Что такое метановый двигатель

Какой газ лучше заправлять в авто, метан или пропан

Общая информация

Историческая справка

Начиная с середины XX века, все большее распространение в двигательных системах тяжелого и легкового транспорта начинают получать установки, работающие на углеводородных газах. К концу столетия и в начале XXI века такие установки становятся почти повсеместными и начинают активно внедряться на производстве крупными заводами не только для автобусов и грузовых автомобилей, но также и собственных линеек легковых авто, особенно внедорожников и минивенов, а также различных малогабаритных гибридных моделей.

Причина использования природного газа достаточно проста – он более экологичен и более дешев в использовании в сравнении с бензином. Изначально основанием для использования газовых установок была именно защита экологии, с увеличением стоимости нефти и сообразного роста цен на бензин, более остро встал и финансовый фактор использования газовых ГБО.

Выбор газа как такового понятен, но возникает вопрос, что лучше – пропан или метан. Дать однозначный ответ – погрешить против истины, но для осознанного решения необходимо знать полезные характеристики обоих «претендентов».

Пропан

Пропан относится к классу алканов и является органическим веществом, которое выделяется при крекинге (процессе переработки) нефтепродуктов, также он может выделяться из природного газа. Для целей создания топливной смеси пропан смешивается с этаном и бутаном, в сжиженном состоянии он помещается в баллоны под давлением в 10-15 атмосфер. Пропан – углеводородный газ, он тяжелее воздуха и взрывоопасен при содержании в окружающей среде в количестве 2,1 и выше процентов.

Пропан представляет собой, в промышленном отношении продукт разделения нефтяного или «жирного» природного газа – то есть обладает достаточно высоким содержанием примесей, масел, сопутствующих веществ, нуждается в качественной очистке и фильтрации. Кроме того, согласно известным исследованиям при достаточной концентрации пропан может оказывать наркотическое воздействие на человеческий организм. Увидеть пропан в быту можно в обычной газовой зажигалке.

Метан

Метан относится к категории простейших углеводородов, он существенно легче воздуха и почти не растворяется в воде. Метан находится в обширных подземных месторождениях, где добывается фактически в чистом виде, а затем проходит процедуру фильтрации, дополнения одорантами для запаха. Для использования в качестве топлива метан сжимается до 200-250 атмосфер, содержится в баллоне повышенной прочности и обычно достаточно высокого веса. Взрывоопасность метана наступает при концентрации выше 4,4 процентов в воздухе, при этом он легко уносится воздушными потоками и может накапливаться только в замкнутых помещениях.

Основное удобство метана – его невысокая цена. Кроме того метан является самым чистым газом из всех, доступных для использования в топливных целях, он почти не содержит примесей и нуждается лишь в самой примитивной очистке. При этом для метана, с учетом специфики его использования, требуется достаточно дорогая установка. Данный газ, как и пропан, обладает наркотическим влиянием на человеческий организм, но незначительным, ввиду разреженного нахождения в воздухе. Увидеть метан в быту можно при использовании любой бытовой газовой плиты.

Сравнение метана и пропана

Общие преимущества газов в топливе

Оба газа имеют общие преимущества относительно бензина, что позволяет год от года расширять их применение в двигательных установках.

• Более низкая цена относительно бензина;
• Экологическая безопасность, меньшее влияние на здоровье человека;
• Увеличение срока езды без заправки за счет большего объема топлива, которое можно запасти;
• В комплексе замедление износа деталей автомобиля, особенно при использовании изначально приспособленного двигателя.

Общие недостатки газов в топливе

Существует также несколько оснований, по которым бензин все еще сохраняет лидирующее положение как автомобильное топливо.

• Меньшая доступность газов для потребителя (количество заправок, а также центров обслуживания автомобилей с газовыми установками);
• Падение мощности автомобиля при использовании газового топлива;
• Повышенный износ некоторых особо чувствительных участков двигателя (например, клапанов) с учетом специфики «сухого горения» газового топлива.

Основные различия метана и пропана

Метан и пропан существенно отличаются друг от друга как по специфике хранения, так и по специфике использования в качестве топлива, каждый имеет свои преимущества и недостатки.

