В России начинается разработка зеленого ракетного топлива

Обращение с гидразином, одним из главных элементов топлива для жидкостных ракетных двигателей, требует чрезвычайных мер безопасности. Фото ESA

Как сообщила пресс-служба НПО «Энергомаш», прошло заседание секции научно-технического совета (НТС), посвященное выполнению опытно-конструкторской работы (ОКР) «Зеленое топливо». Содержание этой ОКР – разработка технологии производства малотоксичного монотоплива и выбор материалов для термокаталитических двигателей малой тяги. В год экологии это более чем актуальная тема.

«Тематика зеленого топлива крайне актуальна и широко обсуждается на международных научно-практических форумах и семинарах, – отмечается в сообщении НПО «Энергомаш». – Члены НТС отметили, что, учитывая перспективность данной темы, необходимо продолжить изучение зеленого топлива. «ОКБ «ФАКЕЛ» (головной исполнитель ОКР) планирует разработать линейку жидкостных ракетных двигателей малой тяги различной размерности, работающих на зеленом топливе для замены аналогов на гидразине».

Напомним, что гидразин и его производные (несимметричный диметилгидразин, гептил) – это сверхтоксичное вещество. Однако он до сих пор широко используется в качестве компонента ракетного топлива.

«Не секрет, что при всех выдающихся достижениях в околоземном пространстве космическая техника, отрасль и вся сфера космической деятельности далеки от экологической чистоты, – отметил в беседе с «НГ» космонавт-испытатель, доктор философских наук, кандидат технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Экологического центра Института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН Сергей Кричевский. – Она во многом базируется на экологически грязных и экономически расточительных «черных» и «коричневых» технологиях (классификация предложена автором). Большинство существующих типов ракет-носителей (РН) ведут свою родословную от военной техники времен гонки вооружений и холодной войны. То есть изначально не были заточены под современные, все более строгие экологические нормы. Коэффициент полезного действия РН крайне низок: как правило, лишь 1–3% стартовой массы составляет полезная нагрузка, выводимая в космос».

Судя по приведенной информации, зеленое топливо – разновидность ракетного топлива, соединяющая в себе окислитель, растворитель и само горючее (отсюда и название – монотопливо). В таких видах топлива совмещены сразу несколько необходимых компонентов: окислитель – ионные жидкости (растворенные в кислотах соли с температурой плавления ниже 100±С), например, нитрат гидроксиламония (НГА); горючее – спирты и глицин; растворитель – вода.

Представители ОКБ «ФАКЕЛ» на заседании НТС сообщили, что им вместе с предприятиями-соисполнителями удалось создать топливо на основе НГА, расчетный удельный импульс и плотность которого превосходят используемый в подобных двигателях гидразин, а класс опасности существенно ниже.

«При разработке такого топлива возникла необходимость создания камеры сгорания из специальных материалов, поскольку температура разложения и сгорания топлива – около 1800±С. Мы предъявляли жесткие требования к материалу камеры сгорания двигателя, которая должна выдерживать такую температуру и окислительную среду», – сказал Валентин Каширцев, сотрудник ОАО «Композит», соисполнителя ОКР.

Жидкостный ракетный двигатель для вывода на орбиту «Бурана». Разработка 1976–1990 годов. Горючее – жидкий водород, окислитель – жидкий кислород. Фото автора

Температура 1800 градусов – это та температура, которая позволяет подобрать конструктивный материал, работоспособный без специальных мер. Дело в том, что типовая температура для обычных жидкостных ракетных двигателей – 4000 градусов. В этих условиях плавится все, поэтому ЖРД может работать только при интенсивном охлаждении и специальной организации процессов горения в камере.

Заседание НТС по тематике зеленого топлива – это долгожданное и чрезвычайно важное событие для нашей космической отрасли, считает Сергей Кричевский: «Наконец-то в госкорпорации «Роскосмос» появился и проявился инициатор и лидер «озеленения» космонавтики и отрасли. Вполне закономерно, что именно зеленое топливо и перспективные зеленые двигатели стали «точкой сборки» и инициируют-продвигают переход космонавтики на новую – зеленую орбиту».

По мнению эксперта «НГ», все это свидетельствует о чрезвычайной важности открытости России миру, ее активного участия в международных научных конференциях и проектах, в том числе посвященных экологизации космической техники, технологий и деятельности. «Если России, которая имеет значительный опыт и достижения в создании и эксплуатации ракетных двигателей, удастся стать мировым лидером процесса «озеленения» ракетного топлива и двигателей, она может получить конкурентное преимущество в создающемся зеленом космическом рынке», – подчеркивает Сергей Кричевский.

