Дмитрий Верхотуров

© Babr24

Наука и технологииРасследованияРоссия

50508

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

50508

22.12.2020, 19:28

URL: https://babr24.net/msk/?IDE=208581

bytes: 5602 / 5528

Поделиться в соцсетях:

Экслюзив от Бабра в соцсетях:
- Телеграм
- ВКонтакте

Связаться с редакцией Бабра:
[email protected]

Автор текста: Дмитрий Верхотуров.

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

Нам пишут. Хорошо быть академиком-руководителем?

Только подутихли страсти в иркутском Академгородке (не сами собой, просим заметить; но об этом в другой раз), как – бац! – появился новый инфоповод. Спонсоры – Китай и академик Игорь Бычков. Бычков Игорь, Пресс-конференция в Иркутском научном центре, 19 мая 2015 года.

Анна Амгейзер

Наука и технологииСкандалыИркутск Россия

10483

30.11.2023

Масштабный эксперимент TAIGA: как в Тункинской долине ловят космические частицы?

Мы смотрим в небо столько, сколько живем на этой планете, и пытаемся понять: а что там? Астрофизик Николай Буднев В журнале Naked Science вышел выпуск про исследования иркутских ученых в Бурятии.

Есения Линней

Наука и технологииОбразованиеБурятия Иркутск Россия

9424

28.11.2023

Ненаучный директор научного института

Написал статью — лишился работы; прямо как в старые, недобрые времена. Написал директор Института США и Канады РАН, член-корреспондент РАН Валерий Гарбузов статью в «Независимую газету», и всего через три дня его отстранили от работы.

Дмитрий Верхотуров

Наука и технологииПолитикаОбществоРоссия

47734

03.09.2023

Мы все равно возьмем Луну!

Аппарат «Луна-25», к сожалению, разбился. Академик Михаил Маров, участник исследований Венеры и Марса, от переживаний неудачи попал в больницу. Надеемся, что он это переживет. В прессе неспешно обсуждают причины неудачной лунной миссии.

Дмитрий Верхотуров

Наука и технологииПроисшествияРоссия

17245

21.08.2023

Надо чтить своих учителей!

В истории российской науки и высшего образования был период, когда огромный вклад в развитие этой важной сферы был сделан учеными немцами.

Дмитрий Верхотуров

Наука и технологииОбществоКультураРоссия

36661

09.04.2023

Во льдах Сибири нашли древний вирус, который опасен до сих пор

48,5 тысячи лет – именно столько времени вирусы ждали своего часа, пока их не обнаружила международная команда учёных на территории Сибири. Соответствующее исследование опубликовано в научном журнале Viruses.

Миша Ковальски

Наука и технологииРоссия

5088

06.04.2023

Научная конференция как ритуальное говорение

В Институте Китая и современной Азии РАН кипит научная жизнь. Совсем скоро, в конце марта 2023 года там состоится очередная научная конференция корееведов России и стран СНГ «Современные проблемы Корейского полуострова». Уже 27-я по счету.

Дмитрий Верхотуров

Наука и технологииОбразованиеОбществоРоссия Корея

50901

18.03.2023

Новый вид: у чернобыльских собак выявили уникальные изменения в ДНК

Прошло 37 лет с момента катастрофы, но территорию бывшей Чернобыльской АЭС продолжают исследовать. Ранее сообщалось, что местный лес превратился в заповедник. Во-первых, туда вернулись животные, во-вторых, людей там нет.

Миша Ковальски

Наука и технологииБратья меньшиеМир

4927

17.03.2023

О темной материи через Байкал: получены данные с Baikal-GVD

Ученые получили первые данные с глубоководного телескопа, установленного на дне Байкала. Baikal-GVD помог подтвердить существование нейтринного потока астрофизической природы и определить его параметры.

Есения Линней

Наука и технологииБайкал Россия

7754

10.03.2023

Искусственный интеллект сломает научные касты

Прогонят ли роботы людей? Весьма важный вопрос в наши времена, который дебатируется уже не в порядке отвлеченной теории, а самой насущной социальной действительности. Ибо есть уже профессии, которые пали под натиском информатизации и роботизации.

Дмитрий Верхотуров

Наука и технологииОбразованиеОбществоРоссия

25097

17.01.2023

Эн+ начинает регистрацию участников на фестиваль «РобоСиб»

Сибирский робототехнический фестиваль «РобоСиб» пройдет в Иркутске 19-20 января 2023 года. Главный сибирский фестиваль робототехники «РобоСиб» проходит в Иркутске с 2013 года. Фестиваль является окружным отбором команд на национальный чемпионат «FIRST ROBOTICS CHAMPIONSHIP – Екатеринбург 4.

Соня Ломачевская

Наука и технологииМолодежьСобытияИркутск Россия

34996

02.12.2022

En+ Group представит на иркутском фестивале NAUKA 0+ программу «Энергия»

В Иркутском политехе с 20 по 22 октября пройдут выставки, мастер-классы, эксперименты и многое другое, что заинтересует детей и взрослых. Всероссийский фестиваль NAUKA 0+ проходит по всей стране с сентября по декабрь.

Соня Ломачевская

Наука и технологииОбразованиеЭкономика и бизнесИркутск Россия

21459

18.10.2022

Лица Сибири

Дугаров Булат

Кузнецов Георгий

Зиннер Сергей

Правенький Вячеслав

Лескин Владимир

Сокольников Александр

Быков Александр

Цындыжапов Артем

Щербо Валерий

Мадасов Игорь