Вопрос снижения стоимости запусков ракет-носителей стоял всегда. Во времена космической гонки СССР и США мало задумывались о затратах — престиж страны стоил неизмеримо дороже. Сегодня сокращение расходов «по всем фронтам» стало общемировым трендом. Топливо составляет всего 0,2…0,3% от стоимости всей ракеты-носителя, но кроме стоимости топлива важен еще такой параметр, как его доступность. А здесь уже есть вопросы. За последние 50 лет список жидких горючих, широко использующихся в ракетно-космической отрасли мало изменился. Давайте же их перечислим: керосин, водород и гептил. Каждое из них имеет свои особенности и по-своему интересно, но у всех есть хотя бы один серьёзный недостаток. Вкратце рассмотрим каждое из них.
Начал применяться ещё в 50-х годах и остаётся востребован и по сей день — именно на нём летают наша Ангара и Falcon 9 от SpaceX. Обладает множеством преимуществ, среди которых: высокая плотность, низкая токсичность, обеспечивает высокий удельный импульс, пока что приемлемая цена. Но производство керосина сегодня сопряжено с большими трудностями. Например, ракеты Союз, которые делают в Самаре, сейчас летают на искусственно созданном горючем, потому что изначально для создания керосина для этих ракет использовались только определенные сорта нефти из конкретных скважин. В основном это нефть Анастасиевско-Троицкого месторождения в Краснодарском крае. Но нефтяные скважины истощаются, и ныне используемый керосин является смешением композиций, которые добываются из нескольких скважин. Заветную марку РГ-1 получают с помощью дорогостоящей перегонки. По оценкам экспертов, проблема дефицита керосина будет только усугубляться.
Сегодня водород, наряду с метаном, является одним из самых перспективных ракетных горючих. На нём летает сразу несколько современных ракет и разгонных блоков. В паре с кислородом он (после фтора) выдаёт самый высокий удельный импульс и для использования в верхних ступенях ракеты (или разгонных блоках) подходит идеально. Но чрезвычайно низкая плотность не позволяет в полной мере использовать его для первых ступеней ракет. Есть у него ещё один недостаток — высокая криогенность. Если ракета заправлена водородом, то он находится при температуре около 15 кельвинов (-258 по Цельсию). Это приводит к дополнительным затратам. Если сравнивать в керосином, то доступность водорода достаточно высока и его получение не является проблемой.
«Delta-IV Heavy» на водородных двигателях RS-68A Он же НДМГ или несимметричный диметилгидразин. У этого горючего всё ещё остаются сферы применения, но оно постепенно отходит на задний план. И причиной тому его высокая токсичность. Он обладает почти такими же, как керосин энергетическими показателями и является высококипящим компонентом (хранение при комнатной температуре) и, поэтому, в советское время использовался достаточно активно. Например, ракета Протон летает на высокотоксичной паре гептил+амил, каждый из которых способен убить человека, вдохнувшего по неосторожности их пары. Использование таких топлив в современное время неоправдано и является неприемлемым. Горючее находит применение в спутниках и межпланетных зондах, где оно, к сожалению, незаменимо.
«Протон-М» на гептиловых двигателях РД-253 Но есть ли топливо, которое удовлетворит всех и будет стоить дешевле всех? Возможно, это метан. Тот самый голубой газ, на котором некоторые из вас сегодня готовили пищу. Предлагаемое горючее является перспективным, активно осваивается другими отраслями промышленности, обладает более широкой сырьевой базой по сравнению с керосином и низкой стоимостью — это является важным моментом, учитывая прогнозируемые проблемы производства керосина. Метан как по плотности, так и по эффективности находится между керосином и водородом. Способы получения метана многочисленны. Главный источник метана природный газ, который состоит на 80..96% из метана. Остальное — это пропан, бутан и другие газы того же ряда, которые можно вообще не удалять, они очень схожи по свойствам с метаном. Другими словами, можно просто сжижать природный газ и использовать его как ракетное топливо. Метан можно получать и из других источников, например, переработкой отходов животноводства. Возможность использования метана в качестве ракетного топлива рассматривается уже на протяжении десятков лет, однако сейчас есть только стендовые варианты и экспериментальные образцы таких двигателей. Например, в химкинском НПО «Энергомаш» исследования в части использования сжиженного газа в двигателях велись с 1981 года. Прорабатываемая сейчас в «Энергомаше» концепция предусматривает разработку однокамерного двигателя тягой в 200 т на топливе «жидкий кислород — сжиженный метан» для первой ступени перспективного носителя легкого класса. Космическая техника ближайшего будущего обещает быть многоразовой. И тут открывается ещё одно преимущество метана. Он криогенный, а, значит, достаточно нагреть двигатель хотя бы до температуры -160 по Цельсию (а лучше выше) и двигатель сам освободится от компонентов топлива. По мнению специалистов он более всего подходит для создания многоразовых ракет-носителей. Вот что о метане думает главный конструктор НПО «Энергомаш»Владимир Чванов:
— Удельный импульс у двигателя на СПГ высокий, но это преимущество нивелируется тем, что у метанового топлива меньшая плотность, поэтому в сумме получается незначительное энергетическое преимущество. С конструкционной точки зрения метан привлекателен. Чтобы освободить полости двигателя, нужно только пройти цикл испарения — то есть двигатель легче освобождается от остатков продуктов. За счет этого метановое топливо более приемлемо с точки зрения создания двигателя многоразового использования и летательного аппарата многоразового применения.
Ещё один довод в пользу использования метана — возможность добывать его на астероидах, планетах и их спутниках, обеспечивая возвращаемые миссии топливом. Там намного легче добывать метан, чем керосин. Естественно, о возможности привозить топливо с собой не может быть и речи. Перспектива таких дальних миссий, весьма отдалённая, но некоторые работы уже ведутся.
Так почему же метан в России так и не стал практически используемым горючим? Ответ достаточно прост. С начала 80-х в СССР, а потом и в России не было создано ни одного нового ракетного двигателя. Все российские «новинки» — это модернизация и переименование советского наследия. Единственный честно созданный комплекс — «Ангара» — с самого начала планировался как керосиновый транспорт. Его переделка обойдётся в копеечку. Вообще, Роскосмос постоянно отклоняет метановые проекты потому, что там связывают «добро» на хотя бы один подобный проект с «добром» на полную перестройку отрасли с керосина и гептила на метан, что считается долгим и дорогостоящим мероприятием.
На данный момент есть несколько компаний, заявляющих о скором использовании метана в своих ракетах. Двигатели, которые создаются :
FRE-1 / Firefly Space Systems
Blue Engine 4 (BE-4) / Blue Origin
С5.86 / КБХМ им. Исаева
Раптор / SpaceX
РД-196 ? / НПО «Энергомаш»
РД0162 / Конструкторске бюро химавтоматики Верный путь к применению метана это создание нового ракетного комплекса (то есть новой ракеты), в котором просто не найдётся применения «старым» двигателям. На данный момент существуют такие комплексы на метановом топливе, но пока только в стадии эскизных проектов.
