Завьялов Владимир Семенович

Метан в космической программе.

     Распоряжением правительства РФ от 26.12.2012 г. утверждена государственная программа РФ «Космическая деятельность России на 2013-2020 гг.». Меня интересуют только средства выведения. В программе одной из целей указано «создание перспективных и модернизация средств выведения космических аппаратов». «Особое внимание планируется уделить развитию сфер деятельности, в которых у России имеются конкурентные преимущества. Прежде всего, это касается предоставления услуг по выведению на орбиту полезных нагрузок, ракетного двигателестроения и пилотируемой космонавтики». Вроде понятно, о чем говорится, но фраза какая-то корявая не для правительственного документа. Что касается конкретизации этого направления, то в программе указаны только две очень сомнительные цели. Это «создание перспективной транспортной системы, способной обеспечить полеты человека к Луне» и «обеспечение в 2018 г. готовности транспортно-энергетического модуля с перспективной двигательной установкой к ЛКИ». Я не говорю здесь о комплексе «Ангара-А5», работы по которому вышли на финишную прямую. Работы по многоразовой комической системе. которую разрабатывает Центр Хруничева, не вошли в программу. Видимо они выходят за рамки 2030 года, каким ограничена программа и проект Основ политики РФ в космической деятельности. Таким образом, программа в вопросах разработки средств выведения вместо горы родила мышь.

  Предлагаю доработать программу по средствам выведения следующим образом: Объявить задачей государственной важности создание ракетного комплекса работающего на кислороде и метане для замены комплекса «Протон-М».

      В 2013 г. провести конкурс на создание такого комплекса с привлечением Центра Хруничева, РКК «Энергии» и РКЦ им. Макеева. Разработку двигателей для этого комплекса проводить строго по ТЗ головной организации выигравшей конкурс. (Так настаивал С.П.Королев) В числе основных требований к разработчику комплекса должны быть: 1. Выведение полезного груза на ГПО не менее 7т. (при пусках с Байконура). 2. Минимальная стоимость отработки, изготовления и эксплуатации. 3. Возможность использования стартового комплекса «Протона-М» с необходимыми доработками. 4. Выход на ЛКИ не позже 2019 г.

      Какие задачи могут решаться данным комплексом: 1. Все задачи, которые в настоящее время по госзаказу выполняются «Протоном-М». 2. Выведение коммерческих спутников на ГСО на более выгодных условиях по сравнению с Арианом-5, Атласом-5 и «Морским стартом». 3. Выведение научно-исследовательских КА к планетам солнечной системы по отечественным и международным программам. 4. По мере набора статистики осуществлять пилотируемые полеты с новым пилотируемым кораблем разработки РКК «Энергия».

      Чем обусловлен выбор метана в качестве ракетного топлива для ЖРД: 1. Топливная пара кислород-метан обеспечивает существенно лучшую удельную тягу, чем кислород-керосин. 2. Охлаждающая способность метана в 3 раза лучше охлаждающей способности керосина. 3. ЖРД замкнутой схемы с метаном выполняется со «сладким» газогенератором, что принципиально надежней замкнутой схемы кислородно-керосинового ЖРД с «кислым» газогенератором.

      На основании этих 3 преимуществ упрощается отработка метановых ЖРД: 1. Из-за лучшей охлаждающей способности двигатель имеет значительные запасы по ресурсу. При отработке на одном экземпляре двигатель можно многократно проводить испытания на различных режимах, что существенно сокращает число двигателей, необходимых на период отработки, соответственно снижается стоимость и время отработки. 2. В трактах горючего метановых ЖРД при огневых испытаниях не остается твердой фазы. Поэтому для повторных испытаний не требуется обработка полостей горючего. 3. Все поставочные двигатели проходят огневые контрольно-технологические испытания без какой-либо последующей переборки. 4. ЖРД на метане при одинаковых основных параметрах (тяга, удельный импульс) имеют менее напряженные параметры (по давлению в камере сгорания и давлению на выходе из насосов), чем ЖРД, работающие на кислороде-керосине.

     Для отработки ЖРД на топливной паре кислород-метан имеется производственная и экспериментальная база. Технология изготовления метановых ЖРД ничем не отличается от технологии изготовления ЖРД на кислороде-керосине, не требуется никакого специального оборудования. Квалификация кадров производственников и технологов изготовителей ЖРД на кислороде-керосине соответствуют требованиям изготовления ЖРД на кислороде-метане. При этом требования при изготовлении ЖРД на кислороде-метане могут быть менее строгими из-за менее напряженных параметров двигателя. Экспериментальная база для огневых испытаний двигателей, имеющееся в «Энергомаше», КБХА и НИЦ РКП требует лишь незначительных доработок, что показали испытания метанового двигателя КБХМ в НИЦ РКП.

