Кріогенне паливо для російської авіації

Чи зможе скраплений газ, замінивши високооктановий авіаційний гас, підняти в небо багатотонний сучасний авіалайнер? На це питання позитивно відповіли понад чверть століття тому радянські авіабудівники, домігшись успіху, який в США порівняли з запуском першого супутника Землі. Сьогодні в Росії тривають дослідження в цьому напрямку.

15 квітня 1988 року почалися льотні випробування експериментального літака Ту-155, який в якості палива використовував водень, а значить, не забруднював довкілля. Незважаючи на те, що випробування підтвердили доцільність використання криогенного палива, багатотонні лайнери досі продовжують літати на гасі.

Об'єктивна реальність полягає в тому, що одним з найважливіших умов розвитку цивілізації є такі корисні копалини, як нафта і газ. І це при тому, що ще великий російський хімік Д. І. Менделєєв говорив, що спалювати нафту, все одно, що топити піч асигнаціями. Правда, чисту нафту сьогодні вже давно ніхто не спалює, але дуже широко використовуються продукти її перегонки, і, в першу чергу, - бензин і гас. Але що таке той же гас, що використовується в сучасних авіадвигунах? Він, перш за все, характерний шкідливими вихлопними газами, що забруднюють атмосферу, хоча сьогодні відомі і вельми вигідні види альтернативного рідкого палива. Це рідкий водень (але він поки що доріг в порівнянні з нафтовим паливом) і зріджений газ. Втім, у зв'язку з неухильним зростанням цін на нафту, ціна рідкого водню в перспективі зрівняється з ціною нафтового палива і навіть стане нижче. Ну, а на зрідженому газі працюють багато сьогоднішніх автомобілі і це нікого вже не дивує!

І знову-таки слід пам'ятати, що запаси нафти, з якої виробляється левова частка використовуваного в світі палива (незважаючи на те, що нафта поступово здає свої позиції природному газу), швидко зменшуються. Такий стан вже досить давно змушує дослідників і вчених усього світу шукати альтернативні джерела палива, в тому числі і для авіації. І ось одним з напрямів такої діяльності стали розробки літальних апаратів, що використовують кріогенне паливо, розпочаті ще при Радянському Союзі!

Читайте також: Військова форма та захистить, і оцінить здоров'я

В середині 80-х років минулого століття в конструкторському бюро А. Н. Туполева почали створювати літак, що використовує як паливо рідкий водень. Він був розроблений на базі серійного авіалайнера ТУ-154Б з використанням турбореактивного двоконтурного двигуна НК-88. Цей двигун був створений в двигунобудівних конструкторському бюро ім. Кузнєцова (Самара) на базі серійного двигуна для Ту-154 НК-8-2 і призначався для роботи на водні або ж природному газі. Причому роботи за новою тематикою почалися в цьому КБ ще в 1968 році!

Криогенний означає "народжений холодом", і ця назва тільки підкреслює, що паливом в цьому випадку служить скраплений газ, який зберігається при дуже низькій температурі. Першим таким газом, став водень. За своєю теплотворною здатністю він втричі перевершує гас і, крім того, при його згорянні в двигуні в атмосферу виділяється вода і лише зовсім невелика кількість оксидів азоту. Тобто для атмосфери він практично на всі 100 відсотків нешкідливий.

Новий літак, що працює на новому паливі, отримав найменування ТУ-155. Однак далеко не все було просто, так що його творцем довелося вирішити чимало проблем. Почнемо з того, що водень - це небезпечне паливо. Він надзвичайно летючий і горючий, а в суміші з повітрям ще й вибухонебезпечний. До того ж, водень має виняткову проникаючу здатність, а зберігати і транспортувати його можна тільки лише в зрідженому стані і при дуже низькій температурі, близької до температури абсолютного нуля (-273 градуси за Цельсієм)! Погодьтеся, що всі ці особливості водню як палива є досить серйозну проблему.

Тому-то ТУ-155 і піддався серйозній переробці. Замість правого двигуна НК-8-2 був встановлений новий досвідчений кріогенний НК-88, а в задній частині фюзеляжу на місці пасажирського салону спеціальний бак для рідкого водню, об'ємом 20 куб. м. з посиленою екранно-вакуумної ізоляцією, де водень міг зберігатися при температурі нижче мінус 253 градуса Цельсія. До двигунів він подавався спеціальним турбонасосним агрегатом, які використовуються на космічних ракетах.

