Фото кликабельны
Ракета полетела на абсолютно новом топливе — нафтиле, экологически безопасном типе углеводородного горючего с применением полимерных присадок.
Использование нафтила позволит семейству трехступенчатых ракет-носителей среднего класса выводить на все типы орбит больше полезной нагрузки, чем при использовании химического ракетного двигателя, в основе которого лежит пара «кислород-керосин».
Полный переход Восточного на нафтил запланирован на 2019 год.
Уникальный заправочный комплекс, работающий сразу с несколькими видами горючего, разработало и построило в Амурской области Нижнетагильское предприятие «Уралкриомаш». Одно и них — нафтил — экологически безопасный тип углеводородного горючего с применением полимерных присадок. Его использование позволит семейству трехступенчатых ракет-носителей среднего класса выводить на все типы орбит большую полезную нагрузку, чем использовавшийся ранее химический ракетный двигатель в основе которого лежит пара «кислород-керосин». Полный переход «Восточного» на нафтил запланирован на 2019 год.
«Космическая бензоколонка» от «Уралкриомаша» заметно упрощает систему заправки ракет-носителей. С ее появлением на космодроме не придется готовить индивидуальный стартовый комплекс под каждый пуск. Теперь организация процесса универсальна.
Над созданием инфраструктуры космодрома «Уралкриомаш» работает с 2012 года. В рамках Федеральной космической программы к первому старту, состоявшемуся 28 апреля 2016 года, специалисты предприятия разработали, выпустили, сертифицировали и доставили на космодром 20 вагонов-цистерн модели 15-558С-04. Они предназначены для перевозки и хранения жидкого кислорода, азота и аргона. Кроме того, на объекте смонтировали и запустили оборудование для хранения керосина и нафтила всех трех ступеней ракеты-носителя. Установили сотрудники «Уралкриомаша» и арматурные блоки с электрооборудованием, пункты контроля и пневмоуправлением. Оборудование тестировали больше года и в октябре 2017 года зафиксировали успешное прохождение всех комплексных испытаний. А уже через месяц — 28 ноября — состоялся старт ракеты-носителя «Союз 2.1б», заправленной нафтилом.
«Уралкриомаш» — является участником всех космических программ России. Сегодня тагильчане трудятся над созданием второй очереди «Восточного», который предназначен под тяжелую ракету-носитель «Ангара». Специалисты предприятия разрабатывают проектную документацию систем заправки нафтилом и кислородом баков ракеты-носителя. Одновременно ведется работа по поиску механизмов подачи воды для охлаждения «стартового стола». Начато производство емкостного оборудования и арматуры. Стартовый комплекс для «Ангары» на Восточном должен быть сдан к 2021 году.
Напомним, что сегодня был выполнен уже третий запуск с космодрома Восточный ракеты-носителя «Союза-2.1а», который прошел успешно.
БЛАГОВЕЩЕНСК, 5 июн — РИА Новости, Светлана Майорова. Проблема использования гептила в космической отрасли должна обсуждаться открыто, и включение экологической составляющей в основу строительства нового космодрома Восточный может стать важным шагом в этом направлении, считают экологи и ученые, которые поделились с РИА Новости своим мнением об использовании токсичного гептила при запусках ракет.
В апреле министр по развитию космодрома Восточный Константин Чмаров, выступая перед прессой, упомянул об использовании гептила на космодроме. При этом отметил, что использоваться он будет в разгонном блоке ракеты. Это заявление вызвало протестные настроения у амурчан. Как сообщалось, области начали проходить сборы подписей против использования высокотоксичного топлива гептила на космодроме Восточный.
В Благовещенске прошла акция против токсичного топлива на "Восточном" Космодром Восточный планируется построить в Амурской области недалеко от закрытого города Углегорск. Первый запуск ракет отсюда запланирован на 2015 год, первый пилотируемый запуск - на 2018 год.Петр Осипов, возглавляющий амурскую общественную экологическую организацию АмурСОЭС, поделился с РИА Новости основным беспокойством экологов при взгляде на строительство космодрома Восточный.
"Почему мы раньше не поднимали эту проблему? Потому что нас уверили, что гептила не будет. О разгонном блоке с этим веществом не было сказано раньше ни слова. Экологическая составляющая должна быть включена в основу строительства космодрома Восточный, и использование того же разгонного блока с гептилом необходимо открыто обсуждать", — отметил собеседник.