• По ГБО – дополнение двигателя автомобиля пропановой установкой существенно (до 70%) дешевле, чем установка метанового ГБО;
• По стоимости – в перспективе, после того, как окупится установка ГБО, метан дает высокую экономию средств на топливо относительно пропана;
• Снижение мощности – пропан, относительно бензина, дает незначительное снижение мощности до 3-5% двигателя, и то при развитии скорости выше 140 километров в час. Метан «ослабляет машину» до 20%. Но стоит учитывать, что данное обстоятельство было почти нивелировано в современных специализированных установках;
• Экологическая чистота – пропан имеет примеси и не считается полностью безопасным для человека и экологии. Метан – самое чистое топливо на планете, по своей безопасности превосходящий электрические двигатели и солнечные батареи, находящийся на одном уровне со спиртовыми установками;
• Вес баллонов и объем топлива – пропан, сжимаемый под невысоким давлением вместе со своим резервуаром, весит в несколько раз легче, чем баллон сжатого метана. При этом пропана можно запасти на путь втрое более долгий, чем метана;
• Взрывоопасность – метан вдвое менее взрывоопасен, чем пропан, а с учетом рассеивания считается максимально безопасным относительно почти всех других видов топлива. Стоит также отметить, что баллоны метана при аварии повреждаются и деформируются существенно меньше, чем баллоны пропана. Таким образом, доставка пропана становится в перспективе более опасной;
• Доступность заправок – метановые заправки являются редкостью, их приходится специально искать, заправки с пропаном почти также часты, как бензиновые. При этом оборудование для сжимания, очистки и заправки метана существенно менее сложное, чем пропановое.

Таблица преимуществ и недостатков пропана и метана

Заправка газом может быть удобней, экономичней и функциональней, чем использование бензина, а окончательно определиться в выборе удобного газа можно при помощи следующей таблицы.

Вывод

Конечный выбор остается за автомобилистом – метан безопасней и дешевле, но дороже по установке и эксплуатации, пропан более распространен, дешевле по установке, баллоны меньше весят, но он взрывоопасен и более вреден. В любом случае – газовая заправка на АГЗС остается удобной и перспективной альтернативой заправки бензином, при этом она более функциональна, чем езда на электричестве или спирте.

Двигатели на метане

Мы можем перевести практически любой дизельный двигатель на использование метана, как газомоторного топлива.

Не ждите завтра, начинайте экономить сегодня !

Дизельный двигатель является двигателем, воспламенение топлива в котором осуществляется при нагревании от сжатия. Стандартный дизельный двигатель не может работать на газовом топливе, потому что метан обладает существенно более высокой температурой воспламенения чем дизельное топливо ( ДТ — 300-330 С, метан — 650 С) , которая не может быть достигнута при степенях сжатия, используемых в дизельных двигателях.

Второй причиной, по которой дизельный двигатель не сможет работать на газовом топливе является явление детонации, т.е. не штатного ( взрывообразного горения топлива, которое возникает при избыточной степени сжатия. Для дизельных двигателей используются степень сжатия топливо-воздушной смеси в 14-22 раза, метановый двигатель может иметь степень сжатия до 12-16 раз.

Поэтому, для перевода дизельного двигателя в газомоторный режим потребуется сделать две основных вещи:

Снизить степень сжатия двигателя

Установить искровую систему зажигания

После этих доработок Ваш двигатель будет работать только на метане. Возврат в дизельный режим возможен, только после проведения специальных работ.

Подробнее о сути выполняемых работ смотрите в разделе «Как именно осуществляется перевод дизеля на метан»

Величина Вашей экономии высчитывается как разница между затратами на 100 км пробега на дизельное топливо до конвертации двигателя и затратами на затратами на приобретение газового топлива.

Например, для грузового автомобиля Freigtleiner Cascadia средний расход дизельного топлива составлял 35 литров на 100 км, а после конвертации для работы на метнане расход газового топлива составил 42 нм3. метана. Тогда при стоимости дизельного топлива в 31 рубль 100 км. пробега изначально стоило 1085 рублей, а после конвертации при стоимости метана 11 рублей за нормальный кубический метр (нм3) 100 км пробега стало стоить 462 рубля.

Экономия составила 623 рубль на 100 км пробега или 57%. С учетом годового пробега в 100.000 км, годовая экономия составили 623.000 рубль. Стоимость установки пропана на эту машину составила 600.000 рублей. Таким образом срок окупаемости системы составил — примерно 11 месяцев.

Так же дополнительным преимуществом метана как газомоторного топлива является то, что его крайне трудно украсть и практически не возможно «слить», так как при нормальных условиях это газ. По тем же соображениям, его не возможно продать.