Как ожидается, новая ракета придет на смену тяжелым ракетам-носителям Atlas V и Delta IV, производимым ULA. Сообщается, что Vulcan станет более дешевым в эксплуатации, чем его предшественники. Кроме того, на нем будут установлены исключительно американские двигатели, а не российские РД-180, как в ракете Atlas V. В новой ракете ULA собирается использовать на первой ступени агрегаты Blue Engine 4 компании Blue Origin. Также ожидается, что эти двигатели могут быть повторно использованы после их приземления при помощи защитных щитов (для предотвращения перегрева от трения при падении в атмосфере) и парашютов. Vulcan будет собираться по модульному принципу и будет включать в себя 12 ракет среднего и тяжелого классов с различными возможностями по выводу полезной нагрузки на орбиту.
Первый пуск нового носителя запланирован на 2019 год.
Vulcan Heavy / ULA Ракетно-космический комплекс «Рикша» был разработан в КБ имени академика В.П.Макеева в 90-е годы, когда все бывшие советские КБ выживали как могли. Для данной ракеты-носителя предлагается три вида старта: стационарный (основной вариант), мобильный, морского базирования. Комплекс «Рикша» включает в себя семейство двухступенчатых ракет-носителей легкого класса на криогенных компонентах топлива. Ракетные блоки оснащаются двигателями (по одному на каждом блоке) РД-182 (модификация двигателя РД-120, дорабатываемого под горючее — СПГ). Вторая ступень с двигателем РД-185 многократного включения унифицирована для всех ракет.
На данный момент проект фактически забыт.
«Рикша» / КБ имени академика В.П.Макеева В настоящее время ходят слухи о скором начале разработки новой российской ракеты сверхтяжёлого класса, которая будет работать на метане. Соответствующие проекты представили сразу несколько предприятий, среди которых РКК «Энергия», разработавшая в своё время ракету «Энергия» и ЦСКБ «Прогресс», разработчики ракеты «Союз-2».
«Вулкан» на базе ракеты-носителя «Энергия» / РКК «Энергия» Ракета компании Лин Индастриал. Разработку ракеты-носителя, которая сможет выводить на низкую околоземную орбиту груз около 90 кг, и использующую в качестве топлива сжиженный природный газ, Лин Индастриал начал по просьбе КБХМ им. А.М.Исаева. Кроме того, компания заинтересована в создании более грузоподъёмного варианта, способного вывести на низкую околоземную орбиту 710-715 кг. Таким образом, у ракеты, названной в честь залива и города на Сахалине, где построен первый российский завод по производству СПГ, есть большие перспективы постепенно развиться из сверхлегкой в легкую и тем самым закрыть значительную часть рынка запусков лёгких спутников.
Анива / Лин Индастриал Компания SpaceX, образованная немногим более 10 лет назад, готовит новый транспорт для осуществления своих марсианских амбиций. Никто не утверждает, что это произойдёт в ближайшие годы, но лет через 10 компания Илона Маска точно представит публике что-то подобное. Что бы не готовилось в недрах SpaceX, оно будет работать на метане. Проблема этого проекта в том, что ещё не исчерпана возможность модернизации главной ракеты компании — Falcon 9. Очевидно, что боковых ускорителей может быть не два, как в Falcon Heavy, а шесть. Тогда грузоподъёмность носителя возрастает с 53 тонн как у Falcon Heavy, до 130, а этого более чем достаточно для осуществления амбиций компании.
Falcon X / Falcon XX / SpaceX
Фан-арт приземления Falcon X (R) / SpaceX В 2007 году при поддержке Alliant Techsystems компания XCOR Aerospace произвела испытания метанового двигателя на основе двигателя для лунного корабля Crew Exploration Vehicle из ныне закрытого проекта Orion.
Испытания 16 января 2007 в пустыне Мохаве / XCOR AerospaceЕсть ещё множество проектов метановых двигателей и ракет на этапах эскизных проектов или экспериментальных отработок. Метан на данный момент — одно из самых перспективных горючих для ракетной техники. Есть все основания полагать, что будущее у него будет безоблачным, но его мировая экспансия произойдёт не сразу, а только через некоторое время.
Источник
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
elonmusk.su
14:4430.12.2012
(обновлено: 16:18 31.12.2012)
483830
Подпишись на ежедневную рассылку РИА Наука
Спасибо за подписку
Пожалуйста, проверьте свой e-mail для подтверждения подписки
По словам главного конструктора, для ракетного топлива можно использовать только определенные сорта керосина, которые можно получать, в частности, из нефти, добытой в Краснодарском крае. Но ее запасы иссякают. Дефицит ракетного керосина компенсируют с помощью перегонки из других сортов нефти.
МОСКВА, 29 дек — РИА Новости. Предприятие НПО "Энергомаш" создает ракетный двигатель на сжиженном метане для многоразовой ракетно-космической системы, которая разрабатывается в Центре имени Хруничева, рассказал в интервью РИА Новости главный конструктор предприятия Владимир Чванов.
"Сейчас на предприятии ведутся проектные работы по созданию ракетного двигателя на метановом топливе. Появление первого образца такого двигателя возможно через три-пять лет. Сам проект создается под систему многоразового использования Центра Хруничева… Основная и главная проблема сейчас в том, что ракетное топливо на метане еще не сертифицировано", — сказал Чванов.
Он пояснил, что ракетное топливо должно быть сертифицировано уполномоченной организацией — этим занимается Государственный институт прикладной химии.
По словам главного конструктора, для ракетного топлива можно использовать только определенные сорта керосина, которые можно получать, в частности, из нефти, добытой на Троицко-Анастасиевском месторождении в Краснодарском крае. Но его запасы иссякают. Дефицит ракетного керосина компенсируют с помощью искусственной перегонки из других сортов нефти. Из такого искусственного керосина создано ракетное топливо "РГ-7", которое используется для ракет "Зенит" и "Союз".
Создание подобного топлива — дорогой и сложный процесс. Использование метана в многоразовой первой ступени должно не только не допустить дефицита ракетного топлива, но и снизить стоимость выведения полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту на 20%. При этом ракетоносители "Зенит", "Союз" и создаваемая "Ангара" продолжат работу на керосине.
"Основное преимущество метана — его огромные запасы и невысокая стоимость. Кроме того, метан быстро испаряется, а это облегчает процесс очистки многоразовых двигателей и топливных баков. Метановое топливо превосходит керосин по удельному импульсу (тяга с одного килограмма топлива) на 7-10%", — сказал Чванов.
Вместе с тем, у метанового топлива есть и недостатки — это сжиженный газ, поэтому его плотность в два раза ниже, чем у керосина. В связи с этим необходимо решать проблемы с ростом объема топливных баков ракет.
