От nia
К All
Дата 24.02.2012 11:54:09
Рубрики Современность; Космос;

Новое топливо для ракет космического назначения

Новое топливо для ракет космического назначения, разработанное российскими учеными, позволит увеличивать полезную нагрузку "Союзов", сэкономив миллиарды рублей, передает ИТАР-ТАСС.

Топливо получило название "Ацетам". Предназначено оно для ракетных двигателей и создано специалистами Научно-производственного объединения (НПО) "Энергомаш". Ранее РИА Новости сообщало, что вещество представляет собой высококонцентрированный раствор ацетилена в сжиженном аммиаке. Разработку планируется поддержать в рамках инновационного проекта "Сколково", следует из в материалов фонда.
"В первую очередь это топливо предназначено для разгонных блоков, и здесь эффект самый высокий: для новой ракеты-носителя "Союз-2.1б" можно поднять массу полезной нагрузки, выводимой на геостационарную орбиту, примерно на 30 процентов по сравнению со штатным РБ", - сообщил ИТАР-ТАСС во вторник директор Центра инновационной деятельности НПО "Энергомаш" Анатолий Лихванцев. Речь идет о том, что с новым топливом "Союзы" смогут поднимать в космос на треть больше грузов.
По расчетам специалистов, для "Союзов" замена кислородно-керосинового двигателя разгонного блока на кислородно-ацетамовый позволит увеличить массу полезной нагрузки на 30-40 процентов. "При сложившейся в последние годы частоте пусков для одной и той же массы спутников можно снизить количество пусков ракет-носителей в год на 3-5, а это миллиарды рублей экономии", - считает Лихванцев.
В настоящее время в России и США в качестве топлива для двигателей ракет-носителей и космических аппаратов широко используются гидразин и его производные, например, несимметричный диметилгидразин, более известный под названием "Гептил". Гептил достаточно эффективен и может храниться в течение длительного периода времени, но крайне токсичен и агрессивен ко внешней среде.

http://www.rg.ru/2012/02/21/toplivo-site.html

От fenix~mou
К nia (24.02.2012 11:54:09)
Дата 25.02.2012 08:19:45

А гептил то причём? "Союз" - керосин-кислород. (-)
От bedal
К fenix~mou (25.02.2012 08:19:45)
Дата 25.02.2012 09:58:35

там вроде в первую очередь речь о разгонниках. Фрегат - это НДМГ, окислитель АТ (-)
От alexio
К nia (24.02.2012 11:54:09)
Дата 24.02.2012 13:23:37

Re: Новое топливо...

Сразу на 30% скачок эффективности - это редкость. А на других видах топлива выводимая масса тоже так сильно различается ?
От bedal
К alexio (24.02.2012 13:23:37)
Дата 24.02.2012 14:47:11

Re: Новое топливо...

Разница в удельном импульсе (может считаться в м/сек, а может в секундах_:
LOX-керосин : 2930 м/с
HNO3-НДМГ : 2795 м/с
N2O4-НДМГ : 2800 м/с

Разница менее 10%, но она есть. И порождает гораздо большую в процентах разницу в массе доставляемого груза (учитывая, что вид топлива заметно влияет на массу конструкции ракеты)

По результатам гугленья получается, что ацетам не с бухты-барахты появился, а как результат длительного развития, включавшего такие топлива, как "омар" и "боктан". Главное, похоже, преимущество - дешевизна компонент. И ацетилен, и аммиак - продукты весьма массовые и дешёвые.
В общем, вот надрал цитат о сути, плюсах и минусах:
_______________________________________________
Главный цимес видимо в высокой плотности жидкого ацетилена (1091 кг/м3). А аммиак здесь как ингибитор, ну и может быть немного УИ приподнять за счёт более лёгких продуктов сгорания.
...
растворы ацетилена в аммиаке очень стабильны, благодаря чему возможно, например, безопасное транспортирование этого раствора на дальние расстояния.
Перемещение аммиачного раствора ацетилена, как утверждают, безопасно при избыточном давлении до 18 ат.
...
транспортировка и использование ацетилена в виде раствора в жидком аммиаке это единственный способ расширить температурный диапазон нахождения в жидком состоянии (у аммиака теемпература замерзния -77.73 °C, а температура кипения -33.34 °C) и снизить взрывоопасность. Кроме того снижается температура в КС и немного повышается УИ (удельный импульс).

