Роскосмос оголосив про намір створити до 2025 року ракетний двигун, що працює на метані. Тобто на зрідженому природному газі. Для чого просить виділити з бюджету 25 млрд. Рублів. Однак при уважному вивченні історії діяльності одного з найбільш неефективних наших високотехнологічних відомств з'ясовується, що ця робота була вже, по суті, виконана.
Переваги та недоліки ракетного палива
Метанова ракета - це зараз загальносвітовий тренд. Її використання здатне дати значні вигоди. І не тільки економічні. Останнім часом практично у всіх «космічних» країнах в тій чи оной ступеня готовності розробляються двигуни, в яких в якості пального буде використовуватися метан.
На даний момент для ракет-носіїв використовують рідкий водень, гас і гептил.
З гасу починалася космічна галузь в далеких 50-х роках. Він і зараз є найбільш затребуваним в космічному ракетобудуванні. Перші наші ракети «Восток» використовували це горючі в парі з рідким киснем, окислювачем. Зараз на гасі літають американські ракети - як з нашими двигунами РД-180, так і власної розробки Falcon. А також наша нова «Ангара» і зовсім старий «Союз».
Гас має високий питомий імпульс - це фізична величина, яка визначає відношення кількості руху, тобто імпульсу (добуток маси на швидкість) до швидкості витрачання палива. Також у гасу висока щільність, в зв'язку з чим необхідна кількість палива можна розміщувати в баках з порівняно невеликим обсягом.
Однак останнім часом ракетники почали нервувати в зв'язку з прийдешнім скороченням виробництва ракетного гасу. Справа в тому, що для його отримання підходить нафту певної якості. І такого роду родовищ порівняно небагато. І вони поступово спустошуються. ВУкаіни, як стверджують двигуністи самарського ЦСКБ «Прогрес», така нафта видобувається в основному на Анастасіївському-Троїцькому родовищі в Житомирському краї.
Прекрасним паливом є рідкий водень. Він має найвищий питома імпульс. І виробництво його не залежить від будь-яких невідновлюваних природних джерел. Однак у водню є істотний недолік - низька щільність, в три рази менша, ніж у гасу. У зв'язку з чим його не використовують на перших щаблях ракет, занадто велика кількість потрібно на початковому етапі польоту. Так, перший ступінь найпотужнішою ракети - американської «Сатурн-5» - працювала на гасі. Друга і третя - на рідкому водні. У космічному човнику і зовсім на першому етапі польоту використовувався твердопаливний прискорювач.
Однак для розгінних блоків - ступенів, що йдуть після першої - це пальне підходить ідеально. Але є і ще один недолік. Рідкий водень - низькокипляча паливо. У заправленому ракеті його необхідно тримати при температурі - 255 градусів, що вимагає використання потужної кріогенної апаратури. Також в заправленому стані ракета може перебувати недовго. У разі скасування старту її доводиться перезаправлять.
Існує лише одна ракета-носій, в якій в якості палива використовується рідкий водень в двигунах всіх ступенів. Це американська «Дельта-4». Її маршовий двигун розвиває тягу, рівну 300 тоннам сили.
На початку 60-х років в якості ракетного палива і в Радянському Союзі, і в США почали використовувати гептил. Він має практично ту ж щільність, що і гас. І при цьому у нього вище питомий імпульс в парі з рідким киснем (окислювачем) - 344 с проти 335 с. (У рідкого водню - 428 с). Гептил знаходиться в рідкому агрегатному стані при звичайній температурі, тобто не вимагає кріогенної апаратури. При з'єднанні з окислювачем займання відбувається автоматично.
Все це дуже добре. Однак гептил - сильнодіюча отрута. І претензії казахів до запуску на Байконурі гептиловий ракет більш ніж обґрунтовані. Навіть відпрацьовані паливні баки, які падають на землю, завдають природі відчутної шкоди. Аварії ж є екологічними катастрофами. Гептил був хороший під час «холодної війни», коли на такі «дрібниці» не звертали уваги. До «нервово-паралітичного» класу ракет відносяться лише наші «Протони». Американці, французи, японці і навіть китайці на цей момент відмовилися від використання в якості палива гептилу.