Чванов рассказал, что сейчас в НПО "Энергомаш" разрабатывают метановый двигатель с тягой 200 тонн. А еще в 1984 году на НПО "Энергомаш" в КБ химавтоматики имени Исаева испытывали метановые двигатели тягой до 10 тонн.
ria.ru
Цитата: NordOst16
Ну начиная с вашего упоминания, что МКС - это российская разработка (хотя даже название мягко говоря намекает, что это не так).
Только Россия имеет опыт эксплуатации долговременных космических станция, собственно МКС и начался с центрального блока спроектированного и запущенного Россией...Цитата: NordOst16
Вы к чему-то упомянули рынок обогащения урана хоть тема, вроде,, космическая, тогда приведу такой пример: услуги запуска составляют только 2% от всего "космического" рынка и РФ не монополист по запускам. Остальное - это наземная инфраструктура, производство спутников и так далее, я что-то не слышал, что РФ является лидером в производстве компонентов спутников.
Ага, по деньгам с потолка, а по запускам?))) По пилотируемым так вообще 100% также со спутниками, во всяком случае свои потребности реализуются полностью.Цитата: NordOst16
Насчёт американских водородников - тот же самый RL10, который давно используется и считается очень надёжным и лидирует по удельному импульсу среди химических рд. Или RS68 - дешёвый и эффективный.
И много ли они на летали?))) Они сами не знают что хотят, метан, водород в мечтах, а в реале летают на РД 180)))Цитата: NordOst16
Я коммент я написал к тому, что был полностью согласен с человеком выше о том, что надо признать в какой жопе находится космонавтика у нас.
Вы и ваш коллега по несчастью, приводите абсолютно идиотские аргументы, испульзуя в качестве основания недоделанные либо малоиспользуемые американские разработки или комерческие выкладки от временной акции по выводу Иридиумов ракетой с самыми отстойный движками, при этом называете это чем то передовым на что стоит ровняться. Но а по факту еще раз, для особоодаренных высшей степенью тупизны, при всем разнообразии хотелок и планов, американцы закупают российские движки и места в Союзах, Лягушатники так вообще ракеты союз целиком приобретают. Ну и кто здесь в Жо? Так что не надо выдавать желаемое за действительное, ваше время еще не пришло, ждите вот когда американцы догонят, тогда и поговорим...topwar.ru
Как известно, для двигателей внутреннего сгорания применяются два вида газового топлива: сжиженный углеводородный (он же нефтяной) газ или СУГ, а также компримированный (т.е. сжатый) природный газ или КПГ. Первый представляет собой пропан-бутановую смесь, получаемую в качестве побочного продукта при нефтедобыче, а второй на 95% состоит из метана и содержится в природе в чистом виде.
Среди автовладельцев еще распространено мнение, что пропан-бутан для транспорта использовать удобнее, чем метан, однако на сегодняшний день это оказывается уже не более чем устаревшим предубеждением. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас газобаллонное оборудование для метана имеет немногим большую массу и размеры баллонов, чем пропан-бутановое ГБО. Цена метанового оснащения, правда, почти вдвое выше. Однако с учетом денежной компенсации, которую предлагает «Газпром нефть» (подробности чуть далее) есть возможность за ту же сумму, что попросят за пропановое ГБО, поставить оборудование для метана – и пользоваться всеми преимуществами езды на природном газе.
По отношению к бензину коэффициент расхода пропан-бутановой смеси составляет примерно 1.15 – 1.20, в то время как для метана он равен 1, т.е. расход получается таким же. При этом цена 1 куб. м метана оказывается примерно в 2,5 раза ниже, чем стоимость эквивалентного ему 1 литра бензина Аи-95.
Кроме прямой экономии на стоимости топлива, важным моментом при использовании метана выступает экономия на расходных материалах и текущем ремонте автомобиля. Среди всех прочих видов углеводородного топлива (пропан-бутан, бензин, дизтопливо) природный газ метан оказывается наиболее «дружелюбным» по отношению к двигателю. Октановое число метана равно 120, что выше, чем у любого бензина, благодаря чему природный газ сгорает равномерно и без детонаций. Нагарообразование в двигателе при использовании метана также минимально, поскольку, в отличие от всех других видов топлива, природный газ не имеет посторонних химических примесей.
<iframe src="//ads.adfox.ru/229408/getCode?p1=bsbne&p2=fddl&p3=a&p4=a&pct=a&plp=a&pli=a&pop=a&pfc=a&pfb=a" frameBorder="0" marginWidth="0" marginHeight="0" scrolling="no"><a href="//ads.adfox.ru/229408/goDefaultLink?p1=bsbne&p2=fddl" target="_top"><img src="//ads.adfox.ru/229408/getDefaultImage?p1=bsbne&p2=fddl" border="0" alt=""></a></iframe>
Особенно явно все достоинства метана проявляются при эксплуатации автомобиля в городском цикле, с частой сменой нагрузок «малая-средняя», что как раз и является наиболее «вредным» для двигателя. Здесь использование метана позволяет максимально продлить (до 4 раз по сравнению с бензином) срок службы такой дорогостоящей детали, как каталитический нейтрализатор (плюс датчики кислорода), и в 2-3 раза срок службы столь типичных «расходников», какими являются свечи зажигания.
По взрыво- и пожаробезопасности метан превосходит все виды топлива, оказываясь куда более безопасным, чем дизель, бензин (!!) и еще более чем пропан-бутан. В отличие от бензина, метан не может разлиться и, испаряясь, создать взрывоопасные пары (что может происходить и при утечке тяжелого пропан-бутана). Современное метановое ГБО имеет надежную систему защиты, где блокируется утечка газа. При этом сам баллон имеет толщину стенки, рассчитанную на выдерживание давления в 200 кгс/см2, что не позволит произойти взрыву даже при серьезной аварии. Что касается безопасности для окружающей среды, автомобиль на метане уступает здесь разве что электромобилю. Благодаря своей чистоте и полноте сгорания, природный газ бережет не только двигатели, но и природу! О чем мы, сознательные граждане, тоже не должны забывать.
При установке ГБО расставаться навсегда с традиционным бензиновым «питанием» не придется – газобаллонное оборудование ставится параллельно штатной системе. Никаких глобальных технических переделок не потребуется – появятся только баллон и заправочный вентиль в багажном отделении, а в салоне будут установлены переключатель «газ-бензин» и датчик расхода топлива. Также, в зависимости от оборудования, такое переключение может быть реализовано автоматическим способом.
Цены на метановое ГБО низкими никогда не были, поскольку само оборудование является высокотехнологичным и достаточно высоким по себестоимости, а спрос на такое оснащение, позволяющее использовать недорогое топливо с неизменно стандартным качеством, также постоянно растет. Но сейчас есть возможность за установку метанового оборудования заплатить значительно меньше среднерыночной стоимости!
