Метановый двигатель: Двигатели на метане | Газодизель TRIOL

Содержание

Эксперт: испытания двигателя для многоразовой ракеты начнутся в 2023 году

https://ria.ru/20210918/dvigatel-1750632591.html

Эксперт: испытания двигателя для многоразовой ракеты начнутся в 2023 году

Эксперт: испытания двигателя для многоразовой ракеты начнутся в 2023 году — РИА Новости, 18.09.2021

Эксперт: испытания двигателя для многоразовой ракеты начнутся в 2023 году

Метановый двигатель для многоразовой космической ракеты «Амур-СПГ» планируется испытать в 2023 году, рассказал генконструктор кислородно-водородного двигателя… РИА Новости, 18.09.2021

2021-09-18T01:36

2021-09-18T01:36

2021-09-18T01:36

ракета

космос — риа наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/105413/35/1054133542_0:203:2828:1794_1920x0_80_0_0_470d1b52e57633ab741060298cf7507b.jpg

МОСКВА, 18 сен — РИА Новости. Метановый двигатель для многоразовой космической ракеты «Амур-СПГ» планируется испытать в 2023 году, рассказал генконструктор кислородно-водородного двигателя для советской сверхтяжелой ракеты «Энергия», генеральный директор и генконструктор КБ химавтоматики (1993-2015 годы) Владимир Рачук. КБ химавтоматики имеет богатую историю создания ракетных двигателей на метане. Первые испытания были проведены предприятием в 1990-е годы. В 2007 году были проведены успешные пуски кислородно-водородного двигателя РД-0146 на метане, а в 2014 году для итальянской фирмы «Авио» разработан метановый двигатель-демонстратор для ракеты Vega.»С 2016 года в КБ химавтоматики по контракту с госкорпорацией «Роскосмос» ведется разработка двигателя РД-0177/РД-0169 тягой 100 тонн для ракеты-носителя «Амур-СПГ». Выпущена конструкторская документация, ведется подготовка производства, изготовление агрегатов, огневые испытания установок. Запланировано начало огневых испытаний двигателя в середине 2023 года», — говорится в письме Рачука, направленном в РИА Новости.Проектирование ракеты «Амур-СПГ» стартовало в 2020 году. Это должна быть двухступенчатая ракета среднего класса, первый пуск которой с космодрома Восточный планируется в 2026 году. Носитель должен иметь многоразовую (до 10 раз) возвращаемую первую ступень, оснащенную двигателями РД-0169, которые работают на кислороде и сжиженном природном газе (метане). Планируется, что «Амур-СПГ» придет на смену эксплуатирующимся в настоящее время ракетам «Союз-2».Как отметил Рачук, разработка многоразовых космических ракет — тенденция последних лет. В первую очередь это касается таких носителей как Falcon 9 и Falcon Heavy, New Glenn и Neutron (США), Ariane-6 (Европа) и Чанчжэн-8 (КНР).Наиболее эффективным горючим для многоразовых ракет является метан. Этим объясняется разработка в последние годы двигателей Raptor, ВЕ-4, ВЕ-З (США), идущее создание двигателя Prometheus (Франция), испытания «Тяньцюэ» (КНР). Использование керосина, а не метана в ракетах Илона Маска Falcon 9 эксперт объясняется тем, что двигатели «Мерлин» выполнены по схеме без дожигания, что значительно упрощает технологию очистки и подготовки к повторному запуску.По его подсчётам, в связи с низкой плотностью метана по сравнению с керосином, ракете потребуются более объемные баки, но за счет более высокого значения удельного импульса тяги у сжиженного природного газа, он полностью компенсирует проигрыш в габаритах и массе конструкции ракеты. Помимо того, метан обладает необходимыми именно для многоразовой ракеты качествами — оставляет после себя гораздо меньше сажи, облегчая работу по очистке двигателей в межполетный период, обладает охлаждающим камеру сгорания эффектом, повышая общую надежность двигателя.С финансовой стороны метан также выгоден. Он широко используется в промышленности, доступен и является самым дешевым горючим, рассказал Рачук.

https://ria.ru/20210918/raketa-1750632343.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/105413/35/1054133542_84:0:2745:1996_1920x0_80_0_0_3a2a95e4f44e3c6b661f5b55787cc1f1.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

ракета, космос — риа наука

Эксперт: испытания двигателя для многоразовой ракеты начнутся в 2023 году

МОСКВА, 18 сен — РИА Новости. Метановый двигатель для многоразовой космической ракеты «Амур-СПГ» планируется испытать в 2023 году, рассказал генконструктор кислородно-водородного двигателя для советской сверхтяжелой ракеты «Энергия», генеральный директор и генконструктор КБ химавтоматики (1993-2015 годы) Владимир Рачук.

КБ химавтоматики имеет богатую историю создания ракетных двигателей на метане. Первые испытания были проведены предприятием в 1990-е годы. В 2007 году были проведены успешные пуски кислородно-водородного двигателя РД-0146 на метане, а в 2014 году для итальянской фирмы «Авио» разработан метановый двигатель-демонстратор для ракеты Vega.

«С 2016 года в КБ химавтоматики по контракту с госкорпорацией «Роскосмос» ведется разработка двигателя РД-0177/РД-0169 тягой 100 тонн для ракеты-носителя «Амур-СПГ». Выпущена конструкторская документация, ведется подготовка производства, изготовление агрегатов, огневые испытания установок. Запланировано начало огневых испытаний двигателя в середине 2023 года», — говорится в письме Рачука, направленном в РИА Новости.

Проектирование ракеты «Амур-СПГ» стартовало в 2020 году. Это должна быть двухступенчатая ракета среднего класса, первый пуск которой с космодрома Восточный планируется в 2026 году. Носитель должен иметь многоразовую (до 10 раз) возвращаемую первую ступень, оснащенную двигателями РД-0169, которые работают на кислороде и сжиженном природном газе (метане). Планируется, что «Амур-СПГ» придет на смену эксплуатирующимся в настоящее время ракетам «Союз-2».

18 сентября 2021, 01:23

Разработчик «Энергии» одобрил создание российской лунной ракеты на метанеКак отметил Рачук, разработка многоразовых космических ракет — тенденция последних лет. В первую очередь это касается таких носителей как Falcon 9 и Falcon Heavy, New Glenn и Neutron (США), Ariane-6 (Европа) и Чанчжэн-8 (КНР).Наиболее эффективным горючим для многоразовых ракет является метан. Этим объясняется разработка в последние годы двигателей Raptor, ВЕ-4, ВЕ-З (США), идущее создание двигателя Prometheus (Франция), испытания «Тяньцюэ» (КНР). Использование керосина, а не метана в ракетах Илона Маска Falcon 9 эксперт объясняется тем, что двигатели «Мерлин» выполнены по схеме без дожигания, что значительно упрощает технологию очистки и подготовки к повторному запуску.

«Высокоширотные российские космодромы, в отличие от других стран, требуют применение двигателей с максимально возможной экономичностью, т. е. двигателей с дожиганием», — пояснил Рачук.

По его подсчётам, в связи с низкой плотностью метана по сравнению с керосином, ракете потребуются более объемные баки, но за счет более высокого значения удельного импульса тяги у сжиженного природного газа, он полностью компенсирует проигрыш в габаритах и массе конструкции ракеты.

Помимо того, метан обладает необходимыми именно для многоразовой ракеты качествами — оставляет после себя гораздо меньше сажи, облегчая работу по очистке двигателей в межполетный период, обладает охлаждающим камеру сгорания эффектом, повышая общую надежность двигателя.

