начали пользоваться огнем для обогрева и приготовления пищи 600 тысяч лет назад, а научились получать огонь – 30 тысяч лет назад. Порох был изобретен в Китае, а также использовался в Японии более трех тысяч лет назад. Огню отводилось значительное место в ранних мифах и легендах, например, в греческом мифе о Прометее, похитившем огонь у богов и отдавшем его людям.

Первые научные представления относительно пламени были сформулированы, по-видимому, греческим философом Гераклитом, считавшим, что огонь является одним из основных веществ. Из первых теорий, пытавшихся объяснить сущность процесса горения, следует отметить теорию флогистона. Эта теория сыграла известную роль в развитии химии и, в частности, в изучении процесса горения. Она появилась в XVII веке в связи с развитием металлургии.

По этой химической теории все вещества, способные гореть, содержат особое вещество – флогистон, которое выделяется при горении (флогистон – по-гречески «горючий» – флогистос). Процесс горения по этой теории заключается в разложении вещества на флогистон и остаток – землю. Считалось, что в углероде, сере, водороде содержится больше флогистона, чем в металлах. Однако ряд явлений, сопровождающих процесс горения, эта ошибочная теория объяснить не могла. Выделить чистый флогистон и изучить его, разумеется, также не удалось. Поэтому теория флогистона из фактора прогресса в развитии химии превратилась в его тормоз. Большинство химиков того времени придерживались теории флогистона. Английский ученый Роберт Бойль считал, что при нагревании металлов «огненная материя» соединяется с металлами и превращает их в окалину. Так как вес окалины больше веса металла, из которого она получена, то, по мнению Бойля, флогистон имеет вес.

Впервые теорию флогистона опроверг великий русский ученый М.В. Ломоносов (1711-1765 гг.). Он провел большое количество опытов с прокаливанием свинца и олова в открытых и запаянных сосудах. В этих опытах проводилось взвешивание вещества до и после прокаливания. При этом было показано, что металлы при прокаливании соединяются с воздухом и увеличиваются в весе. Прокаливая металл в запаянном сосуде, М.В. Ломоносов нашел, что хотя на металле и образуется окалина, но общий вес сосуда с металлом остается неизменным. Ломоносов М.В. показал, что флогистон не проникает сквозь стекло запаянного сосуда, а окалина образуется за счет присоединения к металлу воздуха, находящегося в сосуде. Своими опытами Ломоносов М.В. выявил не только сущность процесса горения, но и установил основной закон современной химии – закон сохранения массы вещества (1756г.). Позднее, в 1773г. Лавуазье повторил опыты М.В. Ломоносова и показал, что только часть воздуха соединяется с металлом, причем эта часть содержит ~ 20% от объема воздуха, то есть составляет долю кислорода в воздухе. Среди ученых, живших и работавших до начала XX века, наибольший вклад в развитие науки о горении внесли П. Бертело, Р. Бунзен, Р. Бэкон, А. Лавуазье, М.В. Ломоносов, В.А. Михельсон, М. Фарадей, С. Чепмен и другие.

В ХХ веке наука о горении и основанные на ней технологии стали быстро развиваться. В 1926г. американский инженер Р. Годдард разработал, испытал и получил патент на первую ракету с жидким топливом. Примерно в это же время в СССР Ф.А. Цандер создал и испытал ракетные двигатели на жидком топливе. В 1932г. в Москве С.П. Королевым была создана группа специалистов по изучению реактивного движения – ГИРД. В августе 1933г. была запущена первая советская жидкостная ракета ГИРД-09, а в ноябре 1933г. – ГИРД-10. Эти работы были продолжены С.П. Королевым, В.П. Глушко и другими учеными уже после войны. В результате этих работ СССР стал пионером в освоении космоса. Бурными темпами наука о горении начала развиваться после Второй мировой войны.

Основополагающий вклад в науку о горении был внесен академиком Н.Н. Семеновым, который получил Нобелевскую премию по физике за открытие цепных разветвленных реакций, играющих определяющую роль в горении и взрыве. Н.Н. Семенов основал Институт химической физики АН СССР, который на протяжении многих лет занимает ведущее положение в области горения. Выдающимся ученым в области горения был академик Я.Б. Зельдович (трижды Герой Социалистического Труда). Вклад в науку о горении Я.Б. Зельдовича настолько велик, что мировое сообщество по горению учредило золотую медаль его имени за достижения в науке о горении, которая вручается каждые два года на Международных симпозиумах по горению.

На стыке химической кинетики и науки о горении плодотворно работали К.К. Андреев, А.Ф. Беляев, В.В. Воеводский, А.А. Ковальский, В.Н. Кондратьев, П.Ф. Похил, Д.А. Франк-Каменецкий, Ю.Б. Харитон и многие другие выдающиеся советские ученые. За рубежом наука о горении интенсивно развивается в США, где сложились крупные научные школы исследователей, возглавляемые Ф.А. Вильямсом, Т. Карманом, Б. Льюисом, А.К. Оппенгеймером, М. Саммерфильдом, Г. Эльбе. Из европейских ученых в области физики горения можно отметить М. Баррера, А.Г. Гейдона, Луиджи де Лука, Д.В. Сполдинга и других.