Расход метана после переделки дизеля в газомоторный режим может колебаться в пределах от 1.05 до 1,25 нм3 метана на литр расхода дизельного топлива ( зависит от конструкции дизеля, его изношенности и прочее ).

Примеры из нашего опыта по потреблению метана, конвертированными нами дизелями, Вы сможете прочитать в той статье.

В среднем для предварительных расчетов дизельный двигатель при работе на метане будет потреблять газомоторное топлива из расчета 1 л потребления ДТ в дизельном режиме = 1,2 нм3 метана в газомоторном режиме.

Конкретные значения экономии для Вашей машины Вы сможете получить заполнив заявку на конвертацию, нажав красную кнопку в конце этой страницы.

В странах СНГ насчитывается свыше 500 АГНКС, причем на Россию приходится больше чем 240 АГНКС.

Вы сможете посмотреть актуальную информацию по расположению и часам работы АГНКС на интерактивной карте, расположенной ниже. Карта любезно предоставлена сайтом gazmap.ru

Если в Вашем автохозяйстве будет больше 30-50 автомобилей имеет смысл рассмотреть вариант с заправкой автомобилей непосредственно в автохозяйстве с использованием передвижного автомобильного газового заправщика ( ПАГЗ ). Подробно об нашем ПАГЗЕ можно посмотреть здесь.

А если еще рядом с Вашим автохозяйством проходит газовая труба, то имеет смысл рассмотреть варианты строительства собственной АГНКС.

Просто позвоните нам и мы с удовольствием Вас проконсультируем по всем вариантам.

Метан на борту автомашины хранится в газообразном состоянии под высоким давлением в 200 атмосфер в специальных баллонах. Большой вес и размер этих баллонов является существенным негативным фактором ограничивающим использование метана как газомоторного топлива.

ООО «РАГСК» используем в своей работе высококачественные металопластиковые композитные баллоны ( Тип-2 ), сертифицированные для использования в РФ.

Внутренняя часть этих баллонов выполнена из высокопрочной хроммо-молибденовой стали, а внешняя обмотана стеклопластиком и залита эпоксидной смолой.

Для хранения 1 нм3 метана требуется 5 литров гидравлического объема баллона, т.е. например 100 литровый баллон позволяет хранить примерно 20 нм3 метана ( на самом деле чуть больше, за счет того, что метан не является идеальным газом и лучше сжимается ). Вес 1 литра гидравлического составляет примерно 0,85 кг, т.е. вес системы хранения 20 нм3 метана будет примерно 100 кг ( 85 кг это вес баллона и 15 кг вес собственно метана ).

Баллоны Типа-2 для хранения метана выглядят так:

Система хранения метана в сборе выглядит так:

На практике, обычно удается, достигнуть следующих значений пробега:

200-250 км — для микроавтобусов. Вес системы хранения — 250 кг 250-300 км — для городских автобусов среднего размера. Вес системы хранения — 450 кг 500 км — для седельных тягачей. Вес системы хранения — 900 кг

Конкретные значения пробега на метане для Вашей машины Вы сможете получить заполнив заявку на конвертацию, нажав красную кнопку в конце этой страницы.

Перевод дизельного двигателя в газовый режим потребует серьезного вмешательства в сам двигатель.

Сначала мы должны изменить степень сжатия ( зачем ? см. раздел » Как дизельный двигатель может работать на метане ?») Мы используем различные методы для этого, подбирая лучший для Вашего двигателя:

Фрезеровка поршня Прокладка под ГБЦ

Установка новых поршней Укорочение шатуна

В большей части случаев мы применяем фрезерование поршней ( см. иллюстрацию выше ).

Примерно так будут выглядеть поршни после фрезерования:

Далее мы устанавливаем системы впрыска газа через специальные форсунки и систему искрового зажигания ( зачем ? см. раздел «Как дизельный двигатель может работать на метане ?» ).

Так же мы устанавливаем ряд дополнительных датчиков и устройств ( электронную педаль газа, датчик положения коленвала, датчик количества кислорода, датчик детонации и т.п. ).

Все компоненты системы управляются электронным блоком управления (ECU).

Примерно так будет выглядеть комплект компонентов для установки на двигатель:

Для современных двигателей, оснащенных надувом это мнение ошибочно.