С финансовой стороны метан также выгоден. Он широко используется в промышленности, доступен и является самым дешевым горючим, рассказал Рачук.

На метане к Марсу | Наука и жизнь

Кислородно-метановый ракетный двигатель пройдёт первое испытание в 2019—2020 годах.

Трёхмерная модель кислородно-метанового двигателя ЖРД РД0162, разрабатываемого в АО «Конструкторское бюро химавтоматики». Фото: КБХА.

Новый жидкостной ракетный двигатель на природном газе должен заменить керосиновые. Главное его преимущество — возможность использования в многоразовых ракетах-носителях. В отличие от керосинового аппарата, полости двигателя на сжиженном природном газе (СПГ) легко очищать после использования — достаточно провести лишь цикл испарения. Кроме того, по мнению специалистов Ракетно-космического центра «Прогресс» (г. Самара) — разработчиков ракет-носителей среднего класса, — использование новых двигателей уменьшит в 1,5—2 раза стоимость пуска космических аппаратов, упростит наземную инфраструктуру за счёт единого типа двигателя и топлива «СПГ + жидкий кислород».

Важный «плюс» кислородно-метанового двигателя — экологичность. Как сами компоненты топлива, так и продукты, образующиеся при его работе (моноокись, двуокись углерода и вода), не загрязняют окружающую среду в той степени, как используемый ныне керосин и продукты его горения. Пятна проливов жидкого природного газа, в отличие от керосина, быстро испаряются. Разработчики напоминают и о прогнозируемых проблемах производства ракетного керосина через 30—50 лет, которые ощущаются уже сейчас. Если раньше для производства ракетного керосина использовали только определённые сорта нефти из конкретных скважин, то теперь из-за истощения месторождений в ракетах «Союз» применяется композиция, полученная из смеси нефти, добытой из нескольких скважин.

Возможность применения метана в качестве ракетного топлива изучалась ещё во времена СССР, но активный интерес к двигателям на новом топливе отечественные разработчики стали проявлять в середине 1990-х годов, когда проблема истощения нефтяных месторождений стала обостряться. Сейчас надежды на новый двигатель возлагают, в частности, применительно к будущим марсианским полётам, ведь метан можно синтезировать из компонентов атмосферы Марса — воды и двуокиси углерода.

В декабре 2016 года уже состоялись успешные испытания кислородно-метанового двигателя-демонстратора*, созданного в АО «Конструкторское бюро химавтоматики» (КБХА, Воронежская область).

Особенность схемы — использование разработанного на предприятии двухконтурного газотурбинного привода топливных насосов. Тяга проектируемого аппарата должна составить 85 тонн. Успешная реализация проекта даст возможность приступить к созданию новых маршевых двигателей** тягой около 200 тонн, которые будут задействованы в перспективной ракете-носителе комплекса многоразовой ракетно-космической системы.

Комментарии к статье

* Образец-демонстратор создаётся до опытного образца, на котором показывают достигнутые результаты.

** Маршевый двигатель — двигатель летательного аппарата, создающий основную тягу. Предназначен для приведения аппарата в движение.

в чём особенность первой российской ракеты-носителя на метановом топливе — РТ на русском

Новый российский метановый двигатель для семейства ракет-носителей среднего класса «Амур-СПГ» можно будет использовать до 50 раз. Такая цель ставится в техническом задании «Роскосмоса». Как ожидают в госкорпорации, применение этой силовой установки позволит удешевить запуски, упростить изготовление и эксплуатацию носителей. Стоимость пуска «Амур-СПГ», которая является первым российским изделием такого класса на метане, составит $22 млн. По мнению экспертов, создание ракеты станет важным этапом развития в РФ инфраструктуры многоразовых запусков.

Российский метановый двигатель, который создаётся для нового семейства ракет-носителей среднего класса «Амур-СПГ», можно будет использовать до 50 раз. Об этом говорится в техническом задании по созданию силовых агрегатов следующего поколения госкорпорации «Роскосмос», размещённом на сайте госзакупок. 

«Возможность не менее десяти использований серийного образца ЖРД (жидкостного ракетного двигателя. — RT) в составе первой ступени РН (ракеты-носителя. — RT). Рассмотреть мероприятия для увеличения возможности использования серийного образца ЖРД в составе первой ступени РН до 25, 50 раз», — сообщается в документе. 

Как полагают в «Роскосмосе», использование сжиженного природного газа (СПГ) в космическом ракетостроении является общемировым трендом. К преимуществам метанового топлива относят его дешевизну, доступность и простоту хранения. В качестве окислителя ракетного топлива планируется использовать кислород. 

Также по теме

«Основной тренд космической отрасли»: как продвигается создание российских многоразовых ракет-носителей

Испытания лётной модели российской многоразовой ракеты «Крыло-СВ» планируется провести в начале 2023 года. Об этом сообщили в…

По словам экспертов, Россия обладает серьёзным научно-технологическим заделом в области метановых двигателей. 
Как отметил в беседе с RT руководитель Института космической политики Иван Моисеев, первые проекты в этом сегменте появились в СССР ещё в 1970-е годы, но не получили широкого распространения, в отличие от США.

«Если мы исходим из того, что многоразовые ракеты предпочтительнее, то выбор в пользу метана представляется вполне логичным. По сравнению с кислородно-керосиновыми двигателями у метановых изделий немного выше удельный импульс и они проще в эксплуатации. В таком деле, как многоразовые пуски, имеют значение любые, даже небольшие улучшения», — пояснил Моисеев.

Основатель портала Military Russia Дмитрий Корнев, в свою очередь, считает крайне важным, что «Роскосмос» решил использовать СПГ — топливо, темпы производства которого Россия стремительно наращивает.

«Метан — один из основных компонентов природного газа, которого в РФ очень много и который здесь можно добывать буквально в неограниченных объёмах и очень недорого, тем самым значительно снижая стоимость любого запуска. Метановый двигатель отличается высокой эффективностью и весьма скромной стоимостью», — отметил Корнев в разговоре с RT.

«Безотказная, как автомат Калашникова»

 

«Амур-СПГ» — первая российская ракета на сжиженном природном газе, основу которого составляет метан. Изделие создаётся для поэтапной замены применяемого сейчас семейства носителей «Союз-2» («Русь»), которые летают на керосине и жидком кислороде.

В материалах «Роскосмоса» говорится, что «Амур-СПГ» получит ряд технических особенностей, «наиболее полно отвечающих мировым тенденциям и требованиям разработчиков».

«В частности, в конструкции ракеты будет проработана возможность применения передовых технических решений и материалов: глубокое дросселирование второй ступени, увеличенный головной обтекатель, топливные баки из композиционных материалов, использование новых сплавов и др.», — сообщается на сайте госкорпорации.

  • Российская ракета-носитель в процессе сборки
  • © Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос»

Контракт на разработку «Амур-СПГ» между «Роскосмосом» и Ракетно-космическим центром «Прогресс» (Москва) был подписан в октябре 2020 года. Новая ракета будет иметь возвращаемую первую ступень и многоразовые жидкостные двигатели, которые создаются в Конструкторском бюро химавтоматики (Воронеж).

Взлётная масса «Амур-СПГ» составит около 360 т, высота — 55 м, диаметр — 4,1 м, тяга двигателей — 100—110 т, полезная нагрузка в одноразовом варианте — 12,5 т, в многоразовой модификации — 10,5 т.

Первая ступень ракеты будет вмещать пять двигателей РД-0169А, вторая — четыре силовых агрегата РД-0169В.