Однако при испарении получаем гремучеядовитую смесь аммиака и ацетилена. (Bedal: странно, аммиак достаточно не горюч в воздухе, чтобы, наоборот, ингибировать прелести ацетилена).
...
крутая смесь ацетилена и аммиака взрывоопасна. Реакция
2NH3 + C2H2 -> N2 + 2CH4
имеет энтальпию, близкую к энтальпии кислородно-керосинового топлива, и поболее, чем у тротила.
...
Около пяти секунд (Bedal: удельного импульса, это немало, порядка процента) они набирают за счёт отказа от щелевой завесы. А с метаном пытаются конкурировать использованием существующей матчасти с минимальными изменениями. Плотность аммиачно-ацетиленового раствора и температурный диапазон этому способствуют.

В минусах необходимость исключения медных и бронзовых изделий из тракта.
...
Разбавляя топливо аммиаком с низкой энергетикой и низкой молекулярной массой продуктов сгорания, мы добираем энергетику за счёт стехиометрии. И общая плотность топлива как бы не больше будет
...
Единственная цифра которую мне удалось найти это 72 м3 ацетилена (газа) в одном м3 жидкого аммиака при атмосферном давлении и температуре около -40 градусов Цельсия. При плотности жидкого аммиака около 700 кг/м3 и плотности газообразного ацетилена 1,4 кг/м3 (грубо) при температуре -40 получаем 72 м3 X 1,4 кг/м3 ~ 100 кг. Плотность раствора 700+100 = 800 кг/м3.

Соотношение массовых долей аммиака и ацетилена 7 : 1.
Эту адскую смесь можно хранить в одном баке и подавать в газогенератор и КС как единый компонент топлива
...
Прикинул такой вариант. Смесь аммиака и метилацетилена 3 моля к 1 молю. Состав элементов почти тот же, что у НДМГ. "На пальцах" УИ получается на 7-8 с меньше, но немного больше керосинового. Нетоксична, хорошие охлаждающие свойства. Единственное сомнение - в отношении взрывоопасности.
...
УИ пары ЖК/метилацетилен примерно на пять секунд выше УИ пары ЖК/метан и на _пятнадцать_ секунд выше такового у пары ЖК/керосин.
Плотность с аммиаком одинаковая около 680 кг/м3 при температуре кипения. При переохлаждении до -60°C плотность немного поднимется.
...
УИ пары ЖК/метилацетилен 370 с, что на 16 секунд выше чем у пары ЖК/керосин. ещё секунд 5 можно добрать за счёт отказа от завесы. Значит общий выигрыш около 20 с УИ
...
Есть прехреновый моментец: полимеризация ацетилена. Произойдет ли она на горячей стенке КС в процессе охлаждения-это главный вопрос.

Ну и для меня сладкий ГГ на ацетаме далеко не очевиден. Тем более в замкнутой схеме. Ацетилен коптит при горении в нормальных условиях. И у меня сомнения что 30% аммиака спасут от копоти.

Вообще возня с ацетамом может закончиться прозрением, что разменяли воспламенение горячего тракта на коксование там же.
...
Сообщают вот, что уже топливо уже есть и очень хорошо для Союза 2.1б .

