Problema reducerii costului lansărilor vehiculelor de lansare a fost întotdeauna. În timpul cursei spațiale, URSS și Statele Unite nu au gândit prea mult la costuri - prestigiul țării a meritat incomensurabil mai scump. Astăzi, reducerea costurilor "pe toate fronturile" a devenit o tendință la nivel mondial. Combustibilul este de numai 0,2 ... 0,3% din costul întregii rachete de transport, dar în plus față de costul combustibilului, un alt parametru este important, cum ar fi disponibilitatea acestuia. Și aici există deja întrebări. În ultimii 50 de ani, lista de combustibili lichizi utilizați pe scară largă în industria de rachete și spațiu sa schimbat puțin. Să le enumerăm: kerosen, hidrogen și heptil. Fiecare dintre ele are propriile caracteristici și este interesant în felul său, dar fiecare are cel puțin un defect serios. Să examinăm pe scurt fiecare dintre ele.
A început să fie folosit în anii '50 și rămâne în cerere până în prezent - este pe ea zboară Angara și Falcon 9 de la SpaceX. Are multe avantaje, printre care: densitate mare, toxicitate scăzută, oferă un impuls specific ridicat, în timp ce un preț acceptabil. Dar producția de kerosen astăzi este plină de mari dificultăți. De exemplu, racheta Soyuz care face Samara, este acum zboară pe un combustibil artificial, deoarece inițial pentru a crea o kerosenului pentru aceste rachete au fost folosite doar anumite varietăți de ulei din puțuri specifice. Practic, este petrolul câmpului Anastasievo-Troitskoe din Teritoriul Krasnodar. Dar puțurile de petrol sunt epuizate, iar kerosenul folosit în prezent este un amestec de compoziții care sunt extrase din mai multe sonde. Marca prețuită de RG-1 este produsă cu ajutorul distilației scumpe. Potrivit experților, problema deficienței kerosenului se va agrava.
"Angara 1.1" pe motorul kerosen RD-193
Astăzi, hidrogenul, împreună cu metanul, este unul dintre cei mai promițători combustibili pentru rachete. Ea zboară simultan câteva rachete moderne și trepte superioare. Cuplat cu oxigen, acesta (după fluor) produce cel mai înalt impuls specific și este ideal pentru utilizarea în etapele superioare ale rachetei (sau blocurilor de accelerare). Dar o densitate extrem de scăzută nu permite folosirea completă a acesteia pentru primele etape ale rachetelor. El are încă un dezavantaj - criogenicitate ridicată. Dacă racheta este încărcată cu hidrogen, atunci este la o temperatură de aproximativ 15 Kelvin (-258 Celsius). Acest lucru duce la costuri suplimentare. Dacă îl comparăm în kerosen, atunci disponibilitatea hidrogenului este suficient de mare și recepția nu este o problemă.
El este NDMG sau dimetilhidrazină asimetrică. Acest combustibil are în continuare sfere de aplicare, dar se retrage treptat în fundal. Iar motivul pentru care este toxicitate ridicată. Are aproape aceeași energie ca kerosenul și este o componentă cu punct de fierbere ridicat (depozitare la temperatura camerei) și, prin urmare, a fost folosită destul de activ în perioada sovietică. De exemplu, racheta Proton zboară pe o pereche extrem de toxică de heptil + amil, fiecare dintre care este capabilă să omoare un om care a inhalat prin neglijența perechii lor. Utilizarea acestor combustibili în vremurile moderne este nejustificată și inacceptabilă. Combustibilul este utilizat în sateliți și sonde interplanetare, unde, din păcate, este indispensabil.