«Амур-СПГ» превзойдёт «Союз-2» по грузоподъёмности и будет значительно проще в сборке — в этом изделии будет как минимум в два раза меньше комплектующих. По оценкам отраслевых институтов, общее количество деталей в новой ракете — порядка 2 тыс. единиц против 4,5 тыс. в предшественнике.

Также по теме

Экологичные и мощные: какими преимуществами обладают российские ракеты семейства «Ангара»

Первый пуск ракеты-носителя тяжёлого класса «Ангара-А5» с модифицированным двигателем РД-191 состоится в 2023 году. Об этом сообщил…

«В результате мы существенно упрощаем конструкцию и уменьшаем число сборочных единиц… Это важно с точки зрения надёжности, а мы бы хотели, чтобы у нас ракета была безотказной, как автомат Калашникова», — заявил в октябре 2020 года в интервью ТАСС исполнительный директор «Роскосмоса» по перспективным программам и науке Александр Блошенко.

Высокую надёжность «Амур-СПГ» планируется обеспечить за счёт интеграции в первую ступень технологии так называемого горячего резервирования. Суть новации заключается в том, что при выходе из строя одного двигателя остальные силовые установки начинают наращивать мощь в автоматическом режиме, обеспечивая нормальное продолжение полёта.

Надёжность «Амур-СПГ» благодаря существенному сокращению количества комплектующих и функции горячего резервирования должна достичь 0,99. При этом на сегодняшний день стандарт безотказности для большинства ракет-носителей не превышает 0,98.

Как написал в январе на своей странице в Facebook глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин, запуски «Амур-СПГ» будут осуществляться со стартового стола, который появится в ходе строительства третьей очереди космодрома Восточный. Новый этап работ на объекте в Амурской области планируется начать в 2022 году.

«Задача ЦЭНКам (центрам эксплуатации наземной и космической инфраструктуры. — RT) поставлена разработать крайне простой и дешёвый в эксплуатации старт для «Амура». Конечно, он станет элементом третьей очереди», — сообщил Рогозин.

  • Космодром Восточный
  • РИА Новости
  • © Сергей Мамонтов

Топливо для заправки семейства «Амур-СПГ» будет поставляться газоперерабатывающим комплексом ПАО «Газпром», который сейчас возводится в городе Свободном, примерно в 45 км от Восточного. По состоянию на конец октября завод был построен на 67,1%.

Как ожидают специалисты «Роскосмоса», первая ступень «Амур-СПГ» будет возвращаться на сухопутные посадочные площадки, которые будут установлены после проведения соответствующих расчётов.

В октябрьском интервью ТАСС главный эксперт департамента перспективных программ «Роскосмоса» Игорь Пшеничников рассказал, что, скорее всего, часть площадок будет смонтирована в районах, куда сейчас падают ступени от ракет «Союз-2».

«Уже понятно, что посадочных площадок будет несколько, в том числе на самом Восточном. Несколько площадок будут располагаться на территории Хабаровского края, ближе к побережью Охотского моря», — добавил Пшеничников.

«Под заданную стоимость»

 

Проект «Амур-СПГ» получил высокую оценку Илона Маска — основателя американской компании SpaceX, которая специализируется на изготовлении многоразовой ракетно-космической продукции. В октябре на своей станице в Twitter он назвал заключение контракта на создание нового носителя «шагом в правильном направлении».

Также по теме

Вернуться на Луну и открыть новое окно во Вселенную: российский астрофизик — о космических проектах 2020—2021 годов

Запуск российской автоматической межпланетной станции «Луна-25» к южному полюсу спутника Земли намечен на 1 октября 2021 года. Об этом…

Предполагается, что первый пуск «Амур-СПГ» может состояться в 2025—2026 годах. Предполагается, что к этому времени КБ химавтоматики выполнит контракт на создание метанового двигателя. Коммерческая стоимость запуска одной ракеты-носителя, по словам Александра Блошенко, составит $22 млн. 

«Впервые мы проектируем ракету под заданную стоимость, минимальная цена пусковой услуги составит $22 млн. Более того, поскольку цель всей этой работы — создать эффективное коммерческое изделие, то в проект закладывается разработка на этапе эскизного проектирования развёрнутого бизнес-плана», — отметил Блошенко.

Между тем, как заявил в комментарии RT научный сотрудник Института космических исследований РАН профессор Олег Вайсберг, успешная реализация проекта «Амур-СПГ» позволит достаточно быстро окупить затраты на изготовление ракеты-носителя и метановых двигателей.

«Многоразовый принцип с посадкой первой ступени после старта, как я предполагаю, даст возможность экономить примерно 10% средств, если отталкиваться от нынешнего объёма расходов. То есть, условно говоря, за десять пусков ракета полностью окупится. Это будет очень хорошим результатом», — подчеркнул Вайсберг.

НОВОСТИ ВПК, ИСТОРИЯ ОРУЖИЯ, ВОЕННАЯ ТЕХНИКА, БАСТИОН, ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СБОРНИК. BASTION, MILITARY-TECHNICAL COLLECTION. MILITARY-INDUSTRIAL COMPLEX NEWS, HISTORY OF WEAPONS, MILITARY EQUIPMENT


КИСЛОРОДНО-МЕТАНОВЫЙ
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ РД-0177
OXYGEN-METHANE
ROCKET ENGINE RD-0177

24.12.2021

В испытательном комплексе Воронежского центра ракетного двигателестроения, входящего в интегрированную структуру ракетного двигателестроения, возглавляемую НПО Энергомаш Госкорпорации «Роскосмос», успешно проведены огневые испытания штатной автономной системы зажигания многоразового кислородно-метанового ракетного двигателя РД-0177. Он разрабатывается на предприятии в рамках государственного контракта по созданию базового задела для перспективных средств выведения.
Директор КБХА Сергей Ковалев: «Наше предприятие динамично продвигается вперед в рамках освоения кислородно-метановой тематики. Эти компоненты жидкого топлива оптимально подходят для перспективного использования в составе двигателей возвращаемых ступеней многоразовых средств выведения и активно осваиваются за рубежом, поэтому мы стремимся внести свой вклад в сохранение конкурентоспособности нашей страны по этому направлению».
Главный конструктор КБХА Виктор Горохов: «Мы перевыполнили запланированную программу испытаний: в рамках одного пускового дня вместо пяти включений провели восемь, в ходе которых подтвердили работоспособность и возможность многоразового использования системы зажигания двигателя для перспективного применения в составе возвращаемых ступеней ракет-носителей, в том числе «Амур-СПГ», разрабатываемой «Ракетно-космическим центром „Прогресс“ (г. Самара, входит в Роскосмос). Следующим этапом наших работ станет проведение испытаний опытного образца кислородно-метанового двигателя».
Испытания прошли при участии представителей Госкорпорации «Роскосмос» и Ракетно-космического центра «Прогресс», которые высоко оценили результаты проведенной работы.
Опытный образец двигателя РД-0177 номинальной тягой 100 тонн разрабатывается в КБХА по государственному контракту с Роскосмосом в рамках опытно-конструкторской работы «Создание ракетных двигателей нового поколения и базовых элементов маршевых двигательных установок перспективных средств выведения» и предназначен для отработки технологий создания кислородно-метановых двигателей с возможностью многократного использования для перспективных средств выведения.
На предприятии было выполнено эскизное проектирование, разработана рабочая конструкторская документация, проведены модельные испытания по исследованию процессов зажигания и смесеобразования, изготовление и проведение автономных доводочных испытаний отдельных узлов и агрегатов опытного образца двигателя.
Роскосмос


КИСЛОРОДНО-МЕТАНОВЫЙ
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ РД-0177

Двигатель-демонстратор для отработки технологий создания кислородно-метановых ЖРД с возможностью многократного использования для перспективных средств выведения.
Опытный образец двигателя РД-0177 номинальной тягой 100 тонн разрабатывается в КБХА по государственному контракту с Роскосмосом в рамках опытно-конструкторской работы «Создание ракетных двигателей нового поколения и базовых элементов маршевых двигательных установок перспективных средств выведения» и предназначен для отработки технологий создания кислородно-метановых двигателей с возможностью многократного использования для перспективных средств выведения.

