Метановый двигатель для многоразовых ракет могут создать через 3-5 лет. Двигатель метановый
Метановые автомобили — ближайшее будущее? — журнал За рулем
С развитием технологий и появлением новых современных двигателей тема газомоторного топлива становится все актуальнее. Однако полного понимания того, что дает использование метана в автомобиле, до сих пор нет. Попробуем разобраться в теории вопроса и понять, какими реальными преимуществами обладает этот вид топлива.
no copyright
В качестве моторного топлива используют два вида газа — пропан-бутан и метан. Пропан-бутан — это сжиженный углеводородный газ. Метан — это чистый природный газ, хорошо знакомый нам в быту. Метан попадает на заправки через газораспределительную систему и в баллоне находится в сжатом состоянии.
Пропан-бутан и метан отличаются друг от друга не только по физическим и химическим свойствам, но и эксплуатационным характеристикам. В последние десять лет мировой парк автомобилей на метане растет гораздо быстрее парка машин на пропане. Метан дешевле, безопаснее и удобнее в применении, поэтому он становится все более привлекательной альтернативой не только пропану, но и бензину и дизельному топливу.
В мае этого года Правительство России поддержало мировой тренд: вышло распоряжение о переводе на метан половины общественного транспорта в крупных городах. Для выполнения этого плана по всей стране будет создана сеть АГНКС — станций для заправки автомобилей природным газом. Переход транспорта на метан приобретает массовый характер. Предлагаем разобраться в основных особенностях и выгодах использования метана в качестве моторного топлива.
Метан — это безопасно
Существует миф, что природный газ якобы «взрывоопасен». На самом деле его безопасность подтверждена давно и многократно. Метан официально имеет наивысший класс безопасности среди горючих веществ. Это означает, что он воспламеняется гораздо тяжелее, чем бензин или пропан.
Современные баллоны для метана производят таким образом, чтобы емкости могли выдерживать удары любой силы без повреждений. Даже в случае ДТП или пожара баллоны, наполненные метаном, не взрываются. Газ стравливается через специальные вставки, которыми оснащены емкости. Метан легче воздуха, поэтому не успевает осесть и образовать взрывоопасную концентрацию. Именно поэтому во многих странах разрешено строить АГНКС в жилых кварталах.
— Природный газ — наиболее безопасный вид топлива. Баллоны для метана обладают высокой надежностью и многократным запасом прочности, — поясняет начальник отдела по работе с производителями газоиспользующей и газозаправочной техники управления развития ООО «Газпром газомоторное топливо» Дмитрий Самсонов. — Это подтверждено различными испытаниями: на устойчивость к разрушению при падении с высоты, воздействием экстремальных температур, кислоты и т.д. Если оценить статистику взрывов и пожаров на обычном транспорте и сопоставить эти показатели с данными по метановым автомобилям — преимущество метана станет очевидным.
Автомобиль на метане мощнее
15–20 лет назад, в эпоху автомобилей с карбюраторными двигателями, транспорт на газе действительно терял в мощности, но эти времена давно в прошлом. Для современных двигателей с электронным зажиганием метан является идеальным топливом. Он легко перемешивается с воздухом в камере сгорания и обеспечивает оптимальное распределение смеси воздуха и топлива. Метан обладает высокими антидетонационными свойствами. Это позволяет применять высокую степень сжатия (12:1) и значительно повышать мощность двигателя.
no copyright 2
Ведущие автопроизводители: Volkswagen, Volvo, Opel, Audi и многие другие, уже наладили массовый выпуск метановых автомобилей. Эти модели ни в чем не уступают бензиновым аналогам. Стараются не отставать от прогрессивных тенденций и российские производители. АВТОВАЗ выпустил газовый легковой автомобиль Lada Priora и уже представил проект двухтопливной Lada Granta.
Метан гарантирует долговечность двигателю
Слухам о том, что газ портит двигатель, метан обязан пропан-бутану. Состав этой смеси непостоянен, поэтому существует риск заправить автомобиль некачественным газом или топливом, не соответствующим сезону. В случае с метаном, состав которого однороден, это невозможно. Это чистое топливо, которое не подвергается никакой обработке, кроме очистки, осушки и сжатия в компрессоре.