Metanul ca alternativă
Dar există vreun combustibil care va satisface pe toți și va fi mai ieftin decât toți? Poate că e metan. Același gaz albastru pe care unii dintre voi ați gătit mâncare astăzi. Combustibilul propus este o perspectivă, dezvoltată în mod activ în alte industrii, are o materii prime mai mari în comparație cu kerosen și un cost redus - aceasta este o problemă importantă, având în vedere problemele de producție kerosen proiectate. Metanul, atât în densitate cât și în eficiență, este între kerosen și hidrogen. Metodele de obținere a metanului sunt numeroase. Principala sursă de metan este gazul natural, care constă în 80 ... 96% metan. Restul este propan, butan și alte gaze din aceeași serie, care nu pot fi îndepărtate deloc, sunt foarte asemănătoare cu proprietățile metanului. Cu alte cuvinte, puteți să lichefiați gazele naturale și să le utilizați ca combustibil pentru rachete. Metanul poate fi obținut din alte surse, de exemplu prin prelucrarea deșeurilor animale. Posibilitatea utilizării metanului ca combustibil pentru rachete a fost luată în considerare de zeci de ani, dar acum există doar versiuni de banc și probe experimentale ale unor astfel de motoare. De exemplu, la Khimki NPO "Energomash", studiile privind utilizarea gazelor lichefiate în motoare au fost realizate începând din 1981. Acum, a lucrat în conceptul de „Energomash“ implica dezvoltarea unei împingeri cu doua motoare de 200 de tone pe combustibil „LOX - lichefiat metan“ pentru transportator clasa de lumină prospectiv prima etapă. Tehnologia spațială a viitorului apropiat promite să fie reutilizabilă. Și apoi se deschide un alt avantaj al metanului. Este criogenic și, prin urmare, este suficient să încălzi motorul până la o temperatură de -160 grade Celsius (sau mai bună), iar motorul însuși va fi eliberat de componentele combustibilului. Potrivit experților, este cel mai potrivit pentru crearea de vehicule de lansare reutilizabile. Asta e ceea ce designerul șef al NPO Energomash Vladimir Chvanov se gândește la metan:
- Impulsul specific al motorului pe LNG este mare, dar acest avantaj este compensat de faptul că combustibilul cu metan are o densitate mai mică, prin urmare, în total, se obține un avantaj energetic nesemnificativ. Din punct de vedere structural, metanul este atractiv. Pentru a elibera cavitatea motorului, trebuie doar să treceți prin ciclul de evaporare - adică, motorul este mai ușor eliberat de resturile produselor. Din acest motiv, combustibilul cu metan este mai acceptabil din punctul de vedere al creării unui motor reutilizabil și a unei aeronave reutilizabile.
Un alt argument în favoarea utilizării metanului îl reprezintă capacitatea de a-l mina pe asteroizi, planete și sateliții lor, oferind misiunile returnate cu combustibil. Este mult mai ușor să-mi folosesc metanul decât kerosenul. Bineînțeles, nu este vorba de aducerea combustibilului cu tine. Perspectiva unor astfel de misiuni îndepărtate este foarte îndepărtată, dar unele lucrări sunt deja în desfășurare.
Viitorul care nu a venit niciodată
Deci, de ce metanul din Rusia nu a devenit niciodată practic combustibil? Răspunsul este destul de simplu. De la începutul anilor 80, nu a fost creat nici un singur motor rachetă nou în URSS și apoi în Rusia. Toate "noutățile" rusești sunt modernizarea și redenumirea patrimoniului sovietic. Singurul complex creat în mod cinstit - "Angara" - a fost planificat încă de la început ca transport de kerosen. Convertirea lui va costa un dolar destul. În general, Roskosmos respinge în mod constant proiecte de metan, deoarece este asociat „bun“ pentru cel putin un proiect similar cu „bun“ pentru o revizuire completă a industriei cu kerosen și heptil metan, care este considerat a fi lungă și costisitoare.
În prezent, există mai multe companii care pretind că vor folosi în curând metanul în rachetele lor. Motoare create:
Calea potrivită de a folosi metanul este de a crea un nou sistem de rachete (adică o nouă rachetă), în care pur și simplu nu există nici un folos pentru motoarele "vechi". În momentul de față există astfel de complexe pe combustibilul cu metan, dar până acum numai în stadiul de schițe.