В 2012-2016 разрабатывался двигатель демонстратор РД0162СД, который успешно прошёл испытания.
По состоянию на конец октября 2017 года состоялась серия огневых испытаний кислородно-метанового двигателя РД-0162Д2А тягой 40 тонн; разработан эскизный проект на кислородно-метановый двигатель тягой 85 тонн. Следующий этап предусматривает выпуск конструкторской документации на двигатель тягой 85 тонн, а также продолжение подготовки производства и изготовление энергетических установок для отработки отдельных систем двигателя.
РД0177 — опытный образец двигателя, разработкой которого КБХА занимается с 2016 года. Работы проводятся в рамках государственного контракта по созданию базового задела для перспективных средств выведения.
В период 2016–2019 гг. было выполнено эскизное проектирование, разработана рабочая конструкторская документация, проведены модельные испытания по исследованию процессов зажигания и смесеобразования, изготовление и проведение автономных доводочных испытаний отдельных узлов и агрегатов опытного образца двигателя.
Выбор из нескольких вариантов конструкторско-технологических решений осуществлялся с ориентацией на повышенную надежность создаваемого газогенератора и возможность его многократного использования в составе двигателя.
В Воронежском центре ракетного двигателестроения (входит в интегрированную структуру ракетного двигателестроения НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко Госкорпорации «Роскосмос») завершен очередной этап создания опытного образца кислородно-метанового ракетного двигателя РД-0177. В испытательном комплексе предприятия в июне 2020 года успешно проведена серия огневых испытаний модельного газогенератора в обеспечение разработки данного двигателя. Главной целью проведенных работ являлось исследование процессов смесеобразования в модельном газогенераторе с различными вариантами форсуночной головки. Выбор из нескольких вариантов конструкторско-технологических решений осуществлялся с ориентацией на повышенную надежность создаваемого газогенератора и возможность его многократного использования в составе двигателя.

В испытательном комплексе Воронежского центра ракетного двигателестроения, входящего в интегрированную структуру ракетного двигателестроения, возглавляемую НПО Энергомаш Госкорпорации «Роскосмос», в декабре 2021 года успешно проведены огневые испытания штатной автономной системы зажигания многоразового кислородно-метанового ракетного двигателя РД-0177.
Главный конструктор КБХА Виктор Горохов: «Мы перевыполнили запланированную программу испытаний: в рамках одного пускового дня вместо пяти включений провели восемь, в ходе которых подтвердили работоспособность и возможность многоразового использования системы зажигания двигателя для перспективного применения в составе возвращаемых ступеней ракет-носителей, в том числе «Амур-СПГ», разрабатываемой «Ракетно-космическим центром „Прогресс“ (г. Самара, входит в Роскосмос). Следующим этапом наших работ станет проведение испытаний опытного образца кислородно-метанового двигателя».
Испытания прошли при участии представителей Госкорпорации «Роскосмос» и Ракетно-космического центра «Прогресс», которые высоко оценили результаты проведенной работы.

ХАРАКРЕРИСТИКИ

Разработчик КБХА
Производитель КБХА
Тяга у Земли — 85 тс;
Удельный импульс тяги в пустоте — 352 с;
Давление в камере сгорания — 165 кг/см2;
Компоненты топлива — жидкий кислород — сжиженный природный газ.

Источники:
• https://kbkha.ru/deyatel-nost/raketnye-dvigateli-ao-kbha/rd0177/
• https://www.roscosmos.ru/33701/
• https://www.roscosmos.ru/28612/
• https://vk.com/wall-30315369_428714?z=photo-30315369_457296373%2Falbum-30315369_00%2Frev
• https://superzveruga.livejournal.com/9023.html

• МЕТАНОВЫЙ ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ РД-169
• ДВИГАТЕЛИ
• ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ РАКЕТЫ – НОСИТЕЛИ
• КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

ЦНИИмаш не поддержал проект РКЦ «Прогресс» по строительству РКК с метановыми двигателями на Восточном

Головная научная организация ракетно-космической отрасли — ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ЦНИИмаш) — не поддержала проект самарского РКЦ «Прогресс» по строительству масштабного ракетно-космического комплекса с метановыми двигателями на космодроме Восточный, пишут «Известия». Тем не менее работы по метановой тематике ЦНИИмаш предлагает продолжить, создавая двигатели со сжиженным природным газом (СПГ) для ракеты сверхлегкого класса.

«В 2014 г. самарский РКЦ «Прогресс» разработал аванпроект «Космический ракетный комплекс сверхтяжелого класса», в котором рассматривался вариант двухступенчатой ракеты-носителя (РН) грузоподъемностью на уровне 90 т, использующей СПГ и жидкий кислород в качестве компонентов топлива на обеих ступенях, — рассказали изданию в пресс-службе ЦНИИмаша. — Из ракетных блоков первой ступени диаметром 3,6 м предполагалась возможность создания семейства с РН-лидером «Союз-5″ среднего класса».

В отзыве на самарский аванпроект ФГУП ЦНИИмаш отмечено, что применение нового компонента топлива СПГ потребует «создания на космодроме Восточный дополнительной инфраструктуры, ориентированной на крупномасштабное производство и хранение данного вида криогенного топлива, а также сертификацию СПГ (с содержанием метана не менее 98%) как нового компонента топлива для ракетно-космической отрасли».

В итоге на Восточном метановый ракетный комплекс строить не планируют — там проектируют стартовую позицию для носителей «Ангара» с кислород-керосиновыми двигателями и в перспективе — с верхней водородной ступенью (для пилотируемого комплекса).

Но идея метанового двигателя не отвергнута: в ЦНИИмаше рассчитывают на продолжение разработок в двух направлениях.

«В рамках действующей Федеральной космической программы (ФКП) в научно-исследовательской работе (НИР) «Авангард» планируется  разработка системного проекта по космическому ракетному комплексу (КРК) с ракетой среднего класса нового поколения на кислородно-керосиновом топливе, где в качестве альтернативного варианта может быть рассмотрено и метановое топливо, — заявили в ЦНИИмаше. — Эти системные исследования планируется проводить в 2017 г. с привлечением ведущих КБ отрасли: РКЦ «Прогресс», РКК «Энергия», ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, ГРЦ им. академика В.П.Макеева. По результатом исследований будет разработан проект тактико-технического задания на создание КРК с носителем среднего класса нового поколения в части разработки в 2018 г. эскизного проекта в обеспечение опытно-конструкторской работы «Феникс».

В целом в руководстве ЦНИИмаша считают целесообразным начать внедрение и отработку нового экологически безопасного компонента топлива — СПГ с создания ракеты-носителя сверхлегкого класса.