Применение ацетама не только существенно повышает энергетику существующих средств выведения, но и дает большую экономию. Баллистические расчеты, проведенные ЦИД совместно с Центром Келдыша, показали, что для РН "Союз-2.1б" замена кислородно-керосинового двигателя РБ на кислородно-ацетамовый позволит увеличить массу полезной нагрузки на 30-40 проц.
...
Как мне думается, статья переводится на русский язык следующим образом: если бы под Союз-2-1б существовал некий кислород-водородный РБ, то он бы проигрывал в полезной нашрузке на 30-40% соответствующему кислородно-ацетамовому РБ. Сим теоретическим изысканием НПО "Энергомаш" намерено выиграть грант (читай: срубить бабла) фонда Сколково (если уже не сделало).
...
Подозреваю, что слегка эффективнее боктана-омара по УИ, может даже около метана. Но зато по плотности много лучше последнего, а тем более водорода. Поэтому меньшая сухая масса ступени даст существенную прибавку ПН. Чисто умозрительно с учетом всех условий сабж может оказаться между керосином и водородом.
...
От Begletz
К bedal (24.02.2012 14:47:11)
Дата 25.02.2012 00:51:28

Re: Новое топливо...

>Ну и для меня сладкий ГГ на ацетаме далеко не очевиден. Тем более в замкнутой схеме. Ацетилен коптит при горении в нормальных условиях. И у меня сомнения что 30% аммиака спасут от копоти.

Ващето и керосин коптит при горении в нормальных условиях, но кого это волнует? :))

От копоти спасет окислитель, а не 30% аммиака.
От Ardan
К bedal (24.02.2012 14:47:11)
Дата 24.02.2012 16:17:10

Вы бы уж тогда поставили ссылку на соответствую ветку форума НК :) (-)
От bedal
К Ardan (24.02.2012 16:17:10)
Дата 24.02.2012 17:10:02

да, надо было. Но я надёргал из разных мест, вообще-то (-)
От alexio
К bedal (24.02.2012 14:47:11)
Дата 24.02.2012 15:07:35

Re: Новое топливо...

Спасибо за объемное изложение в ответе.

>Разница в удельном импульсе (может считаться в м/сек, а может в секундах_:
>LOX-керосин : 2930 м/с
>HNO3-НДМГ : 2795 м/с
>N2O4-НДМГ : 2800 м/с

И как утверждает bstu под них всех нужны индивидуально разработаные двигатели. Получаем 30% чисто теоретического роста. Как было указано в предыдущем посте - версия с заявкой таких характеристик скорее всего имеет целью получение денег на разработку. Пилить, конечно, будут, но может и правда сделают двигатель под новое топливо ? Сколь серьезные переработки существующего двигателя нужны - имею весьма отдаленное представление. Но отработка всей системы от производства топлива и до его использования в ракете представляется не самой простой в наших условиях "пониженых требований" к расходованию денег. Опять лотерея ...
От bedal
К alexio (24.02.2012 15:07:35)
Дата 24.02.2012 15:34:00

Кто знает...

>И как утверждает bstu под них всех нужны индивидуально разработаные двигатели.
не совсем так. Тот же боктан "просто залили" и опробовали на РД-120. И всё было нормально. То есть необходимости делать всё с нуля на самом деле может и не быть. Тем более, что, _очень_похоже_, это продукт многолетних разработок, который просто сейчас решили вывести на рынок, чтобы продать ещё раз. К эффективности это отношения, ясно, не имеет, и она вполне может быть хорошей.
От bstu
К bedal (24.02.2012 15:34:00)
Дата 24.02.2012 18:23:40

Re: Кто знает...

>>И как утверждает bstu под них всех нужны индивидуально разработаные двигатели.
>не совсем так. Тот же боктан "просто залили" и опробовали на РД-120. И всё было нормально. То есть необходимости делать всё с нуля на самом деле может и не быть. Тем более, что, _очень_похоже_, это продукт многолетних разработок, который просто сейчас решили вывести на рынок, чтобы продать ещё раз. К эффективности это отношения, ясно, не имеет, и она вполне может быть хорошей.

