СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ТОПЛИВНЫХ ПАР ЖИДКОСТНО-РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

© В.П.Назаров, М.А.Орешков, В.Б.Злобин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2017 г.

В отечественных двигательных установках разгонных блоков, как правило, используются две топливные пары: «несимметричный диметилгидразин (НДМГ) – азотный тетраоксид (АТ)» и «керосин – жидкий кислород». Топливная пара НДМГ – АТ обладает многими достоинствами, такими как высокий удельный импульс, самовоспламенение компонентов топлива, возможность долгосрочного хранения. Однако данное топливо имеет и множество недостатков – токсичность, концерогенность, высокая стоимость. Топливная пара «керосин – жидкий кислород» позволяет получить достаточно высокие энергетические показатели и является экологически безопасной. Но сырьевая база по её получению довольно ограничена, вследствие чего в качестве горючего в ракете выступает смесь нескольких типов керосина. В качестве аналога рассматривается топливо «сжиженный природный газ (СПГ) – кислород». Использование СПГ предполагает наличие некоторых преимуществ перед керосином и НДМГ:

– Меньшая стоимость по сравнению с керосином и НДМГ [1].

– Более высокие энергетические показатели. Удельный импульс возрастает примерно на 10 %, что составляет около 20 с [1].

– Экологическая безопасность СПГ.

– Менее напряжённые параметры двигателя, такие как температура газа перед турбиной, делают его эксплуатацию более надёжной [1].

К существенным недостаткам СПГ стоит отнести его невысокую плотность, однако с учётом более высокого соотношения компонентов объём топлива увеличится примерно на 20 %, что примерно настолько же увеличит габариты и стартовую массу двигательной установки [2].

При сравнении с ещё одной топливной парой «кислород – водород» необходимо отметить, что топливо «СПГ – кислород» проигрывает по энергетическим показателям. Ещё К.Э. Циолковский писал в своих работах, что наиболее высокий удельный импульс даёт именно топливо «водород – кислород», однако он же отмечал, что пока его использование связано с существенными сложностями при эксплуатации и организации рабочего процесса.

Таким образом, преимущества «СПГ – кислород» делают его одним из самых перспективных видов топлива. Проведенные испытания изготовленных образцов говорят о работоспособности и эффективности конструкций ЖРД на данном топливе. Его высокий удельный импульс, низкая стоимость и экологичность, а также широкая сырьевая база могут сыграть решающую роль при выборе конструкций двигателей разгонных блоков будущего.

Литература

1. Использование сжиженного природного газа в ракетно-космической технике [Электронный ресурс] // Журнал «Новости космонавтики». – Режим доступа: http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic581/?PAGEN_1=24 – Загл. с экрана. – Яз. рус., дата обращения: 22.03.2017.

2. Белоусов И.И., Фомин В.М., Голубятник В.В., Солдатов Д.В., Елисеев А.В. Подтверждение концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на компонентах топлива сжиженный природный газ и кислород // Журнал «Вестник Воронежского государственного технического университета». – №4. – Воронеж: ВГТУ, 2013. С. 42-45.