«В ФКП в рамках НИР «Авангард» («Флагман») запланирован выпуск системного проекта по такому типу носителя», — подчеркивают в пресс-службе предприятия.
Возможность использования метана в качестве ракетного топлива изучалась еще в СССР. В России тема метановых двигателей прорабатывалась химкинским НПО «Энергомаш», воронежским Конструкторским бюро химавтоматики и самарским ЦСКБ «Прогресс». В 2012 г. в НПО «Энергомаш» прошел научно-технический совет по созданию ракетного двигателя, работающего на природном газе, где было предложено начать разработку однокамерного двигателя тягой в 200 т на топливе «жидкий кислород — сжиженный метан».

РКЦ «Прогресс» представило свое видение метановой ракеты будущего, подчеркивая, что предлагаемое горючее по сравнению с керосином обладает более широкой сырьевой базой и низкой стоимостью. Это является важным моментом, учитывая срок создания и планируемый период эксплуатации комплекса, а также возможные (прогнозируемые) проблемы производства керосина через 30–50 лет.

В РКЦ уже ощущают проблемы производства ракетного керосина. Ракеты «Союз», которые делают в Самаре, сейчас летают на искусственно созданном топливе, потому что изначально для создания керосина для этих ракет использовались только определенные сорта нефти из конкретных скважин. В основном это нефть Анастасиевско-Троицкого месторождения в Краснодарском крае. Но нефтяные скважины истощаются, и ныне используемый керосин является смешением композиций, которые добываются из нескольких скважин. По оценкам экспертов, проблема дефицита здесь будет только усугубляться.

В РКЦ «Прогресс» посчитали, что использование двигателей на СПГ позволит «обеспечить относительно низкую стоимость пуска (в 1,5-2 раза ниже, чем на керосиновых двигателях), высокую экологичность, более высокие удельные характеристики, единый тип двигателя и топлива «СПГ + жидкий кислород», что значительно упростит наземную инфраструктуру».

Главный конструктор НПО «Энергомаш» Владимир Чванов ранее заявлял «Известиям», что с конструкционной точки зрения метан привлекателен при создании многоразовых носителей.

«Чтобы освободить полости двигателя, нужно только пройти цикл испарения — то есть двигатель легче освобождается от остатков продуктов, — пояснял Чванов. — За счет этого метановое топливо более приемлемо с точки зрения создания двигателя многоразового использования и летательного аппарата многоразового применения. В то же время удельный импульс у двигателя на СПГ высокий, но это преимущество нивелируется тем, что у метанового топлива меньшая плотность, поэтому в сумме получается незначительное энергетическое преимущество».

Метановый двигатель упоминают применительно к полетам на Марс: считается, что марсианскую ракету есть смысл комплектовать метановым двигателем, так как метан можно синтезировать из воды и двуокиси углерода из атмосферы Марса.

Метановый ракетный двигатель Raptor от SpaceX

Raptor (Раптор)криогенный метановый ракетный двигатель, разрабатываемый американской компанией SpaceX. Двигатель предназначается для установки на нижние и верхние ступени будущих сверхтяжелых ракет-носителей, служащих для межпланетных перелётов. Двигатель работает на жидком кислороде и сжиженном метане (lox/methane). Предшественники Раптора, двигатели Merlin, используемые в ракетах Falcon 9, работали на керосине RP-1 и жидком кислороде. Ранние концепции Раптора использовали вместо метана жидкий водород.


Испытания ракетного двигателя Raptor на стенде в сентябре 2016

Двигатель Раптор работает на жидком метане и жидком кислороде, используя эффективную схему с полнопоточным закрытым циклом с дожиганием предварительно газифицированных окислительного и топливного компонентов вместо открытого цикла, ранее использовавшегося на двигателях Merlin. Закрытый цикл использовался на главных двигателях Шаттла (SSME) и в нескольких российских ракетных двигателях (РД-180), однако полнопоточный закрытый цикл до настоящего времени оставался для ракетно-космической отрасли недостижимым “граалем”, оставаясь уделом тестовых демонстраторов практически полувековой давности (РД-270) или закрытыми частными разработками с неизвестным исходом.

Подобная замкнутая схема с полной газификацией компонентов, помимо общего увеличения удельного импульса жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), также положительно сказывается на его общей надёжности, устраняя потенциальные точки отказа, имеющие место в ЖРД с частичной газификацией компонентов топлива.

В августе 2016 года двигатель Raptor, изготовленный в лабораториях SpaceX в Хоторне, штат Калифорния, был перевезен в городок МакГрегор, штат Техас, где 25 сентября 2016 года были проведены успешные стендовые испытания Раптора.

Планируется также разработка вакуумной версии Раптора с удельным импульсом в 382 секунды, использующей сопло большего размера, чем у атмосферной версии – чтобы увеличить степень расширения сгоревших газов.


Двигатель Raptor в “марсианской” презентации SpaceX

Компанию SpaceX в 2002 году создал Илон Маск, ранее прославившийся как создатель платежной системы Paypal. В 2012 году Илон Маск анонсировал свое намерение покорить Марс, используя метан в ракетах с астронавтами на борту:

“Мы переходим на метан. Его стоимость как энергоносителя минимальная и у него есть небольшое преимущество над керосином в плане удельного импульса (Isp). И метан не является такой занозой в заднице, как водород”.

У водорода есть трудности с его хранением и транспортировкой, также есть проблема водородной хрупкости. А если в качестве топлива использовать метан, то такие двигатели можно эксплуатировать и на Марсе, т.к. метан можно получить из марсианской атмосферы. Метан также лучшее топливо для двигателей многократного использования, т.к. он не коксуется, не образует углеродных отложений, то чем грешит керосин, хотя это и не главная причина, почему Маск выбрал метан.

Государственный космический научно-производственный центр им. Хруничева уже разрабатывает двигатели на смеси кислорода и метана для криогенных обратноходовых ракетоносителей, Маск заявил, что не ищет путей сотрудничества с российскими ракетостроителями, несмотря на их лидерство в этой технологии, однако заметил, что “нам следует нанять нескольких из них”.


Запуск компанией SpaceX спутника JC SAT 16 на ракете Falcon 9 в августе 2016

Источник:
http://ru.wikipedia.org
http://spacex.com
http://seradata.com

Смотрите также


Это интересно: почему метановые ракетные двигатели — будущее космонавтики? | Science & Future

Ракета-носитель «Сатурн-5», отправившая людей к Луне, сжигала более двух миллионов литров керосина (RP-1) и жидкого кислорода (LOX), чего почти хватило бы для заполнения 50-метрового олимпийского бассейна.

Что только не рассматривалось в качестве ракетного топлива: от водорода до парафина. Само собой, не обошли инженеры стороной и одно из наиболее распространённых веществ на Земле — метан. Если на заре космонавтики его применение считалось неоправданным на фоне усложнения конструкции двигателей и требующейся для хранения инфраструктуры, то космическое будущее человечества многие связывают именно с метаном.

Самое главное, что метан является тем видом топлива, которое позволит перейти к многоразовости ракет-носителей.

Увеличение эффективности

Прожиг двигателя Raptor компании © SpaceX.

Прожиг двигателя Raptor компании © SpaceX.

Эффективность ракетного топлива в основном измеряется удельным импульсом. Тут всё просто — чем он выше, тем меньше расходуется топлива для получения требуемых характеристик по скорости и выводимой полезной нагрузке.

С одной стороны, метановый двигатель всего на 5% эффективней керосинового, но речь об одном и том же давлении в камере сгорания. Дело в том, что метановые двигатели могут работать при более высоких давлениях, что повышает их эффективность до 20% по сравнению с керосиновыми.

Отдельное преимущество метана заключается в том, что он создаёт избыточное давление в баках, что исключает необходимость в дополнительных системах наддува.