Высокий прочностной ресурс исходного дизельного двигателя, предназначенный для работы с степенью сжатия 16-22 раза и высокое октановое число газового топлива позволяют нам использовать степень сжатия 12-14 раз. Такая высокая степень сжатия позволяет получать те же ( и да же большие ) удельные мощности , работая на стехеометрических топливных смесях.Однако выполнение при этом норм токсичности выше ЕВРО-3 не представляется возможным, так же вырастает тепловая напряженность конвертированного двигателя.

Современные надувные дизели ( особенно с промежуточным охлаждением надувного воздуха ) позволяют работать на существенно обедненным смесях с сохранением мощности исходного дизельного двигателя, удержав тепловой режим в прежних пределах и уложившись в нормы токсичности ЕВРО-4 .

Для безнадувных дизельных двигателей мы предлагаем 2 альтернативы: или снижение рабочей мощности на 10-15% или применение системы впрыска воды в впускной коллектор с целью поддержания приемлемой рабочей температуры и достижения норм токсичности выбросов ЕВРО-4

Вид типичной зависимостей мощности от оборотов двигателя, по типам топлива:

Момент Максимальная величина крутящего момента не изменится и даже может быть немного увеличена. Однако точка достижения максимального момента сместится в сторону более высоких оборотов. Это конечно не приятно, но на практике водители практически не жалуются и быстро привыкают, особенно если имеется запас по мощности двигателя.

Радикальным решением проблемы смещения пика момента для газового двигателя является замена турбины на переразмеренную турбину специального типа с электромагнитным клапаном перепуска на высоких оборотах. Однако высокая стоимость такого решения не дает нам возможности применять его при индивидуальной конвертации.

Надежность Ресурс двигателя существенно увеличится. Так как горение газа происходит более равномерно чем дизельного топлива, степень сжатия газового двигателя меньше чем у дизельного и газ не содержит в отличие от дизельного топлива посторонних примесей.

Масло Газовые двигателя более требовательны к качеству масла. Мы рекомендуем применять качественные всесезонные масла классов SAE 15W-40, 10W-40 и менять масло не реже 10.000 км.

Если есть возможность, желательно использовать специальные масла, типа ЛУКОЙЛ ЭФФОРСЕ 4004 или Shell Mysella LA SAE 40. Это не обязательно, но с ними двигатель прослужит очень долго.

Вследствие большего содержания воды в продуктах сгорания газовоздушных смесей в газовых двигателях могут возникать проблемы водостойкости моторных масел, так же газовые двигатели более чувствительны к образованию зольных отложений в камере сгорания. Поэтому сульфатная зольность масел для газовых двигателей ограничивается более низкими значениями, а требования к гидрофобности масла повышаются.

Шум Вы будете очень удивленны! Газовый двигатель — очень тихая машина по сравнению с дизельным. Уровень шума снизится на 10-15 Дб по приборам, что соответствует в 2-3 более тихой работе по субъективным ощущениям.

Метановый газовый двигатель существенно превосходит по всем экологическим характеристикам аналогичный по мощности двигатель, работающий на дизельном топливе и уступает по уровню выбросов только электрическим и водородным двигателям.

Особенно это заметно по такому важному для крупных городов показателю как дымность. Всех горажан изрядно раздражают дымные хвосты за ЛИАЗами На метане этого не будет, так при горение газа сажеобразование отсутствует !

Как правило экологический класс для метанового двигателя — это Евро-4 ( без использования мочевины или системы рецеркуляции газов ). Однако при установке дополнительного катализатора можно повысить экологический класс до уровня Евро-5.

Что такое метановый двигатель

На РД-171МВ в отрасли возлагают большие надежды. Эту модификацию самого мощного в мире жидкостного ракетного двигателя предполагается использовать в перспективных космических программах, в том числе для пилотируемых полетов к Луне. В марте 2021 года был сделан важный шаг в создании РД-171МВ: в НПО Энергомаш (входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») с успехом завершился цикл из восьми огневых стендовых испытаний.

Исходный вариант двигателя РД-170/171, на базе которого разработана нынешняя модификация, был создан еще в середине 1970-х в рамках программы «Буран» и обеспечил два пуска легендарной сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия». Кроме того, он успешно применялся на ракете среднего класса «Зенит» вплоть до завершения ее эксплуатации в проектах «Морской старт» (последний пуск состоялся в мае 2014 г.) и «Наземный старт» (декабрь 2017 г.).