Залили-попробовали... Вы представляете себе объем испытаний для постановки изделия в серию? :) Да одна только фраза про исключение медных и бронзовых сплавов из трактов может потребовать введения новых материалов для пайки, например...
Мне по этому поводу вспоминается давняя байка про заправку боевых ракет, во время которой солдат должен был контролировать рукой заправочную магистраль на предмет повышения температуры.
От bedal
К bstu (24.02.2012 18:23:40)
Дата 24.02.2012 18:52:16

понятно всё это. Только, сдаётся мне, там уже лет двадцать, как "копают" (-)
От NV
К bedal (24.02.2012 18:52:16)
Дата 24.02.2012 18:56:37

Там копали, когда я еще в институте учился. (-)
От bstu
К NV (24.02.2012 18:56:37)
Дата 24.02.2012 20:53:26

Re: Там копали,...

Это точно. И название компонентов топлива знакомо :)
От bstu
К nia (24.02.2012 11:54:09)
Дата 24.02.2012 13:22:17

Re: Новое топливо...

>Новое топливо для ракет космического назначения, разработанное российскими учеными, позволит увеличивать полезную нагрузку "Союзов", сэкономив миллиарды рублей, передает ИТАР-ТАСС.

>Топливо получило название "Ацетам". Предназначено оно для ракетных двигателей и создано специалистами Научно-производственного объединения (НПО) "Энергомаш". Ранее РИА Новости сообщало, что вещество представляет собой высококонцентрированный раствор ацетилена в сжиженном аммиаке. Разработку планируется поддержать в рамках инновационного проекта "Сколково", следует из в материалов фонда.
>"В первую очередь это топливо предназначено для разгонных блоков, и здесь эффект самый высокий: для новой ракеты-носителя "Союз-2.1б" можно поднять массу полезной нагрузки, выводимой на геостационарную орбиту, примерно на 30 процентов по сравнению со штатным РБ", - сообщил ИТАР-ТАСС во вторник директор Центра инновационной деятельности НПО "Энергомаш" Анатолий Лихванцев. Речь идет о том, что с новым топливом "Союзы" смогут поднимать в космос на треть больше грузов.
>По расчетам специалистов, для "Союзов" замена кислородно-керосинового двигателя разгонного блока на кислородно-ацетамовый позволит увеличить массу полезной нагрузки на 30-40 процентов. "При сложившейся в последние годы частоте пусков для одной и той же массы спутников можно снизить количество пусков ракет-носителей в год на 3-5, а это миллиарды рублей экономии", - считает Лихванцев.
>В настоящее время в России и США в качестве топлива для двигателей ракет-носителей и космических аппаратов широко используются гидразин и его производные, например, несимметричный диметилгидразин, более известный под названием "Гептил". Гептил достаточно эффективен и может храниться в течение длительного периода времени, но крайне токсичен и агрессивен ко внешней среде.

> http://www.rg.ru/2012/02/21/toplivo-site.html

Ну, и сколько будет стоить ОКР по новому движку и главное остальным системам РН? :) Там же все придется пересчитывать, перепроектировать и заново испытавать...
От Расстрига
К bstu (24.02.2012 13:22:17)
Дата 24.02.2012 14:56:39

Re: Новое топливо...

>Ну, и сколько будет стоить ОКР по новому движку и главное остальным системам РН? :) Там же все придется пересчитывать, перепроектировать и заново испытавать...

Дык! Это ж сколько грантов со сколково насшибать можно, бюджетов распилить… а ракеты-самолеты - после саун и девушек, потом, да.


“Своих будут бросать всегда. На том стояла, и стоять будет земля русская”
- А. Покровский
От bedal
К nia (24.02.2012 11:54:09)
Дата 24.02.2012 12:57:15

то есть оба компонента криогенные... интересно

конечно, -40 не очень криогеника, но всё же теплоизоляция и т.п. Хотя, если рядом всё равно жидкий кислород - это мелочи.

Ну и аммиак при протечках - то ещё удовольствие. Так что "экологичность" кислород-керосина пострадает. Опять же, по сравнению с азотной кислотой и гептилом это тоже семечки. Да и пожароопасность "ацетама" на воздухе будет почти никакая - он скорее погасит пламя. Это хорошо.