Чем осложняется переход на метан?

Двигатель BE-4 компании © Blue Origin.

Двигатель BE-4 компании © Blue Origin.

Основная проблема метана заключается в необходимости создания криогенной инфраструктуры для его хранения, что требует существенных затрат, на которые не готовы сходу пойти огромные неповоротливые государственные космические агентства.

Именно поэтому основные пути развития метановых двигателей закладывают частные космические компании, вроде SpaceX и Blue Origin.

Метан проложит дорогу на Марс

Атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа, а под поверхностью скрывается водяной лёд. Собственно, это всё, что требуется для производства метана.

Развитие этих технологий уже заставило многих людей поверить в то, что полёт на Марс будет не в один конец, как считалось ранее. Колония на Красной планете может не только стать самодостаточной в плане энергообеспечения. Обеспечив необходимый объём производства, колонисты смогут с лёгкостью возвращаться на родную планету при необходимости, что может привести к гораздо более простой колонизации Марса, чем предполагалось.

Что самое интересное, всё это может быть намного ближе, чем нам кажется, и метан станет буквально дверью в новую эпоху в освоении космоса, в которой человечество станет мультипланетарным видом.

Как думаете, будущее ракетно-космической отрасли за метановыми движками?

Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.

Центр данных по альтернативным видам топлива: автомобили, работающие на природном газе

Природный газ используется более чем в 175 000 автомобилей в США и примерно в 23 миллионах автомобилей по всему миру. Транспортные средства, работающие на природном газе (NGV), являются хорошим выбором для автопарков с большим пробегом и центральным топливом, поскольку они могут обеспечить аналогичную поддержку диапазона топлива для приложений, которые остаются в регионе, поддерживаемом надежной заправкой CNG. Для транспортных средств, которые путешествуют на большие расстояния, сжиженный природный газ (СПГ) предлагает большую плотность энергии, чем СПГ, а это означает, что запас топлива более сравним с обычным топливом.Преимущества природного газа как транспортного топлива включают его доступность на внутреннем рынке, широкую инфраструктуру распределения и более низкие выбросы парниковых газов по сравнению с обычным бензином и дизельным топливом.

СПГ и СПГ считаются альтернативными видами топлива в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года. Мощность, ускорение и крейсерская скорость автомобилей на природном газе сравнимы с аналогичными показателями транспортных средств, работающих на обычном топливе. Кроме того, по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми автомобилями, газомоторные автомобили предлагают другие преимущества в отношении качества воздуха, помимо выбросов парниковых газов.

NGV средней и большой грузоподъемности можно приобрести у производителей оригинального оборудования, а также у квалифицированных специалистов по модернизации систем. Квалифицированные специалисты по модернизации систем также могут экономично, безопасно и надежно переоборудовать многие автомобили для работы на природном газе с помощью систем переоборудования послепродажного обслуживания.

Типы транспортных средств, работающих на природном газе

Существует три типа газомоторных автомобилей:

  • Специализированный : Эти автомобили предназначены для работы только на природном газе.
  • Двухтопливный : Эти автомобили имеют две отдельные топливные системы, которые позволяют им работать на природном газе или бензине.
  • Двухтопливный двигатель : Эти автомобили оснащены топливными системами, работающими на природном газе, но для облегчения зажигания используется дизельное топливо. Эта конфигурация традиционно ограничивается большегрузными автомобилями.

Транспортные средства, работающие на КПГ, хранят природный газ в резервуарах, где он остается в газообразном состоянии под давлением. На борту транспортного средства, использующего СПГ, можно хранить больше топлива, потому что топливо хранится в виде жидкости, что делает его плотность энергии выше, чем у СПГ. Это делает СПГ подходящим для грузовиков классов 7 и 8, которым требуется больший запас хода.Часто выбор топлива определяется такими факторами, как потребности применения транспортного средства (например, требования к мощности) и требуемый запас хода.

Запас хода автомобилей, работающих на природном газе, как правило, меньше, чем у сопоставимых дизельных или бензиновых автомобилей, из-за меньшей удельной энергии природного газа. Дополнительные баки для хранения могут увеличить дальность полета, но дополнительный вес может уменьшить грузоподъемность.

Связанная информация

Доступность Конверсии Выбросы Законы и стимулы

Как работают двухтопливные автомобили на природном газе?

Аккумулятор: Аккумулятор обеспечивает электроэнергией запуск двигателя и электронику/аксессуары автомобиля.

Электронный блок управления (ECM) — (бензин): ECM управляет смесью бензина, моментом зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; и обнаруживает и устраняет проблемы.

Электронный блок управления (ECM) — (природный газ): В двухтопливной конфигурации, работающей на природном газе, ECM, работающий на природном газе, взаимодействует с ECM бензина и управляет смесью природного газа, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; и обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы двигателя наружу через выхлопную трубу. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор предназначен для снижения выбросов выхлопных газов в выхлопной системе.

Заправочная горловина (бензин): Это заправочная горловина или «насадка», используемая для добавления бензина в бак.

Заправочная горловина (природный газ): Заправочная горловина или «сопло» используется для добавления природного газа в бак.

Система впрыска топлива (бензин): Эта система подает бензин в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Система впрыска топлива (природный газ): Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод (бензин): Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) позволяют перекачивать бензин из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливопровод (природный газ): Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) позволяют подавать природный газ из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный насос: Насос, который перекачивает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя через топливопровод.

Переключатель выбора топлива: На двухтопливных автомобилях этот переключатель на приборной панели позволяет водителю выбирать между видами топлива.

Топливный бак (сжатый природный газ): Хранит сжатый природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Топливный бак (бензин): В этом баке хранится бензин на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Регулятор высокого давления: Снижает и регулирует давление топлива на выходе из бака, снижая его до приемлемого уровня, требуемого системой впрыска топлива двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Ручное отключение: Позволяет оператору транспортного средства или механику вручную отключать подачу топлива.

Топливный фильтр для природного газа: Задерживает загрязняющие вещества и другие побочные продукты, чтобы предотвратить их засорение важных компонентов топливной системы, таких как топливные форсунки.

Датчики природного газа: Они контролируют давление подачи топлива и передают эту информацию в электронный блок управления.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и/или тягового электродвигателя на привод колес.

Как работают грузовики класса 8, работающие на сжатом природном газе?

Большегрузные автомобили, работающие на компримированном природном газе (КПГ), работают так же, как бензиновые автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Многие большегрузные автомобили, работающие на природном газе, используют системы природного газа с искровым зажиганием, но в некоторых системах используется компрессионный впрыск, аналогичный дизельному. В системе с искровым зажиганием двигатель работает так же, как бензиновый двигатель. Природный газ хранится в нескольких топливных баках или баллонах, как правило, за кабиной автомобиля. Топливная система CNG передает газ под высоким давлением из топливного бака по топливопроводам, где регулятор давления снижает давление до уровня, совместимого с системой впрыска топлива двигателя.Наконец, топливо вводится во впускной коллектор или камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а затем сжимается и воспламеняется свечой зажигания. Узнайте больше о транспортных средствах, работающих на природном газе.

Изображение в высоком разрешении

Основные компоненты грузовика класса 8, работающего на природном газе

Аккумулятор: Аккумулятор обеспечивает электроэнергией запуск двигателя и электронику/аксессуары автомобиля.

Электронный блок управления (ECM): ECM управляет топливной смесью, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; и обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы двигателя наружу через выхлопную трубу. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор предназначен для снижения выбросов выхлопных газов в выхлопной системе.

