Дмитрий Верхотуров

© Babr24

Наука и технологииРасследованияРоссия

27973

22.12.2020, 19:28

Метановая ракета: основные преимущества

В российской прессе обсуждалось столько всевозможных технических проектов, концептов и разного рода «не имеющих аналогов» изделий, что читатель, далекий от тонкостей дела, давно уже потерял ориентировку во всем этом. Что из этого хорошо, что – не очень; что передовой уровень, а что слегка видоизмененная разновидность старых, еще советских разработок?

Вот, к примеру, проект ракеты-носителя «Амур», ракеты на метане. Это действительно так здорово, как об этом пишут?

Начнем с того, что двигатель к этой ракете уже разрабатывается в Воронеже, в «КБ Химавтоматики». У него даже индекс есть РД-0162. Это опытная версия двигателя, которая в 2017 году прошла огневые испытания, то есть, условно говоря, испытание ракетного двигателя в рабочем состоянии.

Далее, это международная гонка за освоение новых ракетных технологий. Метановый ракетный двигатель Raptor разрабатывает фирма Илона Маска SpaceX. Огневые испытания американского двигателя состоялись в 2016 году, в феврале 2019 года проведено огневое испытание летного образца двигателя, а в августе 2019 и в августе 2020 года были выполнены тестовые полеты с этим двигателем, но пока не в космос. Американцы наших в гонке за метановый двигатель довольно ощутимо опережают.

Итак, чем это хорошо?

Во-первых, топливо банально дешевле. В ракете применяется сжиженный газ – метан, получаемый из природного газа. В нем есть различные примеси, когда он только добыт из скважины. Но газ довольно легко очищается от примесей, и это делают сотнями миллиардов кубометров на газоперерабатывающих заводах. А вот для ракет нужен керосин. И не любой, и даже не авиационный. Ракеты летали и летают на особой марке керосина – Т-1, который сначала изготовлялся из специально подобранных сортов нефти из Баку и Сахалина, а потом его стали делать смешиванием двух марок авиационного керосина Т-6 и РТ.

Стоимость ракетного керосина примерно 27 тысяч рублей за тонну, стоимость сжиженного природного газа – 12-15 тысяч рублей за тонну (сжижать метан можно прямо на космодроме, на небольшой установке, забирая газ из магистрального газопровода). Ракета-носитель «Союз» имеет в первой ступени 44,8 тонн и во второй ступени 26,3 тонн керосина. Таким образом, заправка двух ступеней керосином стоит примерно 710 тысяч рублей, а СПГ – 394 тысячи рублей.

Во-вторых, двигатель, в котором топливо и окислитель – сжиженные газы, получается проще и надежнее привычной «керосинки». Керосин нужно выталкивать из бака, для чего делается дополнительный бак со сжатым азотом и система его подачи в топливный бак. Сжиженный газ выталкивает сам себя. Достаточно его немного нагреть (а СПГ охлажден до -160 градусов), он начинает частично превращаться в газ, в баке создается избыточное давление и сжиженный газ сам идет к турбонасосу.

Керосин перед подачей в камеру сгорания надо испарить и превратить в газ. Но он полностью не испаряется, даже после нагрева в специальной системе, опоясывающей горячие сопло и камеру сгорания двигателя, и часть его распыляют в форсунке камеры сгорания. Получается сложное и трудноуправляемое горение смеси пара и мелких капель керосина. Сжиженный метан и сжиженный кислород превращаются в газы, смешиваются равномерно и в любых пропорциях, и горение газовой смеси более простое и предсказуемое. Точно известны пределы воспламенения и детонации смеси метана и кислорода, газовая смесь поджигается дуговым электрическим разрядом.

В-третьих, метановый двигатель можно сделать регулируемым. Управлять им можно дросселированием (в двух словах, когда приток топлива и окислителя ограничивается специальной заслонкой), а также можно изменять соотношение метана и кислорода, получая смеси с разными характеристиками. Это тоже можно сделать управляемыми клапанами на магистралях подачи.

Регулирование – это возможность выводить полезную нагрузку – спутник или космический корабль – без разгонного блока. Разгонный блок представляет собой дополнительную ступень ракеты, с запасом топлива, маршевыми двигателями и двигателями ориентации, который выводит полезную нагрузку на необходимую орбиту, обеспечивая совершение всех необходимых маневров.

Разгонный блок нужен потому, что «керосинку», раз потушив, второй раз не подожжешь, особенно в космосе. Разгонный блок использует диметилгидразин и тетраоксид азота, которые, при смешивании воспламеняются сами, что позволяет останавливать и запускать двигатель многократно, с помощью клапанов и заслонок. Потому «керосинка» просто выталкивает ракету в космос, а дальше разгонный блок придает орбите запущенного аппарата нужные характеристики, для чего и нужны многократные включения двигателя в определенные моменты полета.

Метановый двигатель может регулировать тягу, может останавливаться и запускаться снова. Это позволяет ему маневрировать на орбите. Тогда зачем нам разгонный блок, который весит 6,6 тонн? Лучше вместо него забросить на орбиту нечто общественно полезное.

Ракета, получив сжиженный метан в качестве топлива, существенно упрощается по конструкции, из нее исключаются многие весьма громоздкие и тяжелые системы, которые сокращали полезную нагрузку «керосинок». Теперь осталось лишь построить достаточно мощный двигатель, добиться его надежной работы, переоснастить ракеты и – полетели.