В общем, объединяя достоинства, хорошо бы не объединить и недостатки.
От NV
К bedal (24.02.2012 12:57:15)
Дата 24.02.2012 16:23:22

Ну, в отличие от гептила

>Ну и аммиак при протечках - то ещё удовольствие. Так что "экологичность" кислород-керосина пострадает. Опять же, по сравнению с азотной кислотой и гептилом это тоже семечки. Да и пожароопасность "ацетама" на воздухе будет почти никакая - он скорее погасит пламя. Это хорошо.

если ты учуял его носом - это не значит, что надо завернуться в простынь и ползти на кладбище. Хотя вон, наш главный коммунист папаша Зю, таки выжил :)

Виталий
От SadStar3
К NV (24.02.2012 16:23:22)
Дата 25.02.2012 03:37:49

А где Зюганов гептил нюхал? (-)
От А.Никольский
К SadStar3 (25.02.2012 03:37:49)
Дата 25.02.2012 09:50:19

в войсках РХБЗ, где срочником служил (-)
От Т.
К А.Никольский (25.02.2012 09:50:19)
Дата 25.02.2012 15:42:01

он служил в РХР и вряд ли нюхил ракетное топливо

максимум окуривался ЯД
От NV
К Т. (25.02.2012 15:42:01)
Дата 25.02.2012 18:44:54

Да, точно, он другой гадости нанюхался


http://www.himvoiska.narod.ru/zuganov.html

"Службы - никому такой не пожелаешь, - вспоминает Зюганов. - Из трех лет год провел в противогазе и резиновом костюме. Таскал руками все типы отравляющих и радиоактивных веществ. Сжег три пары сапог, пропитанных радиацией". Однажды на полигоне, зараженном синильном кислотой, верхняя гайка на его противогазе отошла: "потерял бдительность". Почувствовав привкус металла во рту, Геннадий Андреевич успел подать сигнал напарнику, и тот, увидев у Геннадия "зрачки во весь глаз, перекрыл подсос ядовитого воздуха...

Виталий
От Claus
К bedal (24.02.2012 12:57:15)
Дата 24.02.2012 13:04:04

Re: то есть...

>конечно, -40 не очень криогеника, но всё же теплоизоляция и т.п. Хотя, если рядом всё равно жидкий кислород - это мелочи.
Так заправка то наверняка будет незадолго до старта производиться. Это едва ли проблемы создаст.

>Ну и аммиак при протечках - то ещё удовольствие. Так что "экологичность" кислород-керосина пострадает. Опять же, по сравнению с азотной кислотой и гептилом это тоже семечки.
Аммиак по любому производится в астрономических количествах и ракеты погоды явно не сделают.
Тем более, как верно было замечено, по сравнению с гептилом, он в плане токсичности будет совершенно не заметен.

От bedal
К Claus (24.02.2012 13:04:04)
Дата 24.02.2012 14:02:54

под экологичностью я имел в виду обитаемость старта

а для природы вообще, по большому счёту, "вонючки" менее вредны, чем "обычный" керосин. Окислитель вообще пойдёт по графе "удобрение", да и гептил вполне прилично разлагается всякими сорняками, в отличие от нефтепродуктов (керосина).
От Claus
К bedal (24.02.2012 14:02:54)
Дата 24.02.2012 15:26:44

Re: под экологичностью...

>а для природы вообще, по большому счёту, "вонючки" менее вредны, чем "обычный" керосин. Окислитель вообще пойдёт по графе "удобрение", да и гептил вполне прилично разлагается всякими сорняками, в отличие от нефтепродуктов (керосина).
а здесь по любому, что для природы, что для старта - по сравнению с гемптилом все и так ясно - у аммиака ПДК в 2000 выше, чем у гептила.

В сравнении с керосином - х.з конечно, но зато плюс аммиака - протечку учуют сразу.