Топливозаправочная горловина: Наконечник топливораздаточной колонки присоединяется к приемнику на автомобиле для заполнения бака.

Топливный фильтр: Этот фильтр задерживает загрязняющие вещества и другие побочные продукты, предотвращая их засорение важных компонентов топливной системы, таких как топливные форсунки.

Система впрыска топлива: Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный бак (сжатый природный газ): Хранит сжатый природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Регулятор высокого давления: Снижает и регулирует давление топлива на выходе из бака, снижая его до приемлемого уровня, требуемого системой впрыска топлива двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Ручное отключение: Позволяет оператору транспортного средства или механику вручную отключать подачу топлива.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и/или тягового электродвигателя на привод колес.

Невероятная физика Raptor: ракетный двигатель SpaceX, потребляющий метан

Возможность повторного использования является ключевым аспектом, поскольку Маск сказал, что каждый двигатель должен быть способен летать до 1000 раз, чтобы поддерживать амбициозные операции Starship. Это серьезная проблема; самыми повторно используемыми двигателями в истории исследования космоса были главные двигатели каждого космического корабля «Шаттл», каждый из которых летал всего несколько десятков раз. «Это довольно амбициозно, — говорит Додд. «Я не знаю, будет ли 1000 рейсов обязательно достижимо в ближайшем будущем.Если он оправдает свой потенциал, может быть, 1000 человек в один прекрасный день станут реальностью».

Существующий двигатель SpaceX называется Merlin, который используется на действующих ракетах Falcon 9 и Falcon Heavy, но Raptor знаменует значительное улучшение. Во-первых, у него вдвое больше тяги, чем у его предшественника, благодаря гораздо более высокому давлению, 380 000 фунтов тяги на уровне моря против 190 000 фунтов, несмотря на то, что он имеет такой же размер.

Другое использование метана. Ни одна ракета, работающая на метане, никогда не выходила на орбиту, а испытательный прыжок Starhopper на днях стал первым фактическим полетом ракетного двигателя, работающего на метане. Метан предотвращает накопление отложений в двигателе по сравнению с другими видами топлива, такими как керосин, процесс, известный как коксование, а его более высокая производительность позволяет снизить затраты.

«Стоимость топлива для жидкостных ракет составляет ничтожную долю от общих затрат на запуск», — говорит космический консультант Рэнд Симберг. «С многоразовыми транспортными средствами мы хотим достичь точки, в которой нам будет небезразлично, сколько стоит топливо. В авиакомпаниях обычно 35% общих эксплуатационных расходов приходится на топливо. С ракетой меньше одного процента традиционно.

Raptor также использует то, что известно как полнопоточный двигатель внутреннего сгорания, только третий двигатель в истории, использующий эту технику, тогда как Merlin использует более распространенную систему открытого цикла. Предыдущие две попытки создания такого двигателя, одна в Советском Союзе в 1960-х годах, а другая в США в начале 2000-х годов, так и не прошли испытания.

Двигатель внутреннего сгорания с полнопоточной стадией относится к тому, как насос вращает турбину для привода двигателя, используя так называемую камеру предварительного сгорания, чтобы запустить этот процесс путем впрыска небольшого количества топлива.Обычно часть топлива расходуется в традиционном двигателе с открытым циклом, чтобы запустить этот процесс, но Raptor будет использовать каждую доступную каплю топлива, что делает его одним из самых эффективных ракетных двигателей, когда-либо созданных.

Цикл четырехтактного двигателя производит водород из метана и улавливает CO2

Исследователи разработали модульный реактор, способный генерировать водород при более низких температурах, чем существующие процессы.

Профессор Технологического института Джорджии Андрей Федоров (слева) и младший научный сотрудник Южэ Пэн демонстрируют лабораторную систему водородного риформинга, которая производит зеленое топливо при относительно низкой температуре в процессе, который можно увеличивать или уменьшать для удовлетворения конкретных потребностей. (Источник: Кэндлер Хоббс, Технологический институт Джорджии)

Когда двигатель внутреннего сгорания не является двигателем внутреннего сгорания? Когда он будет преобразован в модульный реактор риформинга, который сможет сделать водород доступным для питания топливных элементов везде, где есть доступ к природному газу.

Добавив катализатор, мембрану, отделяющую водород, и сорбент углекислого газа в цикл четырехтактного двигателя, которому уже сто лет, исследователи продемонстрировали лабораторную систему риформинга водорода, которая производит зеленое топливо при относительно низкой температуре в процессе, который можно масштабируется вверх или вниз для удовлетворения конкретных потребностей.Этот процесс может обеспечить водород в точке использования для жилых топливных элементов или электростанций по соседству, производства электроэнергии и электроэнергии в транспортных средствах, работающих на природном газе, заправки муниципальных автобусов или других транспортных средств на основе водорода, а также в качестве дополнения к прерывистым возобновляемым источникам энергии, таким как фотогальваника. .

Известный как CO2/h3 поршневой реактор с активной мембраной (CHAMP), устройство работает при температурах, намного более низких, чем обычные процессы парового риформинга, потребляет значительно меньше воды и может также работать на других видах топлива, таких как метанол или биологическое сырье.Он также улавливает и концентрирует выбросы двуокиси углерода, побочный продукт, который в настоящее время не имеет вторичного использования, хотя это может измениться в будущем.

В отличие от обычных двигателей, которые работают с тысячами оборотов в минуту, реактор работает со скоростью всего несколько циклов в минуту — или медленнее — в зависимости от масштаба реактора и требуемой скорости производства водорода. И нет свечей зажигания, потому что топливо не сгорает.

«У нас уже есть общенациональная инфраструктура распределения природного газа, поэтому гораздо лучше производить водород в точке использования, а не пытаться его распределять», — сказал Андрей Федоров, профессор Технологического института Джорджии, который работает над CHAMP с 2008 года.«Наша технология может производить это предпочтительное топливо везде, где доступен природный газ, что может решить одну из основных проблем водородной экономики».

Статья, опубликованная 9 февраля в журнале Industrial & Engineering Chemistry Research , описывает операционную модель процесса CHAMP, включая критический этап внутренней адсорбции диоксида углерода, побочного продукта процесса риформинга метана, чтобы его можно было концентрировать и удалять. из реактора для захвата, хранения или утилизации.

О других реализациях системы сообщалось в виде дипломной работы трех докторов наук Технологического института Джорджии. выпускников с момента начала проекта в 2008 году. Исследование проводилось при поддержке Национального научного фонда, Министерства обороны через стипендии NDSEG и Фонда гражданских исследований и разработок США (CRDF Global).

Ключом к процессу реакции является переменный объем, обеспечиваемый подъемом и опусканием поршня в цилиндре. Как и в обычном двигателе, клапан управляет потоком газов в реактор и из него, когда поршень движется вверх и вниз.Четырехтактная система работает так:

  • Природный газ (метан) и пар всасываются в реакционный цилиндр через клапан при опускании поршня внутрь. Клапан закрывается, как только поршень достигает дна цилиндра.
  • Поршень поднимается в цилиндр, сжимая пар и метан по мере нагрева реактора. Как только она достигает примерно 400 градусов по Цельсию, внутри реактора происходят каталитические реакции с образованием водорода и углекислого газа. Водород выходит через селективную мембрану, а углекислый газ под давлением поглощается сорбирующим материалом, смешанным с катализатором.
  • После выхода водорода из реактора и связывания углекислого газа в сорбенте поршень опускается, уменьшая объем (и давление) в цилиндре. Углекислый газ выбрасывается из сорбента в баллон.
  • Поршень снова перемещается в камеру, и клапан открывается, вытесняя концентрированный углекислый газ и очищая реактор для начала нового цикла.

