Ракетные топлива завтрашнего дня

"Энергомаш": топливо ацетам поднимет эффективность двигателей на 30%

"Ацетам уже прошел все испытания, другое дело, что дальше его надо испытывать на ракете-носителе, а это, соответственно, уже другие деньги и все совершенно другое", - продолжил исполнительный директор "Энергомаша" Владимир Солнцев. //  ria.ru

 

ЖУКОВСКИЙ (Московская область), 29 авг — РИА Новости. Новое ракетное топливо ацетам должно поднять эффективность на 30% без изменения конструкции двигателей, сообщил сегодня журналистам исполнительный директор "Энергомаша" Владимир Солнцев.

"Мы активно работаем над этим вопросом, институт имени Келдыша также оказывает нам содействие", — сказал он. "Но это топливо должно пройти все этапы эволюции, должна появиться структура работы с ним", — добавил Солнцев.

Исполнительный директор также отметил, что "минимум лет 7-8 еще уйдет на получение окончательных результатов по этому топливу". "Ацетам уже прошел все испытания, другое дело, что дальше его надо испытывать на ракете-носителе, а это, соответственно, уже другие деньги и все совершенно другое", — продолжил он.

"Это топливо наиболее эффективно именно для разгонных блоков, у него и импульс выше и экономия больше. Мы планируем использовать его на новых разгонных блоках РКК "Энергии" ДМ, сейчас мы совместно с корпорацией изучаем этот вопрос", — пояснил Солнцев.

 

Ацетам – новое высокоэффективное горючее универсального применения, равновесный высококонцентрированный раствор газообразного ацетилена в жидком аммиаке.

Смесь аммиака с ацетиленом была выбрана в ходе подбора веществ, способных снизить взрывоопасность ацетилена.


Ацетилен имеет наибольшую из ряда наиболее распространенных углеводородных горючих теплотворную способность – в паре с кислородом на 23% выше, чем у керосина и на 19% выше, чем у метана. Причина, по которой ацетиленом никогда не интересовались в ракетной технике, состоит в том, что он практически не существует в жидкой фазе, возгоняясь в газ непосредственно из твердого состояния.

В ацетаме ацетилен и аммиак взаимно подавляют негативные стороны друг друга – ацетилен радикально снижает токсичность аммиака, а аммиак столь же радикально подавляет склонность ацетилена к взрывному разложению. По существу, ацетам – это псевдосжиженный ацетилен, углеводород с наивысшей теплотворной способностью, в чистом виде, однако, не существующий в конденсированной фазе.

В ацетаме наибольшая среди углеводородов энергоэффективность ацетилена сочетается с высокой плотностью и повышенными теплосъемными свойствами жидкого аммиака, что дает гармоничное единство и комплекс новых качеств продукта:

• существенное повышение удельного импульса тяги кислородных ЖРД (на 15-20с., в перспективе – до 385-393с.);

• упрощение технологических операций обслуживания ЖРД при сохранении простоты и отработанности керосиновых двигателей;

Объектом расчетного и экспериментального изучения ацетама в ближайшие годы определен ацетам 50/50 (с содержанием ацетилена в аммиачном растворителе 50% вес.), энергоэффективность которого как ракетного горючего в паре с жидким кислородом продемонстрирована независимыми расчетами ряда организаций – ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», РКК «Энергия», ФГУП «РНЦ «Прикладная химия». В дальнейшем предполагается проработать также вопрос целесообразности применения ацетама 70/30 (с содержанием ацетилена 70% вес.), энергоэффективность которого на 5…7с. удельного импульса тяги выше.

 

Достоинства ацетама как перспективного ракетного горючего:


- высокая плотность (около 600 кг/м3), что позволит делать баки меньшего размера;

- t равновесного хранения ацетама в баке летательного аппарата (ЛА), ракетоносителя (РН), разгонного блока (РБ) находится в диапазоне минус 30...минус 50С, что позволит использовать ацетам на всех ступенях ракеты

- исследования показали, что для разгонного блока «Союз-2.1б» замена кислородно-керосинового двигателя разгонного блока на кислородно-ацетамовый позволит увеличить массу полезной нагрузки на 30-40%.


- высокая энергетика (на уровне топливной пары кислород-водород) (см. табл. 1)

- высокая летучесть (по вопросу об утечках ацетама) (см. рис. 1)


Аммиак обладает высокими теплосъемными свойствами, практически не уступая воде. Соответственно как охладитель камеры ЖРД ацетам 50/50 превосходит базовое ракетное горючее РГ-1 в несколько раз – в 3 …4 раза по безразмерному комплексу В (Ср, ?,?), определяющему коэффициент теплоотдачи (см. графики на рис. 2), и не уступает метану.

При выборе для разработки кислородно-ацетамового ЖРД предложенной ранее НПО «Энергомаш» схемы с автономным контуром охлаждения камеры и привода турбины ТНА (схемы «Шанс»), предусматривающей подачу горючего непосредственно в камеру сгорания, без прохождения по тракту охлаждения камеры, объем требований к теплофизическим свойствам ацетама может быть радикально снижен.


В настоящее время специалистами ОАО «НПО Энергомаш» разрабатывается демонстрационный ЖРД тягой 2...3 тс на базе кислородно-керосинового двигателя РД-161, который можно будет устанавливать на перспективные РБ (2013-2014 гг.)

После того как опытным путем будет найдено оптимальное соотношение ацетилена и аммиака (топливо станет достаточно эффективным и при этом не будет взрываться от каждого удара), конструкторы уточнят параметры двигателя; по предварительным расчетам и оценкам, он не потребует серьезных конструктивных изменений, поскольку физические свойства ацетама не намного отличаются от керосина.


Новый двигатель на ацетаме ОАО «НПО Энергомаш» собирается делать на базе кислородно-керосинового двигателя РД-161, который получит индекс «АЦ». По сравнению с предшественником, кислородно-ацетамовый двигатель будет на 30% энергоэффективнее.


В кислородных ЖРД замена керосина на ацетам, близкий к нему по целому ряду эксплуатационных показателей, позволяет получить прирост удельного импульса тяги на уровне 15…25 кгс·с/кг. Уступая по удельным энергетическим показателям водороду, по выводимому полезному грузу ацетам к нему приближается, минуя при этом многие технологические проблемы, связанные с водородом как ракетным горючим.