КИСЛОРОДНО-МЕТАНОВОЕ ТОПЛИВО В ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ МАЛОЙ ТЯГИ

OXYGEN-METHANE FUEL IN LOW-THRUST LIQUID ROCKET ENGINES

Nikolay Kaushan

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

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В статье отмечена особая актуальность исследования оптимальности состава топлива для ракетных двигателей малой тяги. Это связано с тем, что в последние годы наметилась тенденция к созданию сверхлегких ракет-носителей. Причиной роста спроса на этот класс носителей стало распространение технологий проектирования и изготовления малых космических аппаратов, позволяющих широкому кругу организаций вести космическую деятельность в хозяйственных и научно-исследовательских целях.

ABSTRACT

The article notes the special relevance of the study of the optimality of the fuel composition for low-thrust rocket engines. This is due to the fact that in recent years there has been a trend towards the creation of ultralight launch vehicles. The reason for the growing demand for this class of carriers was the spread of technologies for the design and manufacture of small spacecraft, which allow a wide range of organizations to conduct space activities for economic and research purposes.

Ключевые слова: ракетный двигатель, малая тяга, ракета-носитель, топливо, метан, кислород.

Keywords: rocket engine, low thrust, booster, fuel, methane, oxygen.

Специалисты отмечают особое значение технологий проектирования и изготовления малых космических аппаратов [3]. Растущий спрос на запуски малых космических аппаратов привел к увеличению числа кластерных запусков. Основным решением в этом направлении развития ракетостроения являются технологически доступные и дешевые сверхлегкие ракеты-носители [2], массовое внедрение которых наблюдается повсеместно. Мировая ракетно-космическая промышленность сегодня ставит перед собой цель – сотрудничество с небольшими частными компании [1] в сфере производства ракетных двигателей малой тяги. В связи с чем, создание новых двигательных установок актуально со стороны снижения не только наукоемкости и трудоемкости производства, но и затрат на получение и хранение выбранных компонентов топлива, стоимости проектных работ, а также увеличения экономического эффекта, получаемого от новых двигателей ракет малой тяги.

Выбор топлива – определяющий параметр не только внешнего вида ракеты-носителя, но и ее возможностей (техническую и финансовую доступность для компаний народного хозяйства). Множество комбинаций компонентов топлива для жидкостных ракетных двигателей были разработаны и испытаны. И лишь некоторые из них прочно заняли свое место в ракетно - космической промышленности. К таким компонентам специалисты относят керосин, водород, жидкий кислород, азотная кислота и др.

Новые вызовы и задачи ставят задачу поиска более доступного и энергетически совершенного топлива, отвечающего современным и перспективным техническим требованиям. Одним из наиболее перспективных альтернативных видов топлива является кислородно-метановое топливо. Оно отвечает основным эксплуатационным требованиям к ракетным топливам, способным обеспечить правильную работу жидкостных ракетных двигателей и безопасные условия труда человека. В перечень этих требований входят:

• нетоксичность,
• химическая стойкость,
• взрывобезопасность,
• невозможность самовоспламенения,
• хорошая охлаждающая способность,
• коррозионная пассивность к конструкционным материалам [4],
• наличие позитивного опыта работы в жидкостных ракетных двигателях,
• минимальное сажеобразование.

Выбор метана в качестве топлива обусловлен его энергетическими преимуществами перед керосином, он экологически чище гептила, экономически выгоднее водорода и является одним из самых доступных из всех существующих видов топлива. В связи с чем, метан в качестве топлива для жидкостных ракетных двигателей в последнее время рассматривается во всем мире. А химические и физические свойства кислорода делают его наиболее подходящим окислителем в этой паре, создавая оптимальное кислородно-метановое топливо для ракетных двигателей малой тяги.

Специалисты отмечают, что для целей народного хозяйства, которое все чаще нуждается в запуске ракет-носителей, наиболее перспективным представляется использование метано-кислородной девятикамерной двигательной установки в составе многоразовых сверхлегких ракет-носителей. Такая двигательная установка, помимо технических аспектов внедрения, также позволит быстро перейти к коммерческому внедрению пусковых услуг за счет сокращения сроков разработки, изготовления и испытаний жидкостных ракетных двигателей. Использование технически доступного и экономически выгодного топлива делает разработку, внедрение и производство двигательных установок этого типа более рентабельными.

Список литературы:

1. Ганиев Т.А., Карякин В.В. Космическая политика мировых и региональных держав / Т.А. Ганиев, В.В. Карякин. Монография. – М.: Архонт, 2020. – 175 с.
2. Данилюк А. Ю. Требования к облику и основным проектным параметрам микроракетного комплекса, предназначенного для запуска малых космических аппаратов размерностей «нано», «пико» и «фемто» // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. – 2015. – № 3. – С. 107-113
3. Клюшников В. Ю. Ракеты-носители сверхлегкого класса: ниша на рынке пусковых услуг и перспективные проекты // Воздушно-космическая сфера/ 2019. – № 3 (100). – С. 58-71
4. Кузин А.И. Обоснование выбора компонентов ракетного топлива для двигательных установок первой ступени многоразовой ракетно-космической системы // Авиакосмическая техника и технология. – 2010. – № 1. – С. 19-55