Треба було створити і не менш складне, що забезпечує заправку і зберігання, наземне обладнання. Правда, тоді повним ходом йшла розробка системи багаторазового космічного апарату "Буран", на ракеті-носії якого одним з компонентів палива якраз і повинен був стати рідкий водень. Тому вважалося, що незабаром все це буде поставлено на промислову основу і нестачі в новому паливі не буде. Проте, його вартість виявилася багаторазово перевищує номінальну вартість гасу, і зрозуміло, що в тих умовах дозволити собі перехід на водень як авіаційного палива наша країна просто не могла. Тому вже тоді фахівці задумалися про інший вид криогенного палива - зрідженому природному газі.

Проте, перший політ ТУ-155 на рідкому водні все-таки відбувся 15 квітня 1988 року. Потім було скоєно ще чотири таких польоту. А потім ТУ-155 зазнав доопрацювання для польотів з використанням вже зрідженого природного газу, оскільки цей вид палива в порівнянні з воднем виявився дешевшим і доступнішим в рази. При цьому теплотворна здатність рідкого газу на 15 відсотків вище, ніж у гасу і він також мало забруднює атмосферу, ну, а зберігати його можна при температурі мінус 160 градусів, що на цілих 100 градусів вище, ніж у водню. Крім того, в порівнянні з воднем скраплений природний газ все-таки не так пожароопасен (хоча, звичайно, небезпека така все ж існує) і є достатній досвід підтримки його в безпечному стані. Організація газопостачання аеродромів теж не представляє надзвичайну складність, оскільки до кожного великого аеропорту в наш час підведені газові трубопроводи.

Перші польоти ТУ-155, вже використовує в якості криогенного палива зріджений природний газ, відбулися в січні 1989 року. Всього було близько 90 таких польотів. Всі вони показали, що витрата палива в порівнянні з гасом зменшився майже на 15 відсотків, а це значить, що літак стає економічніше і вигідніше. І це не кажучи вже про його очевидних екологічних перевагах!

Читайте також: На Чорному морі здіймуться нові вимпели

Тепер трохи про перспективи переходу на кріогенне паливо. В кінці 90-х Газпром виступив з ініціативою спорудження спочатку вантажопасажирського, а потім і чисто пасажирського авіалайнера, який міг би цілком і повністю працювати на природному газі. Літак отримав найменування ТУ-156 і створювався на базі вже наявного ТУ-155. На нього повинні були встановлюватися три нові двигуни НК-89: аналогічні НК-88, але мають відразу дві незалежні паливні системи: одну для гасу і іншу для криогенного палива. Це було зручно в тому плані, що далеко не скрізь була можливість заправки літака рідким газом, і в цьому випадку він міг би в міру необхідності легко переходити з однієї системи харчування на іншу. На це за розробленою технологією потрібно всього п'ять хвилин. Головною особливістю НК-89 був теплообмінник, в якому зріджений газ переходив в газоподібний стан і лише тільки після цього надходив в камеру згоряння.

Були проведені великі дослідницькі та розрахункові роботи по перекомпонуванню відсіків і розташуванню паливних баків. До 2000-му році на Самарському авіаційному заводі повинні були бути випущені перші три ТУ-156 і потім розпочато їх сертифікація та дослідна експлуатація. Однак зроблено цього не було. І перешкоди до здійснення задуманих планів були не технічні, а виключно фінансові.

Читайте також: Чи є шанси у танка "Термінатор"?

Після цього було створено ще кілька проектів літаків, що використовують кріогенне паливо, наприклад, ТУ-136 з турбогвинтовими двигунами, що працюють як на гасі, так і на зрідженому газі, баки для якого знаходилися в мотогондолах його двигунів, і широкофюзеляжний ТУ-206 з турбореактивними двигунами , що працюють на газі. Однак на даний момент всі ці проекти так проектами і залишилися. Причому в світі не було і досі немає літальних апаратів, подібних до нашого російському ТУ-155. Зате залишилися слова, сказані американським авіаційним інженером Карлом Бревер: "Росіяни зробили в авіації справу, відповідне польоту першого супутника Землі!".