Volkswagen Passat Variant EcoFuel
Доказано, что использование метана в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5–2 раза. Во-первых, при работе двигателя не возникает детонации в цилиндрах, что снижает нагрузку на элементы и узлы цилиндро-поршневой группы. Во-вторых, при использовании метана масляная пленка с цилиндров не смывается, как в случае с бензином или дизелем, что обеспечивает оптимальный режим работы и смазки двигателя, значительно снижая его износ.
Сег
www.zr.ru
Метановый двигатель для многоразовых ракет могут создать через 3-5 лет
14:4430.12.2012
(обновлено: 16:18 31.12.2012)
485730
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".
"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
В Роскосмосе заявили о разработке кислородно-метанового ракетного двигателя
Разработка ведется в целях создания и отработки технологии использования метана в качестве компонента топлива в перспективных жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). Среди других задач, решаемых в рамках этого проекта - создание опытного образца системы аварийной защиты двигателя и отработка передовых методов проектирования на основе современных цифровых технологий. Кроме того, специалисты КБХА прорабатывают вопросы оптимизации параметров перспективных «метановых» ЖРД с учетом требований по минимизации стоимости производства и эксплуатации.
Также на первом этапе работ состоялись испытания экспериментального кислородно-метанового двигателя тягой 40 тонн. 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.
В КБХА заявили, что 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.
Метан (природный газ) рассматривается как один из перспективных видов горючего для ракетной техники. Метан обладает широкой сырьевой базой и низкой стоимостью по сравнению с керосином. Как по плотности, так и по эффективности природный газ находится между керосином и водородом. Удельный импульс у двигателя на метане высокий, но это преимущество нивелируется тем, что у природного газа меньшая плотность, поэтому в сумме получается незначительное энергетическое преимущество. Однако с конструкционной точки зрения метан привлекателен. Благодаря своим качествам метановое топливо более приемлемо для применения в двигателях многоразовых космических летательных аппаратов.
- отметили в КБХАМетан как перспективное ракетное горючее — Будущее уже наступило…
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 — 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
Метановый двигатель NASA
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
МЕТАНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / Завьялов Владимир Семенович
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
В России начали создавать метановый ракетный двигатель
Как сообщило РИА Новости, в России приступили к созданию метанового ракетного двигателя. Его разработку ведут специалисты НПО «Энергомаш». По словам главы предприятия Игоря Арбузова, испытать изделие могут уже через три-четыре года. «Двигатель получил название РД-169. Это фактически новый двигатель, создающийся на основе тех знаний, которые мы формировали с начала 2000-х годов», — заявил Арбузов.
По его словам, российские инженеры получили ценный опыт для проектирования двигателя при проведении работ над РД-0146. Последний является безгазогенераторным жидкостным ракетным двигателем, разработанным Конструкторским бюро химавтоматики в Воронеже. Устройство представляет собой аналог американского RL-10В-2. «Работу некоторых двигателей с метановой смесью, например, РД-0146, мы даже испытали на практике. Подтверждена сама возможность и эффективность такой схемы», — пояснил Игорь Арбузов.
Метановые ракетные двигатели многие специалисты считают наиболее перспективным направлением в ракетостроении. Метан имеет широкую сырьевую базу и низкую стоимость в сравнении с керосином. Газ можно добывать на астероидах, планетах и их спутниках, обеспечивая космические миссии будущего топливом.
Вышеперечисленное вызвало особый интерес к метановым ракетным двигателям у таких инноваторов современности как Илон Маск и Джефф Безос. Напомним, что перспективная космическая система от компании SpaceX, получившая наименование Big Falcon Rocket, построена вокруг метанового двигателя Raptor, ряд испытаний которого уже успешно провели. В свою очередь Джефф Безос и специалисты принадлежащей ему компании Blue Origin рассматривают вариант установки метанового двигателя BE-4 на перспективную ракету New Glenn, которая, как предполагают, будет частично-многоразовой.
Добавим, что эксплуатируемая компанией SpaceX ракета-носитель Falcon-9, которая имеет возвращаемую первую ступень, использует двигатель Merlin, работающий на топливной паре керосин/жидкий кислород. Аналогичная топливная пара имеет место на российских ракетах серии «Союз» и «Ангара». В то же время, ракета-носитель «Протон-М», которую вскоре намерены вывести из эксплуатации, использует в качестве топлива очень токсичный гептил. Последнее рассматривают в качестве одной из главных причин отказа от данной ракеты.
labuda.blog