Когда в октябре 2017 г. было принято решение о разработке ракеты-носителя сверхтяжелого класса «Енисей», РД-171 стал естественным кандидатом на маршевый двигатель блоков первой ступени. По замыслу, каждый из этих блоков будет являться самостоятельной ступенью в другой перспективной ракете, но уже среднего класса — «Союз-5». Универсальный стартовый комплекс для носителей сверхтяжелого и среднего класса будет построен на космодроме Восточный — отсюда и буквенное сочетание МВ («модифицированный для Восточного») в названии двигателя. Поскольку с 2015 г. двигатель не изготавливался, Энергомаш проделал большую работу по возобновлению серийного выпуска, которую можно сравнить с организацией нового производства.

«Двигатель состоялся!»

Подробнее о двигателе РД-171МВ, об итогах первых огневых испытаний и о дальнейших работах журналу Госкорпорации «Роскосмос» — «Русский космос» рассказал генеральный директор НПО Энергомаш Игорь Арбузов.

— Игорь Александрович, каков итог испытаний? Что они означают для предприятия?

— РД-171МВ — один из наших ключевых проектов. Испытания, продолжавшиеся три месяца, подтвердили работоспособность изделия и правильность выбранных конструкторско-технологических решений. Теперь по их результатам можно уверенно сказать: да, двигатель состоялся!

— Какие зарубежные аналоги РД-171МВ вы можете назвать? И какие принципы закладывались при его создании?

— А аналогов-то по большому счету и нет. Зарубежные маршевые жидкостные двигатели имеют тягу в несколько раз меньше. Мы идем к созданию ракеты сверхтяжелого класса с полезной нагрузкой более 100 т. Летать она будет редко, и поэтому в проект закладывается принцип, реализованный в системе «Энергия—Буран»: все элементы носителя должны летать самостоятельно. «Боковушки» сверхтяжелой ракеты — это первые ступени «Союза-5» с РД-171МВ, а центральный блок — модифицированная первая ступень «Союза-6» с обновленным РД-180. Эти носители будут летать значительно чаще, чем ракета сверхтяжелого класса.

— Какие дальнейшие планы в отношении двигателя? На какой объем выпуска вы ориентируетесь?

— Еще до начала испытаний мы отправили макет РД-171МВ в самарский РКЦ «Прогресс» для примерки к ступени «Союза-5». До конца года наша задача — собрать несколько РД-171МВ для различных испытаний, в том числе огневых в составе первой ступени. В 2022 г. мы начнем поставку двигателей для летных испытаний.

Предполагаемые объемы выпуска РД-171МВ после 2023 г. составят ежегодно три-четыре единицы. Все будет зависеть от того, как будет формироваться спрос на рынке пусковых услуг на «Союз-5».

— Как в целом идут дела на предприятии? Что изменится с созданием Интегрированной структуры ракетного двигателестроения?

— За последние несколько лет решено большое количество задач, связанных с техническим перевооружением, модернизацией НПО Энергомаш. Сделан серьезный шаг в технологическом развитии, создан цифровой кластер. Все это, безусловно, повышает эффективность конструкторской деятельности, производства, качество выпускаемой продукции и конкурентоспособность предприятия на мировом рынке. Буквально в феврале закончено формирование Интегрированной структуры ракетного двигателестроения, а это дает возможность грамотно распределить нагрузку между предприятиями.

В будущем мы хотим использовать производственную базу НПО Энергомаш только для создания перспективных образцов ракетных двигателей. Освободившись от серийного производства, мы дадим себе возможность сократить сроки разработки новых образцов до 3–4 лет. Скорость вывода двигателя на рынок очень важна, даже принципиальна, так как на этом рынке очень высокая конкуренция.

Что касается прорывных разработок, наше КБ ведет ряд тем по применению в ракетном двигателестроении композитных материалов. Идет проектирование кислородно-метанового двигателя. Еще одним важным направлением является создание водородных двигателей.

Для «Иртыша» и «Енисея»

О назначении двигателя, его особенностях, а также о перспективах метановых разработок мы поговорили с главным конструктором НПО Энергомаш Петром Лёвочкиным.

— Какие технологии применялись при создании РД-171МВ?

— РД-171МВ относится к семейству мощных маршевых двигателей, в которое входят также РД-170/171, созданный для «Энергии-Бурана» и «Зенита», РД-180, разработанный для американского носителя Atlas, и РД-191 для «Ангары».