Ну и наконец. Кислород и метан можно найти в космосе и на ряде небесных тел. Стало быть, можно перезаправить ракету для возвращения или дальнейшего полета. А вот нефти, из которой можно было бы выгнать керосин, на планетах, лунах и астероидах вряд ли будет найдено. Надо смотреть в будущее и его перспективы.

Дмитрий Верхотуров

© Babr24

Наука и технологииРасследованияРоссия

27973

22.12.2020, 19:28

URL: http://babr24.com/msk/?IDE=208581

bytes: 5602 / 5528

Обсудить на форуме Бабра в Telegram

Поделиться в соцсетях:

Автор текста: Дмитрий Верхотуров.

Другие статьи в рубрике "Наука и технологии" (Россия)

Меньше деталей, больше дела: самый эффективный воздушный транспорт наших дней

США открыли конкурс по программе Agility Prime для поиска самого мобильного и быстрого летательного аппарата для помощи при стихийных бедствиях. Кто уже принял участие, и в чем уникальность нового пилотируемого транспорта? Фото с janes.

Есения Линней

Наука и технологииТранспортМир

679

27.01.2021

Новые животные, которых обнаружили в 2020 году

Каждый год животный мир планеты редеет. По подсчётам WWF, в 2020 году мир покинули несколько видов животных, в том числе великолепная ядовитая лягушка и летучая мышь Bonin Pipistrelle.

Миша Ковальски

Наука и технологииМир

2749

24.01.2021

Найденная окаменелость поможет узнать ученым, почему морские звезды пятирукие

Найденная в Марокко окаменелость морской звезды возрастом около 480 миллионов лет оказалась недостающим звеном в изучении эволюции морских звезд.

Есения Линней

Наука и технологииГеоМир

2567

22.01.2021

Выносливее тараканов или кто населял сибирские озера

Российские ученые собрали коллекцию ископаемых животных, населяющих озера и реки Сибири и Предуралья. Что помогло им не только пережить извержения вулканов и массовое вымирание, но и расселиться в разных акваториях? Реконструкция позднепермского озёрного сообщества Тунгусского бассейна Сибири.

Есения Линней

Наука и технологииГеоРоссия

2613

21.01.2021

Иркутские ученые получили президентские гранты

В конце 2020 года стали известны победители грантового конкурса президента Российской Федерации. Среди победителей оказались проекты Иркутского института химии и Института солнечно-земной физики. Фото с isc.irk.ru В 2020 году для получения гранта президента РФ подано 1500 заявок молодых ученых.

Есения Линней

Наука и технологииРоссия Иркутск Байкал

2429

20.01.2021

Дожили: водоросли собирают пластик с морского дна

Испанские ученые изучили загрязненный пластиком берег и обнаружили, что листья водоросли Posidonia oceanica способны переносить на себе микропластик с морского дна. В статье описывается механизм, способствующий очищению морей от опасного мусора.

Есения Линней

Наука и технологииЭкологияМир

2573

19.01.2021

Самое древнее предметное изображение обнаружили учёные

Древние люди научились рисовать ещё 73 тысячи лет назад. Именно такую дату зафиксировали у найденного самого древнего изображения. Однако как таковым рисунком это назвать очень сложно. Это скорее похоже на случайное размазывание красящей жидкости или на вытирание рук о стены.

Миша Ковальски

Наука и технологииИсторияМир

2532

19.01.2021

Роскосмос поддержал ученого ТГУ в создании ракетного двигателя

Аспирант физико-технического факультета ТГУ Александр Кирюшкин победил в конкурсе «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» и удостоился диплома Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос». Фото с tsu.

Есения Линней

Наука и технологииМолодежьРоссия Томск

2298

18.01.2021

Социализация роботов: устройство научат узнавать эмоции

Самостоятельно мыслящего робота создают колумбийские ученые. В основу обучения лег метод визуального моделирования поведения. С помощью серии наблюдений робот может прогнозировать поведение субъекта. Фото с oir.

Есения Линней

Наука и технологииМир

3132

16.01.2021

В России появится «умная» одежда, которая выдерживает 70° мороза

Компания Red Fox уже запустила в производство куртки, ткань для которых разработали российские студенты в рамках своего стартапа.

Анна Амгейзер

Наука и технологииМолодежьЭкономика и бизнесРоссия Иркутск Бурятия

4381

15.01.2021

Сибирские ученые укрепят «броню» иммунитета против клещевого энцефалита

Новосибирские ученые считают, что изменение пространственной структуры антитела иммуноглобулина сможет усилить защиту против клещевого энцефалита. В рамках молодежного гранта Российского научного фонда уже начались модификации антител методами белковой инженерии.

Есения Линней

Наука и технологииЗдоровьеРоссия

2958

14.01.2021

Курение вейпа вызывает тягу к настоящим сигаретам

Исследование Калифорнийского университета доказало, что использование электронных сигарет в будущем в три раза увеличит число курящих традиционные сигареты. Фото с medaboutme.

Есения Линней

Наука и технологииЗдоровьеМир

3089

13.01.2021

Лица Сибири

Варфоломеев Александр Михайлович

Мадасов Игорь

Матхеев Василий

Веселкова Елена

Прокопьев Анатолий

Ханхалаев Александр

Рудаков Олег

Лыкова Мария

Трубников Владимир

Смоляк Ирина