Информационное агентство
15 Ноября, 2017  20:28

В России разработан эскизный проект метанового ракетного двигателя

Конструкторское бюро химавтоматики,КБХА,ракетный двигатель,метан

Воронежское «Конструкторское бюро химавтоматики» (КБХА) разработало техническое предложение и эскизный проект на опытный образец кислородно-метанового ракетного двигателя тягой 85 тонн.

Разработка ведется в целях создания и отработки технологии использования метана в качестве компонента топлива в перспективных жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). Главный конструктор - Горохов Виктор Дмитриевич.

Среди других задач, решаемых в рамках этого проекта - создание опытного образца системы аварийной защиты двигателя и отработка базовых элементов на основе перспективных конструктивных и схемных решений, с использованием прогрессивных технологий; проведение испытаний экспериментального двигателя с тягой 40 тонн (в пустоте) с системой диагностики и аварийной защиты; проведение испытаний двигателя-демонстратора (совместно с «КБ Химмаш им. Исаева» и Научно-испытательным центром ракетно-космической промышленности) тягой в 7,5 тонн (в пустоте), а также его дефектация с целью использования полученного научно-технического задела для разработки опытного ракетного двигателя, а также подтверждения характеристик СПГ, используемого в качестве ракетного топлива.

Борис Обносов: готовим базу для создания гиперзвуковых ракет >>

Также на первом этапе работ состоялись испытания экспериментального кислородно-метанового двигателя тягой 40 тонн. 22 декабря 2016 года во время стендовых тестов специалисты провели 10 включений двигателя-демонстратора РД0162Д2А. Особенностью конструктивной схемы двигателя является то, что впервые используется запатентованный предприятием двухконтурный газотурбинный привод топливных насосов. К настоящему времени специалисты КБХА завершили разборку и дефектацию этого двигателя и анализ результатов испытаний. Полученная информация будет использована в дальнейших работах над двигателем тягой 85 тонн.

Испытания ракетного двигателя на метане

Следующий этап предусматривает выпуск конструкторской документации на двигатель тягой 85 тонн, а также продолжение подготовки производства и изготовление энергетических установок для отработки отдельных систем двигателя.

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.

За последние 50 лет список жидких горючих, широко использующихся в ракетно-космической отрасли мало изменился: керосин, водород и гептил. Каждое из них имеет свои особенности и по-своему интересно, но у всех есть хотя бы один серьёзный недостаток.

Керосин

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.

Рельсотрон: оружие будущего >>

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. 

Гептил

Он же НДМГ или несимметричный диметилгидразин, 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.

Заправка ракеты

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 не оправдано и является неприемлемым. Горючее находит применение в спутниках и межпланетных зондах, где оно, к сожалению, незаменимо.  

Водород

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 (-258ºС). Это приводит к дополнительным затратам. Если сравнивать в керосином, то доступность водорода достаточно высока и его получение не является проблемой. 

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.

Метан как альтернатива

Но есть ли топливо, которое удовлетворит всех и будет стоить дешевле всех? Возможно, это метан. Он как по плотности, так и по эффективности находится между керосином и водородом. 

Использование его 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.

Есть ли за рубежом аналоги «Искандеру»? >>

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%.

С конструкционной точки зрения метан привлекателен, поскольку температура испарения СПГ значительно выше, чем у жидкого водорода, то существенно упрощается криогенное оборудование. 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. 

И еще одно громадное достоинство пока еще не появившегося двигателя. Он не имеет существенных отличий, усложняющих процесс конструирования и испытаний, от водородных двигателей.

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.

20 октября 2017 года компания Blue Origin провела первые огневые испытания двигателя BE-4,который работает на жидком кислороде и жидком метане в качестве окислителя и топлива. Американская компания ULA планирует ставить его на свои новые ракеты Vulcan, которыми США заменят ракеты Atlas V, оснащенные российскими РД-180.

Blue Origin планирует использовать силовую установку на своей новой тяжелой ракете New Glenn. Но двигатель может также использоваться совместным предприятием Boeing и Lockheed Martin United Launch Alliance, которое производит ракеты Altlas V и планирует производить Vulcan. ВЕ-4 может стать самым мощным американским ракетным двигателем на ближайшие десятилетия.

Во время огневых испытаний двигатель BE-4 набрал 50% своей мощности за три секунды. Blue Origin начала его разработку еще в 2011 году, но публично объявила об этом только в 2014-м.

Как отмечает PM, BE-4 — первый крупный ракетный двигатель, разрабатываемый с нуля частной компанией. Его тяга при работе на уровне моря должна достигать 2400 кН: BE-4 слабее главного двигателя Space Shuttle и разрабатываемого SpaceX двигателя Rаptor, который компания Илона Маска будет ставить на тяжелые ракеты Big Falcon. BE-4 предполагает многоразовое использование.

Статьи, которые Вам могут быть интересны:

Как собирают двигатели для самолетов >>

Строители начали возводить морские пролеты Крымского моста >>

Двигатель ПД-14 – предвестник возрождения авиастроения >>

Крупнейший газоперерабатывающий завод в России >>

Корабль «Адмирал Эссен» проекта 11356 >>

СМОТРИТЕ ВИДЕО:

   

          Реконструкция БАМа                           Первый бетон Амурского ГПЗ                 Истребитель МиГ-35                           Атомные реакторы для ледоколов

Просмотров: 255
Загрузок: 2
Тэги : 24РосИнфо , Космос
Рейтинг:
13 / 65 ( Отлично )

В этом разделе

Добавить комментарий

Обновить

Естественный спутник земли?

Реклама
Популярные публикации
«Афганит» расстроил США сильнее «Арматы» просмотров: 29063

Российский комплекс активной защиты  "Афганит" самая впечатляющая особенность нового танка "Армата" - заявили эксперты  американского журнала The National Interest. 

Российский спецназ вооружат новым автоматом АК-400 просмотров: 27522

Концерн "Калашников" вооружит российские элитные спецподразделения и ФСБ новейшими "адаптивными" автоматами, на которые не только можно установить любой прицел, фонарь или лазерный целеуказатель,

Лучшие автокемпинги Крыма просмотров: 27080

Один из лучших способов добраться до Крыма и осмотреть его — конечно же, автотуризм. Республиканские власти выбрали девять лучших автокемпингов полуострова.

Спущена на воду подводная лодка «Великий Новгород» просмотров: 23025

Накануне 110-летия со дня основания подводного флота России на "Адмиралтейских верфях" прошла церемония спуска на воду большой дизель-электрической подводной лодки "Великий Новгород" для ВМФ России. 

Поиск
Реклама
Календарь публикаций
« Декабрь 2017 »
Пн. Вт. Ср. Чт. Пт. Сб. Вс.
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031