РД-171МВ, предназначенный для «Союза-5» («Иртыша»), сделан целиком из российских компонентов и материалов. Кроме того, по опыту работы с РД-180 и РД-191 мы внедрили в него ряд конструктивных изменений и улучшений. Это, в частности, новые исполнительные механизмы системы управления, улучшенная защита от возгораний, новые фильтры на входе и современная система аварийной защиты.

Мы также понизили температуру на турбине, самом напряженном элементе конструкции двигателя, и повысили ее ресурс. При этом тяга осталась прежней, а основной показатель экономичности — удельный импульс тяги — даже подрос. Мы планируем существенное обновление РД-171МВ при переходе на модификацию, предназначенную для сверхтяжелого носителя «Енисей». Но сейчас внедрять эти нововведения нет времени. Дело в том, что «Союз-5» должен полететь уже в 2023 г., а цикл изготовления двигателя составляет 18 месяцев. То есть нам уже сейчас надо разворачивать производство летных изделий. Хотя мы готовы и к применению композитных материалов и порошковой металлургии.

РД-171МВ проектировался «в цифре», то есть параллельно с традиционной конструкторской документацией (КД) сразу на компьютере. Это не просто дань моде: раньше конструкторы выпускали чертежи, а технологи были вынуждены адаптировать их к имеющемуся оборудованию, создавая некую модель двигателя. Фактически это вело к двойному циклу разработки и создавало риск ошибок. Сквозная система автоматизированного проектирования предусматривает создание 3D-модели — подлинника КД, которой пользуются и конструкторы, и технологи. С ее помощью мы уже сейчас, например, переходим на изготовление всех трубопроводов «обвязки» методом трехмерного моделирования.

— Какие цели ставились перед испытаниями?

— Практика создания ракетных двигателей предусматривает цикл наземной отработки, который состоит из двух этапов: автономного — для отдельных узлов и агрегатов — и огневых стендовых испытаний уже собранного изделия.

Сегодня эти два этапа полностью завершены. На одном доводочном двигателе мы провели комплексную проверку всех внесенных в проект изменений, в первую очередь по новым приводам и алгоритмам регулирования. По техническому заданию мы должны были подтвердить надежность, обеспечив определенную наработку по времени. Проверялось функционирование РД-171МВ на всех режимах, включая крайние значения диапазона изменений давления и температуры.

Программа предусматривала восемь огневых испытаний. Первое было коротенькое. Мы даже не выходили на номинальный режим: просто запустились, чтобы «пощупать изделие», и остановились — «выдохнули». Да, вот он, двигатель — собран, работает. После этого мы сняли двигатель, осмотрели его и установили на стенд, как будто только что поставленное изделие, и провели семь остальных испытаний, уже без съема со стенда.

— Все проходило строго по плану или все-таки были замечания?

— Безусловно, при отработке были нюансы. При первых испытаниях вдруг обнаружилось повышенное давление перед приводами системы управления. Стали разбираться — выявили ее взаимосвязь с системой подачи топлива. Доработали алгоритм, согласовали с разработчиками приводов, проверили, пошли дальше.

По результатам испытаний многие вещи будут скорректированы. Например, в первом доводочном двигателе было два разных газогенератора (исходно их тоже два, но одинаковых): базовый, от РД-171М, а на втором применены решения от РД-180 и РД-191. Сейчас мы переходим на новую конструкцию.

В целом можно сказать, что двигатель есть и его сейчас надо просто хорошо и качественно делать.

— Как будут проходить дальнейшие испытания?

— Программа предусматривает производство и испытания еще ряда доводочных и сертификационных двигателей. Тот, который уже испытан на стенде, будет использован для завершающего этапа автономных проверок: его агрегаты пройдут дефектацию, разрезку, металлографические исследования.

Работа на этом не завершится: запланирован второй этап отработки двигателя по программе создания сверхтяжелой ракеты-носителя. Отличия двигателя для «сверхтяжа» от экземпляра для «Союза-5» — в большем (примерно на треть) времени работы. Такую длительность мы должны подтвердить на стенде, для чего предстоит провести цикл ресурсных испытаний. Все работы ведутся исходя из задачи, что «сверхтяж» должен полететь в 2028 г.

— Отвлечемся от РД-171МВ и поговорим о другой перспективной разработке — метановом двигателе. Какой потенциал в этом направлении?

