ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОГО КИСЛОРОДА В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ НАУКИ И ТЕХНИКИ

THE POSSIBILITIES OF USING LIQUID OXYGEN IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Nikolay Kaushan

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

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Жидкий кислород – перспективное сырье для использования в разных областях науки и техники, в том числе в ракетостроении, в разработках новых вариантов топливных пар для жидкостных ракетных двигателей. Цель статьи – рассмотреть возможности применения жидкого кислорода в различных областях науки и техники. В качестве метода использованы общенаучные методы анализа, обобщения, сравнения. Результаты научных изысканий позволили говорить о необходимости совершенствования жидкостных ракетных двигателей с использованием жидкого кислорода в топливной паре.

ABSTRACT

Liquid oxygen is a promising raw material for use in various fields of science and technology, including in rocket engineering, in the development of new variants of fuel pairs for liquid rocket engines. The purpose of the article is to consider the possibilities of using liquid oxygen in various fields of science and technology. General scientific methods of analysis, generalization, and comparison are used as a method. The results of scientific research made it possible to talk about the need to improve liquid rocket engines using liquid oxygen in a fuel pair.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель; перспективные разработки; жидкий кислород.

Keywords: liquid rocket engine; promising developments; liquid oxygen.

Жидкий кислород используется в различных отраслях. Например, использование кислорода в медицине трудно переоценить. Исследования в сфере струйной кислородо-сорбционной терапии говорят о высокой эффективности метода [3, с. 209-213].

Кроме того, жидкий кислород используется в следующих отраслях (рисунок 1).

Рисунок 1. Использование кислорода в различных областях науки и техники [2, с. 1]

Кислород обладает высокой эффективностью, в связи с этим широко используется в качестве окислителя топлив жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в паре с керосином, водородом и другими горючими для ЖРД.

В соответствии с ГОСТ [1] кислород в жидком состоянии выпускается двух сортов: сорт А с содержанием не менее 99,2 % О2 и сорт Б с содержанием не менее 98,5% О2. В качестве методов получения кислорода используют следующие методы (рисунок 2).

Рисунок 2. Методы получения жидкого кислорода

В настоящее время на действующих ракетах-носителях (РН) используются в качестве окислителей следующие компоненты жидких ракетных топлив:

• керосин (Delta IV, Falcon 9, Союз и др.);
• метан (верхние ступени Falcon 9 и Falcon Heavy);
• водород (Ariane-5);
• гептил (Протон-М) в качестве горючих;
• кислород (Ariane-5, Delta IV, Falcon 9, Союз, верхние ступени Falcon 9 и Falcon Heavy);
• азотный тетраоксид (Протон-М).

Специалисты отмечают, что топливная пара кислород-керосин – это наиболее востребованная топливная смесь. Однако, продолжаются экспериментальные и теоретические исследования, связанные с процессами моделирования характеристик процесса матричной конверсии метан-кислородной смеси при введении в нее добавок водорода.

Перспективы использования ЖРД связаны с использованием кислородно-метановых ЖРД, которые наиболее востребованы в российской космической отрасли. Использование кислородно-метанового топлива обусловлено доступностью и относительной дешевизной российского природного газа, а также экологическими преимуществами его применения.

При этом с учётом обеспечения транспортировки и возможности наземной отработки объектов ракетно-космической техники принимается модульный принцип построения средств выведения с применением более эффективных криогенных топливных пар в двигательных установках (ДУ):

• кислород-керосин,
• кислород-сжиженный природный газ (СПГ),
• кислород-водород [4, с. 3-8].

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.

Список литературы:

1. ГОСТ 6331-78. Кислород жидкий технический и медицинский. Технические усло­вия. М., Изд-во стандартов, 1998 г.
2. Калугин К.С. Особенности получения жидкого кислорода для жидкостных ракетных двигателей // Политехнический молодежный журнал. – 2019. – № 6(35). – С. 1
3. Михайлов Н.О., Глухов А.А., Андреев А.А. Гистохимическое обоснование применение струйной кислородо-сорбционной терапии в хирургическом лечении гнойных ран мягких тканей // Материалы Всерос. научной конф., посвященной 80-летию со дня рождения профессора Александра Кирилловича Косоурова: сборник научных трудов, (Санкт-Петербург, 13–15 мая 2021 г). – Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2021. – С. 209-213
4. Сизяков Н.П. Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности: основные направления производственной и научной деятельности // Полёт. – 2019. – № 12. – С. 3-8.