După cum era de așteptat, noua rachetă va înlocui rachetele grele Atlas V și Delta IV, produse de ULA. Este raportat că Vulcan va deveni mai ieftin să funcționeze decât predecesorii săi. În plus, acesta va fi instalat motoare exclusiv americane, mai degrabă decât rusul RD-180, la fel ca în racheta Atlas V. Noua racheta Ula se va utiliza în primele unități etapă Albastru Motorul 4 companii Albastru origine. De asemenea, este de așteptat ca aceste motoare să poată fi refolosite după aterizarea lor cu scuturi de protecție (pentru a preveni supraîncălzirea de la frecare la cădere în atmosferă) și parașute. Vulcan va fi asamblat pe o bază modulară și va include 12 rachete medii și grele cu capacități diferite pentru a pune sarcini utile în orbită.
Racheta Rickshaw și complexul spațial au fost dezvoltate la Academia VP Makeev Design Bureau în anii 1990, când toate fostele birouri de design sovietice au supraviețuit cât puteau. Pentru această rachetă de transport, există trei tipuri de lansare: staționare (versiune de bază), mobilă, bazată pe mare. Complexul "Rickshaw" include o familie de rachete cu două trepte de lumină purtătoare pe componente combustibile criogenice. Unitățile de rachete sunt echipate cu motoare (câte unul pe fiecare bloc) RD-182 (modificarea motorului RD-120, rafinat sub combustibil - LNG). A doua etapă cu motorul multi-motor RD-185 este unificat pentru toate rachetele.
În momentul în care proiectul este de fapt uitat.
Acum există zvonuri despre începerea iminentă a dezvoltării unei noi rachete rusești de clasă superioară care va lucra pe metan. Proiectele corespunzătoare au fost prezentate de mai multe companii, printre care și RSC Energia, care la un moment dat au dezvoltat racheta Energia și TsSKB Progress, dezvoltatorii rachetei Soyuz-2.
Compania Lin Industrial. Dezvoltarea vehiculului de lansare, care este capabil să ieșire orbită planetară joasă aproximativ 90 kg de sarcină și este utilizat drept combustibil gaz natural lichefiat, Lin industrială a început la cererea KBHM acestora. A.M. Isaev. În plus, compania este interesată de crearea unei opțiuni de ridicare, care poate duce la orbită joasă 710-715 kg. Astfel, rachete, numit după golf și orașul pe Sahalin, în cazul în care a construit prima fabrica de GNL din Rusia, există perspective mari de a dezvolta treptat în lumina ultra-lumină și prin urmare, de o parte semnificativă a lansării pe piață a sateliților de lumină.
Falcon X / Falcon XX
Compania SpaceX. formată cu puțin mai mult de 10 ani în urmă, pregătește un nou transport pentru punerea în aplicare a ambițiilor lor marțiene. Nimeni nu susține că acest lucru se va întâmpla în următorii ani, dar în 10 ani compania Ilona Mask va prezenta cu exactitate publicului ceva similar. Indiferent ce este pregătit în intestinul SpaceX, va funcționa pe metan. Problema cu acest proiect, care nu a epuizat încă posibilitatea de modernizare principal de rachete al companiei - Falcon 9. Este evident că acceleratorii laterale pot fi nu doi, la fel ca în Falcon grele, dar șase. Apoi, capacitatea de transport a transportatorului se ridică de la 53 de tone, ca cea a lui Falcon Heavy, la 130, iar acest lucru este mai mult decât suficient pentru a îndeplini ambițiile companiei.
Metanul este în prezent unul dintre cei mai promițători combustibili pentru tehnologia rachetelor. Există toate motivele să credem că viitorul său va fi neclintit, dar expansiunea sa în lume nu se va întâmpla imediat, ci doar după un timp.
Trimiteți-le prietenilor: