Кислородно-метановые ракетные двигатели Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

УДК 629.7

КИСЛОРОДНО-МЕТАНОВЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Г. С. Яцуненко Научный руководитель - В. Г. Яцуненко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: gsyatsunenko@gmail.com

Проведен обзор особенностей применения жидкостных ракетных двигателей, использующих в качестве горючего сжиженный метан.

Ключевые слова: ЖРД, СПГ, метан.

METHANE-FUELED ROCKET ENGINES

G. S. Yatsunenko Scientific Supervisor - V. G. Yatsunenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: gsyatsunenko@gmail.com

This article gives a review of the features inherent for methane-fueled rocket engines.

Keywords: liquid-propellant rocket, liquefued natural gas, methane.

В настоящий момент перед ракетно-космической отраслью стоит немало задач, среди которых можно особенно выделить снижение стоимости вывода полезной нагрузки на околоземную орбиту. Наиболее яркими примерами движения в данном направлении могут являться создание многоразовых ракет-носителей и переход на более экологичные и доступные виды топлива. Одним из возможных вариантов подобного топлива может выступать сжиженный природный газ (в частности, метан).

Исследования двигателей на СПГ велись еще в 80-х годах прошлого столетия, но лишь недавно двигатели, работающие на паре метан-кислород, начали создаваться некоторыми НПО для полноценного использования. Например, директор НПО «Энергомаш» заявил, что первый подобный двигатель будет готов уже в 2019 году.

Использование подобного рода двигателей способно снизить стоимость запуска РН почти в два раза по сравнению с двигателями, работающими на керосине. Это обусловлено низкой стоимостью природного газа по сравнению с керосином, который для некоторых видов ракет (например «Союз») в настоящее время синтезируется. Стоит отметить, что большая концентрация метана содержится в газообразной и твердой форме на некоторых других планетах Солнечной системы. Это позволяет рассматривать их как потенциальные межпланетные заправочные станции.

Помимо эффективной экономической составляющей, метан обладает и другими преимуществами: не является токсичным или опасным для здоровья человека, не образует копоть при сгорании, а также хорошо подходит для двигателей, которые предполагают использовать с многократными запусками. Последнее связано с тем, что метан легко испаряется, а значит, магистрали и полости двигателя намного легче очистить от остатков горючего [1].

Однако такой двигатель имеет и недостатки: плотность метана невелика [1], а потому запас горючего занимает в ракете места больше, чем при широко известных. Этот недостаток можно устранить повышением давление в баке, но в таком случае утолщение стенок бака приведет

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

к увеличению его массы. Другим недостатком является низкая температура кипения метана, которая создает дополнительные сложности в хранении и требует создания определенных особенностей в конструкции магистралей [2]; в частности, необходимо поддерживать низкую температуру трубопроводов для предотвращения закипания горючего. Помимо прочего, метан крайне взрывоопасен при определенной концентрации с воздухом.

В качестве примера двигателей на СПГ можно привести проекты КБ Химавтоматики (см. таблицу). РД0162 предполагается использовать для летной отработки многоразовой первой ступени МРКС-1. РД0162СД, в свою очередь, планируется применять в составе маршевой ДУ малогабаритной ракеты. Данные двигатели уже прорабатывались ранее, однако, в связи с новым поступлением финансов, исследования получили новый виток развития. Предполагаемая дата сдачи заказа - 25.11.2018.

Метановые проекты КБ Химавтоматики [3]

Основные параметры РД0162 РД0162СД

Тяга у Земли, кН 2 000 416,9

Удельный импульс тяги, м/с у Земли 3 149 2 948

в пустоте 3 492 3 404

Давление в камере, МПа 15,7 14,7

Кратность использования 25 25

Уровень форсирования по тяге, % 133 133

Время работы в полете, с 200 200

Начало разработки, год 2006 2012

Учитывая складывающуюся в мире ситуацию касательно нефтедобычи, а также все возрастающий спрос на транспортировку грузов на орбиту, возвращение к идее двигателей на природном газе является здравым решением. Хотя разработки ядерных и плазменных двигателей также имеют место, неизвестно как скоро они начнут широко применяться в ракетно-космической отрасли. И до тех пор ведущие позиции продолжат удерживать ЖРД.

Библиографические ссылки

1. Никольский Б. П. Справочник химика. 3-е изд., испр. Л. : Химия, 1971. Т. 2. 1168 с.

2. Мирошкин В. В. Повышение эффективности системы подачи топлива кислородно-метанового ЖРД с дожиганием восстановительного генераторного газа : автореферат дис. ... канд. техн. наук. М., 2005. 18 с.

3. Конструкторское бюро химавтоматики [Электронный ресурс]. URL: http://www.kbkha.ru (дата обращения: 14.03.2017).

© Яцуненко Г. С., 2017