      О готовности предприятий ракетно-космической техники к работам с метаном.

1. РНПЦ им. М.В.Хруничева с 2011 г. ведет разработку многоразового ракетно-космического системы МРКС-1 на основе кислородно-метановых двигателей.

2. РКЦ им. В.П.Макеева разработан проект ракетно-космического комплекса «Рикша» с использованием двигателей на метане.

3. Волжское конструкторское бюро РКК «Энергия» ведет разработку конструкторской документации на ракету-носитель «Воздушный старт» и блок ракеты-носителя с применением в качестве топлива жидкого метана.

4. Руководство КБХА (В.С.Рачук) заявляет, что предприятие готово перейти к ОКР по метановым двигателям. В настоящее время по метановым двигателям проводится работа по МРКС-1 совместно с центром Хруничева, совместно с Францией работы по демонстратору ступеней многоразовой ракетно-космической системы, совместно с Италией идет разработка метанового двигателя для 3-й ступени модернизированной европейской ракеты легкого класса «Вега».

5. Руководство «Энергомаша» (В.К.Чванов) готово к разработке метановых двигателей. Это единственное в нашей стране предприятие, которое может создавать метановые двигатели тягой 600 и более тонн и где для этого имеется производственная и экспериментальная база.

6. КБХМ им. А.М.Исаева специализируется на разработке разгонных блоков. Впервые испытание полноразмерного двигателя КБХМ на метане было проведено еще в 1997 г. в НИИХИММАШ. При испытании метанового двигателя КБХМ С5.86 №2 тягой 7,5 т. в НИЦ РКП 28.07.2011 г. достигнута рекордная продолжительность разового включения в 2000 сек. Была продемонстрирована возможность повторного включения двигателя и отсутствие твердой фазы в трактах горючего при продолжительных включениях при самых неблагоприятных для этого соотношения компонентов.

     О получении жидкого метана.

     Содержание метана в природном газе колеблется от 75 до 90% по объему в зависимости от месторождения. От магистрального газопровода берется отбор на типовой мини-завод получения жидкого 98% метана мощностью 1,5т/час. Можно получать жидкий метан и 99,5% пробы, но его стоимость будет несколько дороже. На длительных испытаниях двигателя в НИЦ РКП показано, что для ракетного топлива пригоден 98% жидкий метан. ГИПХ нужно безотлагательно провести его сертификацию. КБОМ им. В.П.Бармина проведены проектные работы по дооборудованию инфраструктуры полигонов для использования метана в качестве ракетного топлива.

     Несколько общих вопросов, связанных с использованием метана ракетно-космической технике.

1. Соблюдение требований экологии, как правило, требует дополнительных затрат. В нашем случаи, применение экологически чистой топливной пары кислород-метан приводит к уменьшению затрат на изготовление и эксплуатацию ракетно-космической техники.

2. Замена РН «Протон-М» на метановый вариант снимает все разногласия с Казахстаном по использованию космодрома Байконур. Открывает возможности по совместному сотрудничеству с Казахстаном на многие годы вперед, вне зависимости от создания российского космодрома «Восточный».

3. Создание нового пилотируемого комплекса повышенной надежности для полетов на орбиту земли и планеты Солнечной системы.

4. В дальнейшем (но до 2030 г.) могут быть созданы РН легкого и сверхтяжелого класса. Первые (в 2-х ступенчатом варианте) могут базироваться на старейшем российском полигоне Капустин Яр. РН сверхтяжелого класса будут стартовать с космодрома «Восточный».

5. Применение метана обеспечит нам конкурентную способность при выведении коммерческих полезных нагрузок, пока метан не будет освоен в других странах и снижение бюджетных затрат при разработке и эксплуатации средств выведения по государственным программам.

6. С переходом на метан меняется облик космодромов. Происходит газофикация производственных и жилых помещений космодромов. На газ переводится автомобильный и ж/д транспорт. Компоненты АТ и НДМГ остаются в ограниченном количестве только для космических аппаратов и апогейных двигательных установок. Возможно ограничение применения гелия для наддува топливных баков и замена его азотом из местных азотно-кислородных станций (АКС). Метан местный, из мини-заводов, подключенных к магистральным газопроводам.

7. Открываются широкие перспективы для привлечения частного капитала. Не только крупных компаний как «Газпром», «Роснефтегаз» и «Лукойл», но и мелкого и среднего бизнеса.

     Мы уже потеряли 15 лет в деле освоения метана, как ракетного топлива. Если не принять срочных мер по созданию РН на метане, то мы отстанем от других космических держав по средствам выведения, как отстали по космическим аппаратам.