«Газпром нефть» продолжает свою «европейскую» акцию, которая сейчас проводится на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти, а также Новгородской, Смоленской и Тверской областей. В рамках этого проекта, каждому автовладельцу предоставляется скидка в 26 тысяч рублей на установку ГБО плюс выдается карта с балансом в 4 тысячи рублей, которые он может расходовать на заправку своего автомобиля на метановых станциях «Газпром нефть». Их число, кстати, в 2014 году будет увеличиваться – в частности, появятся новые станции в Северо-Западном регионе.
Воспользовавшись акцией, можно получить существенную экономию уже на самом первом этапе – установке ГБО. Например, для владельца Renault Logan дооборудование машины метановым ГБО обойдется примерно в 27 500 рублей, в то время как без компенсации эта сумма составила бы 53 500 рублей. Время установки оборудования займет от нескольких часов до двух дней. При этом есть выбор ГБО от различных производителей – отечественных и зарубежных, что также дает возможность сэкономить и позволяет установить более дорогое и высококлассное оснащение.
В зависимости от производителя, на установленное оборудование действует гарантия от 1 года до 2-х лет, сам же срок службы ГБО неограничен. С техосмотром и выездом на автомобиле за границу также не возникает проблем: достаточно только проходить плановые испытания баллонов в автосервисе – один раз в пять лет для металлических баллонов и раз в три года для композитных.
www.kolesa.ru
Роскосмос объявил о намерении создать к 2025 году ракетный двигатель, работающий на метане. То есть на сжиженном природном газе. Для чего просит выделить из бюджета 25 млрд. рублей. Однако при внимательном изучении истории деятельности одного из самых неэффективных наших высокотехнологичных ведомств выясняется, что эта работа была уже, по сути, выполнена.
Достоинства и недостатки ракетного топлива
Метановая ракета — это сейчас общемировой тренд. Ее использование способно дать значительные выгоды. И не только экономические. В последнее время практически во всех «космических» странах в той или оной степени готовности разрабатываются двигатели, в которых в качестве горючего будет использоваться метан.
В настоящий момент для ракет-носителей используют жидкий водород, керосин и гептил.
С керосина начиналась космическая отрасль в далеких 50-х годах. Он и сейчас является наиболее востребованным в космическом ракетостроении. Первые наши ракеты «Восток» использовали это горючие в паре с жидким кислородом, окислителем. Сейчас на керосине летают американские ракеты — как с нашими двигателями РД-180, так и собственной разработки Falcon. А также наша новая «Ангара» и совсем старый «Союз».
Керосин имеет высокий удельный импульс — это физическая величина, определяющая отношение количества движения, т.е. импульса (произведение массы на скорость) к скорости расходования топлива. Также у керосина высокая плотность, в связи с чем необходимое количество топлива можно размещать в баках со сравнительно небольшим объемом.
Однако в последнее время ракетчики начали нервничать в связи с грядущим сокращением производства ракетного керосина. Дело в том, что для его получения подходит нефть определенного качества. И такого рода месторождений сравнительно немного. И они постепенно опустошаются. В России, как утверждают двигателисты самарского ЦСКБ «Прогресс», такая нефть добывается в основном на Анастасиевско-Троицком месторождении в Краснодарском крае.
Прекрасным топливом является жидкий водород. Он имеет самый высокий удельный импульс. И производство его не зависит от каких-либо невозобновляемых природных источников. Однако у водорода есть существенный недостаток — низкая плотность, в три раза меньшая, чем у керосина. В связи с чем его не используют на первых ступенях ракет, слишком большое количество требуется на начальном этапе полета. Так, первая ступень самой мощной ракеты — американской «Сатурн-5» — работала на керосине. Вторая и третья — на жидком водороде. В космическом челноке и вовсе на первом этапе полета использовался твердотопливный ускоритель.
Однако для разгонных блоков — ступеней, идущих после первой — это горючее подходит идеально. Но есть и еще один недостаток. Жидкий водород — низкокипящее топливо. В заправленной ракете его необходимо держать при температуре — 255 градусов, что требует использования мощной криогенной аппаратуры. Также в заправленном состоянии ракета может находиться недолго. В случае отмены старта ее приходится перезаправлять.
Существует лишь одна ракета-носитель, в которой в качестве топлива используется жидкий водород в двигателях всех ступеней. Это американская «Дельта-4». Ее маршевый двигатель развивает тягу, равную 300 тоннам силы.
В начале 60-х годов в качестве ракетного топлива и в Советском Союзе, и в США начали использовать гептил. Он имеет практически ту же плотность, что и керосин. И при этом у него выше удельный импульс в паре с жидким кислородом (окислителем) — 344 с против 335 с. (У жидкого водорода — 428 с). Гептил находится в жидком агрегатном состоянии при обычной температуре, то есть не требует криогенной аппаратуры. При соединении с окислителем воспламенение происходит автоматически.
Все это очень хорошо. Однако гептил — сильнодействующий яд. И претензии казахов к запуску на Байконуре гептиловых ракет более чем обоснованы. Даже отработанные топливные баки, падающие на землю, наносят природе ощутимый вред. Аварии же являются экологическими катастрофами. Гептил был хорош во время «холодной войны», когда на такие «мелочи» не обращали внимания. К «нервно-паралитическому» классу ракет относятся лишь наши «Протоны». Американцы, французы, японцы и даже китайцы к настоящему моменту отказались от использования в качестве топлива гептила.
Чем хорош метан
Использование метана в качестве ракетного топлива обладает целым рядом достоинств. Он не ядовит. Дешев. В обозримом будущем не предвидится сокращения его добычи. Имеет более низкую взрывоопасность, чем водород и керосин. Топливная система ракеты, использующей метан, прекрасно приспособлена для многократного применения — остатки горючего легко испаряются при нормальной температуре.
По прочим параметрам он занимает промежуточное положение между жидким водородом и керосином. Плотность СПГ в 6 раз выше, чем у жидкого водорода. Но в 2 раза ниже, чем у керосина. Однако с учетом более высокого соотношения расходов окислителя и горючего, чем у жидкого кислорода (ЖК) и керосина, общий объем окислителя и горючего (ЖК + СПГ) лишь на 20% выше, чем у пары ЖК + керосин.
Если же учитывать высокий удельный импульс СПГ, то по сумме характеристик двигатель на СПГ должен иметь энергетическое преимущество в сравнении с керосиновым порядка 3% - 5%.
Поскольку температура испарения СПГ значительно выше, чем у жидкого водорода, то существенно упрощается криогенное оборудование.
И еще одно громадное достоинство пока еще не появившегося двигателя. Он не имеет существенных отличий, усложняющих процесс конструирования и испытаний, от водородных двигателей.
Роскосмос борется за бюджет
Федеральная космическая программа 20015 — 2025 г. г. (ФКП) направлена в правительство для согласования и утверждения. Надо сказать, что 25 млрд., запрашиваемые на метановый двигатель, это сущие крохи. На все же грандиозные прожекты ФКП Роскосмос просит 1 521 млрд. Совсем недавно эта сумма составляла 2 300 млрд., но в связи с ухудшением экономической ситуации аппетиты пришлось умерить. Среди секвестированных проектов — создание к 2025 году ракеты с ядерным двигателем.
