ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЖИЖЕННЫХ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ В КАЧЕСТВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО, ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ГОРЮЧЕГО

MODERN SCIENTIFIC RESEARCH ON IMPROVING THE LIQUID ROCKET ENGINE

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В основе работы жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) Во всем мире остро стоит вопрос о необходимости перехода на экологически чистую энергию. Сжиженный природный газ (СПГ) – наиболее экологичная альтернатива другим видам топлива, массово используемым для выработки энергии. В ближайшее время СПГ станет одним из самых перспективных направлений при выборе экологически безопасного топлива. В настоящей статье представлены достоинства сжиженного природного газа как альтернативного топлива для российской отрасли ракетостроения.

ABSTRACT

At the heart of the operation of a liquid rocket engine (LRE) Around the world, there is an urgent question of the need to switch to environmentally friendly energy. Liquefied natural gas (LNG) is the most environmentally friendly alternative to other fuels that are massively used for energy generation. In the near future, LNG will become one of the most promising areas when choosing an environmentally friendly fuel. This article presents the advantages of liquefied natural gas as an alternative fuel for the Russian rocket industry.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель; сжиженный природный газ; доступность, экологичность.

Keywords: liquid rocket engine; liquefied natural gas; availability, environmental friendliness.

Текущее состояние заправки жидкостных ракетных двигателей характеризуется приоритетом использования пары кислород-керосин. То есть, ракетное топливо состоит из окислителя и горючего, в настоящее время наиболее распространенной является комбинация, состоящая из криогенного и высококипящего компонентов: жидкого кислорода как окислителя и керосина как горючего. Однако оптимальной является пара криогенных компонентов горючего и окислителя – жидкий кислород и жидкий водород.

Керосин начал применяться ещё в 50-х годах и остаётся востребован и по сей день. Жидкий водород является эффективнейшим и экологически чистым горючим и в современных ракетно-космических комплексах он применяется в паре с жидким кислородом. Но чрезвычайно низкая плотность не позволяет в полной мере использовать его для первых ступеней ракет. Есть у него ещё один недостаток – высокая криогенность, что приводит к дополнительным затратам.

Имеют место проблемы с промышленным производством жидкого водорода, так как до распада СССР промышленное снабжение жидким водородом осуществлялось предприятиями Украины и Узбекистана. В Российской Федерации нет заводов по производству жидкого водорода и топливная пара с использованием жидкого водорода в ЖРД малодоступна в России с учетом отсутствия промышленного его производства.

Одним из путей решения этой проблемы может стать использование сжиженного природного газа (СПГ) в качестве универсального экологически чистого горючего, а также применение новых схем двигателей с дожиганием восстановительного генераторного газа и эффективных систем охлаждения камер сгорания [3]. В случае применения СПГ в качестве горючего и кислорода в качестве окислителя в схеме с избытком горючего в генераторном газе практически исключается сажеобразование. Дополнительным положительным свойством метанового топлива является его лучшая охлаждающая способность по сравнению с керосином.

СПГ особенно актуален для предприятий, где основным топливом является природный газ. Природный газ (которым и является СПГ) широко применяется в качестве топлива котлоагрегатов с максимально возможным КПД при полной автоматизации процесса. Таким образом, применение СПГ в качестве резервного топлива на газопотребляющих предприятиях, позволит избежать остановки рабочих процессов при проведении ремонтных и пусконаладочных работ. Наряду с тем, что СПГ – экологичное, безопасное, надежное и энергетически эффективное топливо, необходимо отметить, что его хранение отличается высокой компактностью, экономичностью. СПГ – это топливо будущего и является самым верным решением при выборе типа резервного топлива. Кроме того, специалисты отмечают возможности СПГ как перспективного топлива с экономической точки зрения. Сегодня сокращение расходов стало общемировым трендом. Топливо составляет всего 2...0,3% от стоимости всей ракеты-носителя, но кроме стоимости топлива важен еще такой параметр, как его доступность [1].

Россия – один из лидеров по производству СПГ. Австралия, Катар, Россия и США в среднесрочной перспективе останутся крупнейшими поставщиками сжиженного природного газа в мире. При этом Катар и Россия имеют значительный потенциал для увеличения объемов производства и экспорта СПГ. США также обладают значительными запасами и производственными мощностями, однако американский СПГ намного дороже российского и катарского, в конечном счете, успех реализации американских проектов зависит от конъюнктуры рынка. Австралия, обладающая крупнейшими производственными мощностями СПГ в мире, из-за повышения внутреннего потребления природного газа, а также отсутствия реальных возможностей для увеличения добычи не сможет нарастить объемы производства и экспорта в ближайшие 3-5 лет. Российская Федерация в случае успешной реализации таких проектов, как «Обский СПГ», «Арктик СПГ - 2» и «СПГ Портовая», сможет увеличить свою долю на глобальном рынке СПГ с 8 % до 12 % уже к 2027 г. [3, с. 96].

Итак, использование сжиженного природного газа имеет значительные перспективы, особенно с учетом доступности этого топлива для российского ракетостроительного комплекса. В качестве преимуществ сжиженного природного газа (СПГ) перед другими энергоносителями можно отметить следующие:

• быстро испаряется при самых низких температурах;
• выделяет весьма значительное количество тепла на единицу веса, при этом в меньшей степени загрязняет воздух продуктами сгорания (копотью);
• не является токсичным веществом;
• наиболее чистое минеральное топливо по критериям объемов парниковой эмиссии (при горении выбросов СО2 выделяется меньше на 20%).

Учитывая перечисленные преимущества, СПГ является эффективным решением проблемы выбора резервного топлива.

Список литературы:

1. Карпов А. Б. Перспективы использования сжиженного природного газа в качестве топлива ракетных двигателей // Химия и химическая технология: достижения и перспективы : Материалы IV Всерос. конф., (Кемерово, 27–28 ноября 2018 г.). – Кемерово: КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, 2018. – С. 4081-4083
2. Кондратенко А.Д. Применение СПГ в качестве ракетного топлива // Труды 60-й Всерос. науч. конф. МФТИ. – 2017. – С. 192-193
3. Ульченко М. В. Производство сжиженного природного газа: особенности конкуренции на мировом рынке // Фундаментальные исследования. – 2021. – № 4. – С. 96-101