Однако у такой точки зрения есть и оппоненты.

«Видите ли, эта новость – новость лукавая. Указанная ОКР никакого отношения к зеленым, к экологии не имеет. Термин «зеленое топливо» появился здесь из-за моды или из-за желания привлечь внимание, – уверен руководитель Института космической политики, научный руководитель Московского космического клуба, эксперт фонда «Сколково», член Экспертного совета при правительстве РФ Иван Моисеев, к которому «НГ» обратилась за комментариями по техническим и технологическим аспектам создания зеленого топлива. – Говорить о зеленом топливе некорректно, этот термин просто ничего не значит. Для двигателей такого типа, например, давно используется перекись водорода, которая абсолютно зеленое топливо, но никто его так не называет».

Речь идет об упомянутых в сообщении пресс-службы НПО «Энергомаш» «термокаталитических двигателях малой тяги». Как поясняет Иван Моисеев, это – вещь давно известная, используемая и, конечно, постоянно совершенствуемая. «Такие двигатели ставят для управления ориентацией спутников, причем далеко не для всех, – отмечает Моисеев. – К экологии топливо таких двигателей отношения не имеет, так как его очень мало надо (порядок – несколько литров) и в любой мыслимой нештатной ситуации (скажем, взрыв на старте) экологический ущерб от самого ядовитого топлива для двигателей этого типа сравним с экологическим ущербом от сигареты, выкуренной в центре лесного пожара».

Диаметрально противоположной точки зрения придерживается Сергей Кричевский. «Можно критиковать НПО «Энергомаш» за популизм и декларативность их проекта, за низкие темпы движения, – подчеркивает он. – Но надо отдать должное: в России и ее космической отрасли есть умные и серьезные люди и организации, которые здесь и сейчас профессионально и ответственно создают зеленое космическое будущее. Сейчас речь идет не просто о замене сверхтоксичного гидразинового топлива на нетоксичное. Начался и идет важный процесс переосмысления и переформатирования космической отрасли на основе новых идей и подходов, конечным результатом которого станет переход к принципиально новым экологически чистым, зеленым и экономичным космическим технологиям, технике и деятельности».

Действительно, как бы там ни было, но в космическом мире зеленым ракетным топливом всерьез занимаются уже более 10 лет. Лидерами здесь являются американское Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA) и Европейское космическое агентство (ESA).

«Тематика зеленого топлива крайне актуальна и широко обсуждается на международных научно-практических форумах и семинарах», – подчеркивается и в сообщении о заседании научно-технического совета НПО «Энергомаш». Члены НТС отметили, что, учитывая перспективность данной темы, необходимо продолжить изучение зеленого топлива.

«После затянувшегося периода теоретических дискуссий и исследований, опытно-конструкторских работ космической отрасли пора показать реальные результаты граду и миру, – солидарен с таким подходом и Сергей Кричевский. – С этим пока задержка во всех космических странах. Но количество зеленых идей, новостей, проектов и разработок неизбежно должно перейти в новое качество. И этот момент приближается».

Значительно более сдержан в своих оценках происходящего руководитель Института космической политики Иван Моисеев: «Что это значит для космонавтики? Обычная попытка усовершенствовать один из узлов космической техники. Достаточно частный случай. Для ракет такое зеленое топливо не годится вообще, используется на некоторых спутниках».

«А когда все-таки можно ожидать окончания именно этой, по зеленому топливу, опытно-конструкторской работы?» – спросили мы у Ивана Михайловича. «По косвенным данным и некоторым предположениям, такой двигатель можно будет сделать лет через пять–семь», – считает Иван Моисеев.

Ну что ж, не так уж долго.

«100 лет назад наш соотечественник – русский ученый и инженер Фридрих Артурович Цандер (в этом году 130 лет со дня его рождения), занимавшийся разработкой первых ракетных двигателей и проектом полета на Марс, предложил создать самолет-ракету. В полете по мере удаления от Земли ненужные части конструкции (шасси, крыло и т.п.) превращались в топливо и сжигались, давая энергию для движения к цели, – напоминает профессор Сергей Кричевский. – Прекрасная идея, которая до сих пор не реализована, но все в наших головах и руках!»