Что же касается непосредственно двигателя на СПГ, то планы его создания у Роскосмоса более чем странные. Предполагается создать демонстратор метанового двигателя средней тяги второй ступени и разгонных блоков, чтобы не отстать в плане технологий от зарубежных конкурентов. Но при этом разработка будет засунута в ящик, неизвестно насколько долго: выпуск двигателя к 2025 году не планируется. А о создание ракеты с метановым двигателем и вовсе не идет речи.
Во-первых, прекрасно известно, что разработки, не воплощенные в серийную продукцию, довольно скоро реализовать невозможно. В силу различных как объективных, так и субъективных причин. Прекрасное тому подтверждение — челнок «Буран».
Во-вторых, похоже, Роскосмос плохо ориентируется в том, что же происходит на предприятиях отрасли. ФКП предполагает, что метановый двигатель сможет разработать либо химкинское НПО «Энергомаш» им. В.П.Глушко, либо воронежское КБ Химавтоматики, либо самарское ЦСКБ «Прогресс». Но дело в том, что эти предприятия специализируются на использовании в качестве топлива керосина и гептила — высококипящих жидкостей. Лишь воронежцы много лет назад делали водородный двигатель.
А для создания метанового двигателя необходим, прежде всего, опыт в разработке водородных двигателей, наиболее близких к метановым по конструкции.
Такой опыт имеется у неупомянутого авторами ФКП королёвского КБ Химмаш им. А.М.Исаева. Более того, готов и двигатель на СПГ. К работе над новой темой исаевцы приступили в 1994 году. После проведения НИР было решено использовать в качестве прототипа кислородно-водородный двигатель КВД1 с тягой 7,5 тонны. После доработки двигателя были проведены огневые испытания всех его систем. А летом 1997 года модернизированный двигатель выдал полновесную тягу при использовании в качестве топлива СПГ.
Правда, это был еще не двигатель, а, по сути, стенд. Или, как значится в ФКП, «демонстратор». Двигатель, получивший название С5.86, был построен в количестве двух экземпляров. Его характеристики таковы:
Тяга в пустоте — 7500 кгс
Удельный импульс — 370 с
Суммарный расход топлива — 20,27 кг/с.
Следует обратить внимание на то, что удельный импульс этого двигателя существенно выше, чем у керосинового.
Понятно, что с такой тягой первая ступень ракеты быть не может. Но ФКП этого и не требует. С5.86 способен прекрасно работать при использовании его в разгонных блоках. Однако в арсенате КБ Химмаш есть и двигатели (водородные) с тягой в 50 тонн. В случае их модернизации под СПГ можно получить двигатель второй ступени.
Тем не менее, в ФКП КБ Химмаш не упоминается в качестве разработчика нового двигателя.
Справедливости ради следует сказать, что на втором месте по готовности нового двигателя находится воронежское КБ Химавтоматики. Здесь недавно был создан демонстрационный образец двигателя, получившего название РД0162. Он имеет солидную тягу в 200 тонн. Правда, удельный импульс пониже, чем у С5.86, — 350 с.
Также под большим вопросом находится утверждение авторов федеральной программы о том, что использование СПГ позволит снизить стоимость запусков в полтора-два раза. И это при том, что стоимость горючего не превышает 0,3% от стоимости ракеты. Какой-то эффект может быть получен в случае многоразового использования двигателя. То есть ракета должна быть многоразовой. Однако судьба такой ракеты в нашей стране покрыта мраком и неизвестностью. Так, согласно ФКП на 2006 — 2015 г. г., она должна быть уже готова. И новый пилотируемый космический корабль, созданный на основе новых технологий, также уже должен летать. Увы, наши космические программы в некоторых своих частях напоминают сочинения фантаста Роберта Желязны.
Что же касается зарубежных разработок двигателя на СПГ, то о них объявило более десятка компаний. Вот некоторые из них:
— SpaiceX — для ракеты Falcon;
— United Launch Alliance (ULA) — для ракеты Vulcan. Новый двигатель на СПГ должен использоваться взамен российского РД-180;
— XCOR Aerospace;
— FireFly Space Systems;
— Blue Origin.
svpressa.ru
МЕТАНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ,
1. В ОАО «Энергомаш» в настоящее время (февраль 2015 г.) не наблюдается интереса к работам с метаном. Реальная перспектива видится в продолжении работ по кислородно- керосиновым двигателям семейства РД-170. Это РД-180 для «Атлас-5», РД-181 для «Антарес», РД- 191 для «Ангары» и РД-195 на перспективу, РД-193 для «Союз-2.1в». Есть предложения по созданию РН сверхтяжелого класса на основе двигателей типа РД-170 или РД-175. Остаются хрупкие надежды на возобновления работ с Морского Старта. Большие надежды возлагаются на будущие крупные контракты с Китаем по двигателям семейства РД-170.
Расчеты и проектные проработки по метановому двигателю есть только в диссертации И.А.Клепикова и патентах от группы лиц «Энергомаша». Никаких экспериментов с метаном не проводилось, хотя проектно-расчетные работы по применению метана начались в 1981 г.
Следует отметить, что разговоры о новых топливах и о новых способах горения в КС ЖРД ведутся давно (ацетам, детонационное горение), но без экспериментов. Еще 60 лет назад было принято, что без проведения экспериментов это разговоры чистая болтовня. У В.П.Глушко были специальные двигатели на которых проводились поверочные испытания. У Д.Д.Севрука (в ОКБ-3 НИИ-88) эти испытания проводились по государственной программе освоения новых топлив на серийных двигателях.
2. ОАО КБХА в ЭП «Союз-5» «ГРЦ-Прогресс» представлено двигателем РД-0164. Тяга 340,0/390,7 (это очевидно с выдвижным насадком), Удельный импульс 311,5/358,0, диапазон Рк 100-40 %, Мсух. 3000 кг., схема ДВВГ. Никаких экспериментов с двигателем или с его прототипами (РД-162) не проводились.
На двигателе РД-0146 проведено 6 включений на топливной паре кислород-метан с общим временем работы 200 сек. Параметры не известны, как и время выхода на режим.
По договору с итальянской фирмой AVIO в 2014 г. завершены испытания двигателя-демонстратора тягой 10 т. на основе двигателя РД-0146 с метаном, но головка КС и метановый насос спроектированы и изготовлены в Италии.
Продолжаются работы (бумажные) по созданию метанового двигателя-демонстратора тягой 40 т. по теме МРКС-1. Эти работы не связаны с созданием РН семейства «Союз-5», но каким-то образом финансируются.
3. В КБХМ расчетные и экспериментальные работы с метаном начались в 1994 г. на материальной части двигателей, оставшихся от 11Д56 и КВД-1. В настоящее время результаты испытаний по внедрению метана в РКТ на двигателях С5.86 тягой 7,5 т. (на основе КВД-1) являются пока наиболее полными в России и пока в мире.