— НПО Энергомаш было родоначальником работ по метану, о котором сейчас много и часто говорят. Метан как компонент топлива имеет определенные преимущества по сравнению с керосином. В паре с кислородом он несколько лучше по энергетике, процесс зажигания смеси упрощен. Но плотность у такого топлива меньше, а температура его криогенная, что неудобно для хранения. Кроме того, газообразный метан взрывоопасен. Таким образом, заниматься «метаном ради метана», наверное, нецелесообразно. А вот применительно к многоразовым системам, наверное, стоит. И сегодня это реализуется в проектах «Крыло-СВ» и «Амур-СПГ».

— Есть мнение, что SpaceX достигает многоразовости двигателей за счет их избыточного ресурса и больших запасов прочности, заложенных в проект. Это так?

— Да, но в повторном использовании есть нюансы. Классический пример — Space Shuttle, который американцы продвигали под лозунгом снижения стоимости выведения на порядок, а то и на два. Но оказалось, чтобы поддерживать эту многоразовость (например, в двигателях) нужно сохранять специальную инфраструктуру, надо содержать персонал. В результате расходы на проект растут — и вместо уменьшения стоимости выведения получается увеличение.

Везде надо смотреть экономическую целесообразность, и тогда одноразовая техника вдруг может оказаться эффективнее многоразовой. Хотя «сорить отработавшими ступенями» одноразовых ракет тоже плохо. Их надо приземлять спокойно, прогнозируемо.

Возвращаясь к РД-171МВ, есть понимание, как сделать двигатель мощнее или экономичнее, но здесь основную роль играют цена и сроки. Сегодня двигатели должны становиться легче и дешевле, с тем чтобы пусковые услуги были конкурентоспособными по стоимости и надежности. И мы видим, что достичь этого можно только за счет внедрения новых технологий. А многоразовость — это отдельная тема. И надо от имеющихся возможностей, созданных предшественниками, переходить к ее реальному, понятному и экономически обоснованному применению.

«Облик предприятия изменился кардинально»

О производственной и технологической базе, на которой создается РД-171МВ, а также запланированной в рамках проекта кооперации рассказал директор по производству НПО Энергомаш Василий Марфин.

— Какая модернизация проведена на предприятии под этот проект?

— Принципы, изначально заложенные в семейство РД-170/171, позволили НПО Энергомаш не только воспроизводить исходное изделие, но и развиваться (РД-180 и РД-191), хотя последний РД-171М изготовлен более пяти лет назад. Для нас возобновление серии через такой срок равносильно созданию нового двигателя. Это связано и с подготовкой производства, и с обучением и аттестацией персонала. Объем работ по изготовлению необходимой оснастки и техническому перевооружению был велик. Облик предприятия по отношению к 2015 г. в технологическом плане изменился кардинально.

Изготовление РД-171МВ практически полностью переведено на современное металлообрабатывающее оборудование, высокопроизводительные станки с числовым программным управлением. На таком оборудовании мы впервые отрабатываем технологию изготовления трубопроводов под новый двигатель. Уже на третьем экземпляре РД-171МВ все трубопроводы будут изготавливаться без использования шаблонов и ручной гибки.

— Сейчас много говорят о цифровом проектировании. При этом некоторые считают, что это просто сканирование бумажных чертежей. Что бы вы ответили?

— Это не так. В нашем случае исходно разрабатывается трехмерная модель двигателя, и на ее основании в электронном виде создаются технологические процессы. Модель, разработанная конструктором, через технолога-программиста непосредственно уходит на станок с ЧПУ.

— Какая кооперация предусмотрена в рамках проекта?

— Программа производства РД-171МВ построена так, что камеры сгорания будет изготавливать Конструкторское бюро химической автоматики (КБХА), а турбонасосы и общая сборка будут производиться здесь, в Химках.

— Что изменилось в технологиях после включения в контур Интегрированной структуры ракетного двигателестроения новых предприятий, в частности воронежского КБХА?

— Воронеж обладает высокими компетенциями. Предприятие имеет оборудование, которое позволяет, например, делать среднюю часть камеры ракетного двигателя методом «ротационной вытяжки» из одной заготовки. По сравнению со сварным вариантом, выпускаемым заводом «Металлист-Самара», конструкция получилась более технологичной. В перспективе мы планируем применять совершенно новые технологии.

«Эффективное коммерческое изделие»: в чём особенность первой российской ракеты-носителя на метановом топливе

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.

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.

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.

«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.

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».

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.