«Все части головоломки собрались воедино», — сказал Федоров, профессор Технологического института Джорджии Джорджа Буша.Школа машиностроения Вудраффа. «Вызовы, которые предстоит решить, носят в первую очередь экономический характер. Нашим следующим шагом будет строительство пилотного реактора CHAMP».

Проект был начат для решения некоторых проблем, связанных с использованием водорода в топливных элементах. Большая часть используемого сегодня водорода производится в процессе высокотемпературного риформинга, в котором метан смешивается с паром при температуре около 900 градусов Цельсия. Для промышленного процесса требуется целых три молекулы воды на каждую молекулу водорода, и полученный газ низкой плотности необходимо транспортировать туда, где он будет использоваться.

Лаборатория Федорова впервые провела термодинамические расчеты, предполагающие, что четырехтактный процесс можно модифицировать для производства водорода в относительно небольших количествах там, где он будет использоваться. Целью исследования было создание модульного процесса риформинга, который мог бы работать при температуре от 400 до 500 градусов по Цельсию, использовать всего две молекулы воды на каждую молекулу метана для производства четырех молекул водорода, иметь возможность масштабирования для удовлетворения конкретных потребностей. и улавливание образующегося диоксида углерода для возможного использования или секвестрации.

«Мы хотели полностью переосмыслить то, как мы проектировали реакторные системы, — сказал Федоров. «Чтобы получить необходимую нам эффективность, мы поняли, что нам нужно динамически изменять объем корпуса реактора. Мы посмотрели на существующие механические системы, которые могли бы это делать, и поняли, что эту возможность можно найти в системе, которая совершенствовалась более века: в двигателе внутреннего сгорания».

По словам Федорова, систему CHAMP можно увеличивать или уменьшать для производства сотен килограммов водорода в день, необходимых для типичной автомобильной заправочной станции, или нескольких килограммов для индивидуального транспортного средства или топливного элемента для жилых помещений.Объем и скорость поршня в реакторе CHAMP можно регулировать в соответствии с потребностями в водороде, а также в соответствии с требованиями к регенерации сорбента диоксида углерода и эффективности разделения водородной мембраны. На практике несколько реакторов, вероятно, будут работать вместе для производства непрерывного потока водорода на желаемом уровне производства.

«Мы взяли обычный химический завод и создали аналог, используя великолепный механизм двигателя внутреннего сгорания», — сказал Федоров.«Реактор является масштабируемым и модульным, поэтому у вас может быть один модуль или сотня модулей в зависимости от того, сколько водорода вам нужно. Процессы риформинга топлива, очистки водорода и улавливания выбросов углекислого газа объединены в одну компактную систему».

Эта публикация основана на работе, поддержанной наградой CBET 0928716 Национального научного фонда (NSF), которая финансировалась в соответствии с Законом о восстановлении и реинвестициях США от 2009 года (публичный закон 111-5), а также наградой 61220 Министерства финансов США.S. Фондом гражданских исследований и разработок (CRDF Global) и Национальным научным фондом в соответствии с Соглашением о сотрудничестве OISE-9531011. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору (авторам) и не обязательно отражают мнения NSF или CRDF Global. Дипломная работа Дэвида М. Андерсона, первого автора документа, была проведена при поддержке правительства в рамках награды Министерства обороны, Управления научных исследований ВВС, стипендии Национальной оборонной науки и техники (NDSEG), 32 CFR 168a.

ЦИТАТА : Дэвид М. Андерсон, Томас М. Юн, Питер А. Коттке и Андрей Г. Федоров, «Всесторонний анализ паровой конверсии метана с сорбционным усилением в мембранном реакторе с переменным объемом» (Промышленные и инженерные химические исследования, 2017 г. ). http://dx.doi.org/10.1021/acs.iecr.6b04392

Research News
Технологический институт Джорджии
177 North Avenue
Атланта, Джорджия  30332-0181  США

Контакты по связям со СМИ : Джон Тун (404-894-6986) ([email protected]) или Бена Брумфилда (404-385-1933) ([email protected]).

Писатель : Джон Тун

ISRO разрабатывает ракетный двигатель, работающий на метане

Стремясь разработать передовые технологии, не уступающие другим странам мира, Индийское космическое агентство ISRO разрабатывает ракетные двигатели, работающие на метане. Метан, который можно синтезировать из воды и углекислого газа в космосе, часто называют космическим топливом будущего.

Высшее должностное лицо ИСРО рассказал BusinessLine , что космическое агентство разрабатывает два двигателя «LOx на метане» (жидкий кислородный окислитель и метановое топливо).

Один из двух проектов направлен на преобразование существующего криогенного двигателя, использующего в качестве топлива жидкий водород, в двигатель на метане LOx. Другой — двигатель меньшего размера с тягой 3 тонны, который будет оснащен электродвигателем.

Они разрабатываются в Центре жидкостных двигателей ISRO в Тривандраме. Официальные лица космического агентства не желают раскрывать подробности, поскольку это проекты НИОКР, которые не могут быть реализованы. На вопрос, означают ли усилия ISRO в отношении метана его намерение отказаться от существующего топлива на основе гидразина, чиновник сказал, что он «не делал никаких таких прогнозов.

ISRO в настоящее время предпочитает использовать топливо под названием несимметричный диметилгидразин вместе с четырехокисью азота в качестве окислителя в своих двигателях на жидком топливе (Vikas), которые используются на нижних ступенях ее ракет, PSLV и GSLV. Это топливо, как и все виды топлива на основе гидразина, считается высокотоксичным и канцерогенным. Во всем мире правительства стремятся запретить гидразин. Кроме того, метан превосходит гидразин и по всем остальным параметрам. Помимо того, что он не токсичен, он имеет более высокий удельный импульс (т. е. один кг газа может дольше поддерживать один кг массы), его легко хранить, он не оставляет следов при сгорании, менее громоздкий, и, что важно, могут быть синтезированы в космосе.

Реагирует на кислород

Например, на Марсе есть и вода на суше, и вода в атмосфере — топливо для обратного пути с Марса можно производить тут же из них. Но, с другой стороны, двигателям, работающим на метане, нужен воспламенитель, чтобы зажечь огонь. Гидразиновые топлива являются гиперголическими, что означает, что они начинают гореть сами по себе при контакте с кислородом.

Переход к метану LOx носит глобальный характер, но говорят, что только китайцы разработали работающий двигатель — 80-тонный (тяговый) двигатель TQ-12.Компания Илона Маска, SpaceX, хочет сделать свою ракету Raptor работающей на метане. Стартап Manastu Space из Мумбаи разрабатывает двигательную установку, которая будет использовать перекись водорода в качестве топлива. Двигатель будет готов к эксплуатации через пару лет, сообщил технический директор компании Аштеш Кумар. Деловая линия в субботу.

В настоящее время двигатели Manastu предназначены для управления спутниками на орбите, но Кумар сказал, что их можно использовать для запуска ракет-носителей.По данным компании, космическая промышленность начала с перекиси водорода, но перешла на «лучший» гидразин. Но Manastu разработала химическую добавку, которую пытается запатентовать — эта добавка позволит перекиси водорода вытеснить гидразин из конкуренции.

Тем временем на горизонте появилось несколько других видов ракетного топлива — динитрамид аммония в Европе и нитрат гидроксила аммония в США. Лучшее топливо сделает запуск спутников в космос или космические исследования менее дорогими.Веселье только началось.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.