4. Работы по метану в Европейском Космическом Агенстве (ЕКА).
Первый раз я услышал о них в 2001 г. на конференции ЕКА по «зеленым топливам» в Нордвайке (Голландия). От России были приглашены КБХМ (В.С.Завьялов), КБХА (В.Д.Горохов). были еще от ГИПХ по перекиси водорода. В одном из основных докладов представительница КНЕС рассказала о перспективах перевода ТТУ Ариана-5 на метан, что приведет к улучшению энергомассовых характеристик РН и снижению стоимости выводимого ПН. В наших рекламных докладах не было ничего интересного, но к нам было множество вопросов. Двигатель КБХА РД-0120 по размерности подходил для метаноых ускорителей будущих модернизаций РН «Ариан». Двигатель КБХМ на метане уже работал десятками секунд, и готовилось испытание на 500 сек. О чем я и рассказал, говоря о результатах испытаний полноразмерного двигателя тягой 7,5 т. Этот двигателей очень заинтересовал представителей ЕКА и КНЕС и др., как двигатель-демонстратор будущих ЖРД больших тяг на метане. В докладе КНЕС подчеркивалось особые преимущества метана на нижних ступенях.
На этом все радужные перспективы для КБХМ по метану закончились. ЕКА предложило Роскосмосу контракт на проведение проектных и экспериментальных работ по внедрению метана в РКТ (Программа «Волга»). Запахло валютой. В исполнители при головной роли Центра Келдыша были включены «Энергомаш» и «КБХА», а КБХМ исключено из числа исполнителей. Центр Келдыша определен как разработчик и изготовитель метанового двигателя-демонстратора. Далее последовали контракты по работам с метаном с Южной Кореей и Японией при головной роле Центра Келдыша. Создать двигатель-демонстратор Центру Келдыша естественно не удалось, хотя он расплачивался на стороне наличными деньгами за конструкторскую документацию и изготовление агрегатов. Работы по метану в Южной Корее и Японии после мудрого руководства Центра Келдыша были прекращены. В следующей программе ЕКА «Урал» работы по двигателю-демонстратору были закреплены за КБХМ, но при головной роли Центра Келдыша, который считался разработчиком ТЗ на двигатель С5.86 и определял объем финансирования на изготовление двигателя и его испытания в НИИХИММАШ.
У меня создалось представление, что экспериментальные работы подтверждающие возможность применения метана в РКТ умышленно тормозились по различным причинам.
1. В стране шла разработка экологически чистого РН «Ангара», который должен был полностью заменить РН «Протон» по выводу ПН, как МО и народно-хозяйственных, так и коммерческих, включая ГСО. Модульный принцип «Ангары» позволял охватить весь диапазон ПН РН легкого, среднего и тяжелого класса, и все это при пусках с отечественного полигона. В этих условиях создание РН, использующих в качестве горючего метан для тех же ПН считалось непозволительной роскошью, что было в значительной мере оправдано.
2. Кислородно-керосиновые двигатели НПО «Энергомаш» семейства РД-170 при высоком удельном импульсе показывали надежную работу. Функционировал единственный мире «Морской старт» с двигателем РД-170 на РН «Зенит». 100% надежность показывает двигатель РД-180 в РН «Атлас-5», который обеспечивает все заказы Пентагона и ВВС США к будущей Космической войне. Это кроме престижа для отечественной космонавтики дает и валютные поступления несмотря на объявленные санкции, а также дает возможность на их основе создать сверхтяжелый носитель для будущих межпланетных экспедиций. В этих условия проблема замены керосина на метан выглядит очень проблематичной.
3. КБХМ оказалось единственной организацией, которая перешла от теоретических разговоров о преимуществе метана к его практическому внедрению в РКТ, опираясь на результаты испытаний двигателей тягой 7,5-10,0 т. Это произошло не за счет дара предвидения работников КБХМ, а потому, что там были бесхозные водородные двигатели, которые на первых порах было легко доработать под метановые. Эти работы без энтузиазма были встречены Роскосмосом и НИИ отрасли.
3.1. НИИ считали, что это глубокий НИР для перехода на 3-х компонентные двигатели или многоразовые РН, поэтому этой темой должны заниматься НИИ, а не ОКБ. Финансирование должно идти через НИР, которыми кормились НИИ, а ОКБ может быть у них только в качестве соисполнителя. А.С.Коротеев мне лично говорил улыбаясь: «В.С. скажите, ну какие НИР могут быть. Вообще, по ЖРД?».
3.2. Роскосмос выделял на НИР ограниченное финансирование, порядка 5% от своего бюджета, и оно рассматривалось, как средство сохранения научных кадров тех же НИИ. Так было в конце 90-х и начале 2000-х, не знаю, как сейчас. Я неоднократно просил Б.В.Бодина увеличить финансирование по метану (темы «Иней» и «Свеча»). Он мне отвечал, что ты меня агитируешь, я за метан, но разбирайся со своим главком. А.Н.Кузнецов (нач. упр.) и И.И.Белоусов (нач. отд.) отправляли меня и тему в Центр Келдыша, и круг замыкался.
3.3. В КБХМ было дело не лучше. Собственных денег было мало, испытания проводились на стороне (в Загорске). На собственные деньги все таки нужно было делать конкретное железо, а для НИР это считалось невыгодным, т.к. денег не хватало на нищенскую зарплату. В 2003 г. директор и генеральный конструктор КБХМ Е.П.Селезнев (2001-2006 гг.) мне говорил: «Я жалею, что еще раньше не закрыл НИР по метану».
3.4. Директора НИИХМ (1988-2007 гг.) А.А.Макарова интересовали только деньги. Поэтому испытания метанового двигателя вместо 6-го объекта, где испытывались двигатели 11Д56 и КВД-1, и который был прекрасно оборудован, он определил на 5 –й объект, который простаивал без работы. Этот кислородно-керосиновый стенд требовал значительной доработки под метан даже для работы на несколько десятков секунд. Требовалась доработка по средствам измерения, к тому же на стенде было мало квалифицированных кадров.
3.5. Испытания на 5-м объекте с 1977 г. по 2009 г. на 4-х двигателях при 6-и испытаниях продолжительностью не свыше 60 секунд, и при взаимных ошибках конструкторов и испытателей все же дали уверенность в возможность многоразовых включений с продолжительностбю работы метанового двигателя в сотни секунд. Появился интерес в РФ и за рубежом. Однако, оставались вопросы, которые требовали подтверждения огневыми испытаниями, среди них вопрос о сажеобразовании при продолжительных испытаниях.