Використання метану в якості ракетного палива має цілу низку переваг. Він не отруйний. Дешевий. У доступному для огляду майбутньому не передбачається скорочення його видобутку. Має більш низьку вибухонебезпечність, ніж водень і гас. Паливна система ракети, що використовує метан, прекрасно пристосована для багаторазового застосування - залишки пального легко випаровуються при нормальній температурі.
За іншими параметрами він займає проміжне положення між рідким воднем і гасом. Щільність ЗПГ в 6 разів вище, ніж у рідкого водню. Але в 2 рази нижче, ніж у гасу. Однак з урахуванням більш високого співвідношення витрат окислювача і пального, ніж у рідкого кисню (ЖК) і гасу, загальний обсяг окислювача і пального (ЖК + СПГ) лише на 20% вище, ніж у пари ЖК + гас.
Якщо ж враховувати високий питомий імпульс СПГ, то за сумою характеристик двигун на СПГ повинен мати енергетичну перевагу в порівнянні з гасових близько 3% - 5%.
Оскільки температура випаровування СПГ значно вище, ніж у рідкого водню, то зазнає суттєвого спрощення кріогенне устаткування.
І ще одне величезне гідність поки ще не з'явився двигуна. Він не має суттєвих відмінностей, які ускладнюють процес конструювання і випробувань, від водневих двигунів.
Роскосмос бореться за бюджет
Що ж стосується безпосередньо двигуна на СПГ, то плани його створення у Роскосмоса більш ніж дивні. Передбачається створити демонстратор метанового двигуна середньої тяги другого ступеня і розгінних блоків, щоб не відстати в плані технологій від зарубіжних конкурентів. Але при цьому розробка буде засунута в ящик, невідомо наскільки довго: випуск двигуна до 2025 року не планується. А про створення ракети з метановим двигуном і зовсім не йдеться.
По-перше, прекрасно відомо, що розробки, які не втілені в серійну продукцію, досить скоро реалізувати неможливо. В силу різних як об'єктивних, так і суб'єктивних причин. Прекрасне тому підтвердження - човник «Буран».
По-друге, схоже, Роскосмос погано орієнтується в тому, що ж відбувається на підприємствах галузі. ФКП передбачає, що метановий двигун зможе розробити або Хімкінское НВО «Енергомаш» ім. В.П.Глушко, або Черкассиское КБ Хімавтоматика, або Самари ЦСКБ «Прогрес». Але справа в тому, що ці підприємства спеціалізуються на використанні в якості палива гасу і гептилу - висококиплячих рідин. Лише Черкассици багато років тому робили водневий двигун.
А для створення метанового двигуна необхідний, перш за все, досвід в розробці водневих двигунів, найбільш близьких до метановим по конструкції.
Правда, це був ще не двигун, а, по суті, стенд. Або, як значиться в ФКП, «демонстратор». Двигун, який отримав назву С5.86, був побудований в кількості двох екземплярів. Його характеристики такі:
Тяга в порожнечі - 7500 кгс
Питома імпульс - 370 с
Сумарний витрата палива - 20,27 кг / с.
Слід звернути увагу на те, що питома імпульс цього двигуна істотно вище, ніж у гасової.
Зрозуміло, що з такою тягою перший ступінь ракети бути не може. Але ФКП цього і не вимагає. С5.86 здатний прекрасно працювати при використанні його в розгінних блоках. Однак в арсенатом КБ Хіммаш є і двигуни (водневі) з тягою в 50 тонн. У разі їх модернізації під СПГ можна отримати двигун другого ступеня.
Проте, в ФКП КБ Хіммаш не згадується в якості розробника нового двигуна.
Справедливості заради слід сказати, що на другому місці по готовності нового двигуна знаходиться Черкассиское КБ Хімавтоматика. Тут недавно був створений демонстраційний зразок двигуна, який отримав назву РД0162. Він має солідну тягу в 200 тонн. Правда, питома імпульс нижче, ніж у С5.86, - 350 с.
Що ж стосується зарубіжних розробок двигуна на СПГ, то про них оголосило більше десятка компаній. Ось деякі з них:
- SpaiceX - для ракети Falcon;
- United Launch Alliance (ULA) - для ракети Vulcan. Новий двигун на СПГ повинен використовуватися замість українського РД-180;
- XCOR Aerospace;
- FireFly Space Systems;
- Blue Origin.