3.6. В 2010 г. было принято решение перевести испытания метанового двигателя на водородный стенд. К этому времени сменилось руководство в КБХМ вместо Е.П.Селезнева в 2006 г. директором стал В.А.Петрик. НИИХИММАШ вошел в состав вновь образованного НИЦ РКП, А.А.Макаров ушел в отставку. Испытания в 2010-2011гг. двигателя С5.86 №2 на стенде В2А ИС-105 с рекордным временем непрерывной работы свыше 2000 сек., и суммарной наработкой в 3389 сек. за 4-е включения фактически перевели работы по метану из НИР в ОКР. В «ЦСКБ-Прогрес» началась разработка ЭП семейства метановых РН «Союз-5», в США начались разработки метановых ЖРД в ведущих частных компаниях. Но никаких изменений в финансировании экспериментальных работ по метану в КБХМ не произошло.
3.7. Под эгидой Центра Келдыша в рамках «Двигатель 2015» в 2011-2013гг. велось изготовление двигателя С5.86 №2А (год на КС, год на ТНА и год на общую сборку), и это при максимальном использовании агрегатов и деталей, оставшихся от прежних двигателей. На испытании в сентябре 2013 г. на 530 сек. произошло возгорание насоса «О». Причина однозначно не установлена. Это может быть посторонняя частица между шнеком и корпусом насоса (на двигателе проводилась подварка подводящих трубопроводов) или уменьшение зазора из-за разрушения подшипника «О», или за счет температурных деформаций. С конца 2013г. ведется изготовление нового двигателя С5.86, вернее восстановление старого. Он должен быть готов к отправке на испытания в мае 2015г. Еще не решен вопрос с финансированием и датой проведения испытания. Такого положения не было даже в пресловутые 90-е годы.
3.8. Затянулась защита ЭП по РН «Союз-5», она намечалась на конец 2014г. Это связано с тем, что до сих пор не принята космическая программа на период 2016-2025г. Более 2-х лет идет перестройка РКП. Разъединяют и объединяют заказчиков и исполнителей, меняют руководителей основных предприятий РКП, а чем они должны заниматься со следующего года, нет ясности.
4. В то же время в США ведутся интенсивные работы по внедрению метана в РКП. Ведущую роль в этом процессе играют частные коммерческие фирмы. Строятся стенды для испытаний метановых двигателей. Ведется отработка агрегатов. Метановые двигатели привязаны к конкретным средствам выведения. Крупнейшие ракетные фирмы принимают участие в финансировании работ по метану. Я остановлюсь только на 2-х работах. Это работы Джозеффа Безоса и Элона Маска.
4.1. Миллиардер Д.Безос организовал в 2000г. компанию Blue Origin для туристических полетов человека в космос на высоту примерно 100км. На своем ранчо в штате Техас он построил космопорт и стенды для испытания двигателей. 5-й испытательный полет 24.08.2011г. пилотируемого модуля New Shepard окончился аварийно. К этому времени Д.Безос истратил 500 млн. долларов собственных денег. По техническим и финансовым причинам он в очередной раз поменял направление развития своего бизнеса, но он был уже увлечен ракетно-космической техникой и, конечно, не хотел мириться с потерей своих средств. Он отказался от использования ЖРД, работающего на перекиси водорода с керосином, который был на его туристическом модуле. За 3 года разработал многоразовый кислородно-водородный двигатель тягой 50 т. «Ве-3» с наилучшими энерго-массовыми характеристиками для 2-х ступеней РН, но не нашел ему применения. Испытания метанового двигателя С5.86 №2 не могли пройти без внимания Д.Безоса и он начал заниматься метаном. Ему помог Д.О.Рагозин, который пригрозил прекращением поставок в США двигателей РД-180 для 1-й ступени РН «Атлас-5». Д.Безос предложил вместо РД-180 свой кислородно-метановый двигатель «В-4». В сентябре 2014г. было объявлено о заключении соглашения между Blue Origin и ULA (Объединенная компания Боинг и Локхид Мартин, которая ведет эксплуатацию РН Атлас-5 и Дельта-4) о совместной разработке двигателей Ве-4 для первых ступеней модернизации РН Атлас и Дельта.
Двигатель Ве-4 имеет тягу 230т., которая считается оптимальной для кислородно метановых двигателей и дает преимущества в выведении ПН перспективных Атласов и Дельта. Д.Безос утверждает, что работы над Ве-4 ведутся уже 3 года. В 2015г. будут проведены испытания ТНА и основных агрегатов. На 2016г. планируются испытания полноразмерного двигателя и выход на ЛКИ в 2019г., с началом эксплуатации с 2020г. На отработку Ве-4 Д.Безос и ULA планируют один миллиард долларов.
Меня смущает один вопрос. Упоминается, что при схеме с восстановительным газогенератором затруднена система регулирования двигателя по сравнению со схемой с окислительным газогенератором. Я задавал этот вопрос в 5-м отделе (М.Голдовскому), но не получил ответа. Какая схема принята в Ве-4, я так и не понял из перевода по гугл.
Несмотря на то, что Ве-4 разрабатывается как многоразовый, он будет применяться пока в одноразовых РН. В этом гарантия, что мы скоро увидим в лете метановый двигатель. Досадно только, что этот двигатель будет не российский.
4.3. Продолжает удивлять Э.Маск. За несколько лет он сделал в деле возвращения первой ступени РН и возможного повторного использования двигателей больше, чем было сделано за несколько десятилетий. Относительно возможности возвращения 1-й ступени только за счет своих основных двигателей я узнал из интервью В.П.Мишина, который дал его бывшему работнику КБХМ А.Локтеву на даче в Болшево. О таком способе возвращения 1-й ступени он неоднократно говорил в своих лекциях в МАИ. Практически осуществить это взялся Э.Маск.
В 2012г. не без впечатления от результатов испытания метанового двигателя КБХМ С5.86 №2, Э.Маск отказался от дальнейшего совершенствования своих кислородно-керосиновых «Мерлинов», выполненных по открытой схеме и отдал предпочтение метановым ЖРД. Но и здесь он остался верен себе. Максимальные удельные параметры двигателя он хочет получить при умеренных параметрах Рк за счет самой прогрессивной схемы замкнутых ЖРТ «Газ-газ». До сих пор эта схема по техническим причинам не нашла практического применения.
Я помню, как А.М.Исаев поручил разработку такой схемы С.Г.Милюкову во 2-м отделе. Были какие-то испытания в 16 отд. Возможно на кислородно-метановом ЖРД Э.Маску удастся осуществить эту схему. Что касается самого С.Г.Милюкова, то он был единственным из сотрудников КБХМ, кому разрешили поехать в КНДР создавать ракетную технику, т.к. он успел оформить себе выход на пенсию.
Маск надеется, что при помощи кислородно-метановых ЖРД человеку удастся достичь Марса еще при его жизни.
4.3. Европейское космическое агентство по политическим и финансовым причинам отложило переход с твердотопливных ускорителей на «Ариане-6» на кислородно-метановые. «Вега» также осталась без кислородно-метановой 3-й ступени. Изготовление твердотопливных ускорителей при финансировании ЕКА ведется в Италии, экономика которой находится в предкризисном состоянии. В ЕКА не все согласны с таким решением. В январе 2015г. Французкое космическое агентство КНЕС заключило договор с фирмами Германии о разработке метанового двигателя-демонстратора. Это вызвано тем, что работы по созданию двигателя-демонстратора в рамках программ «Волга» и «Урал» не были полностью выполнены, а работы КБХМ по качеству и темпам не удовлетворяют европейцев. Новых результатов по метану нет с 2011г.
4.4. В КНР отслеживаются работы по метану в других странах. Практически они приступят к работе, когда где-нибудь появится метановый РН, и они, учась на чужих ошибках, смогут его творчески копировать.
4.5. К работам по метановым ЖРД, вслед за США, могут приступить и другие страны, развивающие свою ракетно-космическую промышленность. Надежные, простые в изготовлении. экологически чистые двигатели пригодные к многократному использованию найдут широкое применение в 21 веке.
5. В Эскизном проекте «Союз-5» КБХМ представлено двигателем 2-й ступени РД С5.867 Тяга 73т. Удельный импульс 370 сек. Масса сухого двигателя 850 кг. Для того, чтобы получить заказы на метановые ЖРД нужно твердо помнить, что метановые ЖРД для подтверждения своей надежности должны быть многоразовыми, как при автономной отработке, при поставочных КВИ и при ОСИ ступени. И все это без каких-либо переборок.
Для возрождения настоящего КБ нужно вновь учиться работать с серийными заводами, как это было при А.М.Исаеве, В.Н.Богомолове и Н.И.Леонтьеве. А.М.Исаев взялся за разработку двигателей комплекса Д9 не имея для этого ни производственной ни экспериментальной базы. Попытки брать заказы только по возможностям своего опытного производства ведут с снижению профессионального уровня конструкторов и превращения ОКБ в серийное заводское КБ.
6. Отдельно по работам с двигателем-демонстратором. Размерность двигателя должна быть 4-5 т. Это наиболее подходящая размерность для вывода спутников на стационар. Рк порядка 150атм. Двигатель многоразовый с возможностью форсирования и дросселирования.
7. Вскоре будет принята новая космическая программа на 2016-2025г. В ней в средствах выведения «ГРЦ-Прогресс» метан займет ведущие место. У нас нет миллиардеров типа Д.Безоса и Э.Маска, но их место в какой-то степени может заменить «Газпром». В июньском номере журнала Gasworld за 2014г. опубликована моя статья о применения метана в РКТ.
zavjalov.okis.ru
испытания метанового двигателя
Двигатель, сконструированный и испытанный подрядчиком NASA – компанией Alliant Techsystems/XCOR Aerospace, находится на ранней стадии разработки и пока не готов для использования в открытом космосе. Однако если данная технология оправдает себя, подобные метановые двигатели могут, однажды, открыть дверь в освоение глубокого космоса.
Метан (Ch5) – основная составляющая природного газа – присутствует в избытке в Солнечной системе. Его запасы есть на Марсе, Титане, Юпитере и многих других планетах и их спутниках. Таким образом, если топливо ждёт в пункте назначения, ракете, покидающей Землю, не придётся нести огромные запасы горючего, что позволит сократить финансовые затраты. Звучит странно, однако данный газ никогда раньше не использовался в качестве топлива для космических аппаратов. В настоящее время учёные и инженеры в Маршалле, Исследовательском центре Гленна (Glenn Research Center) и Космическом центре Джонсона (Johnson Space Center) разрабатывают двигатели на основе метана и жидкого кислорода в качестве альтернативы будущего. «Несколько попыток находятся в стадии разработки, включая конкурирующую модель двигателя от компании KT Engineering», - отметила Трэмел.
«Данный проект поддерживается Программой развития технологий NASA и показывает, как технологии способны помочь исследовательским миссиям будущего», - утверждает Марк Д. Клем (Mark D. Klem), руководитель Проекта по разработке современных двигательных установок и криогеники в Исследовательском центре Гленна.
«Метан имеет множество преимуществ, - продолжает Трэмел, - Я даже задаюсь вопросом, почему мы не додумались до этого раньше?» Вообразите следующее: жидкий водород, используемый в Шаттлах, должен храниться при температуре -252,9 градуса Цельсия, что всего на 20 градусов выше абсолютного нуля! Жидкий метан, с другой стороны, может храниться при гораздо более высокой температуре -161,6 градуса Цельсия. Это означает, что ёмкостям с метановым топливом не понадобится большое количество изоляционного материала, и это сделает их легче и дешевле. Баки станут меньше, так как жидкий метан плотнее, чем водород, что также позволит сберечь деньги и уменьшить общий вес. Кроме этого, метан достаточно безопасен для здоровья человека. В то время как отдельные виды топлива потенциально токсичны, «… мы называем метан зелёным топливом, - говорит Трэмел, - вам не придётся надевать защитный костюм для работы с ним, как это делают на большинстве космических аппаратов».
Однако ключевым достоинством метана стало то, что он присутствует или может быть найден на многих планетах, которые NASA планирует посетить в рамках межпланетных миссий, включая Марс. Несмотря на то что запасы метана на Марсе не очень велики, возможно его производство посредством процесса Сабатье. Данная реакция проходит между углекислым газом и водородом при нагревании, а её продукты – метан и вода. Марсианская атмосфера в избытке содержит углекислый газ, а также небольшие объёмы водорода – таким образом, реагенты могут быть взяты с Земли либо добыты из марсианского льда.
Чем дальше путешествие в Солнечной системе, тем легче будет найти запасы метана. На спутнике Сатурна – Титане жидкий метан буквально льётся с неба. Спутник весь покрыт метановыми реками и озёрами, а также другими углеводородами, способными однажды послужить складами топлива. Представьте: ракета-носитель на метановых двигателях доставляет на поверхность Титана робот-зонд для сбора геологических образцов, пополнения баков топливом и возвращения на Землю. Подобные межпланетные миссии ещё никогда не осуществлялись. Метан содержат атмосферы Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а Плутон имеет запасы замороженного метана на поверхности. Использование метановых двигателей может позволить новые миссии к этим планетам.
Первые серии испытаний 7500 фунтового двигателя прошли успешно, однако нужно решить ещё множество проблем, прежде чем метановые двигатели будут готовы к использованию в космических миссиях. «Один из основных вопросов с метаном – его способность к воспламенению», - утверждает Трэмел. Отдельные виды ракетного топлива воспламеняются спонтанно, будучи смешанными с окислителем, но метан требует воспламенитель. Подобные устройства сложны в изготовлении, так как планетарные температуры достигают сотен градусов ниже нуля. Трэмел и её коллеги в Маршалле и Центре Гленна в настоящее время работают над тем, чтобы реализовать механизм поджига в любых условиях.
По утверждениям Трэмел, усилиями NASA подобные проблемы преодолимы, и она верит в использование двигателей на основе метана и жидкого кислорода в космических аппаратах будущего. Голубое пламя в пустыне Мохаве – прекрасное тому подтверждение.
science.nasa.gov
livescience.ru