Как сообщил РИА Новости заместитель директора новосибирского Научно-исследовательского института биохимии СО РАМН Лев Поляков, сотрудники института посвятили немало времени изучению медико-социальных и экологических проблем использования ракет на гептиле. Ученые анализировали причинно-следственную связь всплесков патологий у населения, проживающего в районах падения ступеней ракет, и проводили эксперименты на животных.
"Академик РАМН Лев Евгеньевич Панин, который возглавлял ученую группу, которая занималась этим вопросом, даже выступал с докладом по этой теме на совбезе. Вывод один — гептил оказывает влияние даже в самых минимальных дозах, даже те, которые считаются предельно допустимыми", — сообщил собеседник.
В ходе общественных слушаний, состоявшихся 17 июня 2010 года в ЗАТО Углегорск, было заявлено, что на новом космодроме будет использоваться новое ракетное топливо нафтил вместо токсичного гептила. Роскосмос в ответе на официальный запрос РИА Новости (с подписью заместителя руководителя Роскосмоса Александра Лопатина) подтвердил использование гептила для запусков на космодроме Восточный.
Нафтил, гептил…поехали
Как утверждает Роскосмос, при старте и полете непосредственно ракеты-носителя (РН) "Союз-2" в качестве компонентов ракетного топлива (КРТ) применяются керосин и жидкий кислород. Но все же без гептила запуски не обойдутся. Высокотоксичное топливо будет использоваться в разгонном блоке (РБ) "Фрегат".
"Первое включение двигателей РБ "Фрегат" осуществляется уже в космическом пространстве, на высотах не ниже 180 километров. Для работы в этих условиях <…> криогенные КРТ (жидкие кислород и водород) малопригодны <…>. В РБ "Фрегат" заправляется около 1,5 тысячи килограммов гептила", — отмечается в официальном ответе Роскосмоса.
Роскосмос уточняет, что на высотах, где необходимы многократные включения двигательных установок РБ и космических аппаратов, наиболее эффективны стабильные в большом диапазоне температур КРТ, в том числе гептил.
В космическом агентстве подчеркивают, что гептил используют многие космические державы. Приводятся цифры, что РБ "Фрегат" уже использовался более 35 раз.
"Применение РБ "Фрегат" на космодроме Байконур имеет положительное заключение государственной экологической экспертизы <…> Замечаний в части нарушений экологической безопасности при его эксплуатации не выявлено", — отмечает заместитель Роскосмоса.
"С точки зрения того, что разгонный блок будет работать за пределами атмосферы, опасности он не представляет, но гептил еще нужно транспортировать, заправить блок, где-то хранить оставшиеся контейнеры. В проекте космодрома Восточный не было оговорено, какие мероприятия по защите населения будут предприниматься в случае аварийных ситуаций", — выразил тревогу Осипов.
Капля гептила…
По оценке ученых из новосибирского института биохимии СО РАМН, доказана причинно-следственная связь между гептилом и повышением заболеваемости населения, проживающего на территориях, прилегающих к районам падения. Результаты исследований были опубликованы в бюллетенях СО РАМН в 2005-2006 годах.
Это публикация "Нарушение обмена билирубина и развитие гипербилирубинемий у новорожденных крысят под влиянием несимметричного диметилгидразина (гептила) и "Медико-социальные и экологические проблемы использования ракет на жидком топливе (гептил)".
Ученый секретарь института Татьяна Гольцова, которая также принимала участие в этой научной работе, рассказала РИА Новости, что нужно брать во внимание то, где будет заправляться гептилом разгонный блок и на места падения ступеней.
"На Алтае в местах падения ступеней отмечалось нарушение билирубинового обмена, развитие иммунодефицитов у населения. Нам нужно было проверить механизм действия гептила на живой организм. Доказано, что эти формы патологии могут быть связаны с токсическим действием гептила. Еще Королев категорически возражал против его использования", — рассказала собеседница.
Патология была выявлена на Алтае и выражалась в том, что у детей была нарушена желчевыводящая функция печени. Тогда было выдвинуто несколько гипотез.
Однако ни одна из них, кроме "гептиловой" не оказалась привязана ко времени всплеска патологий. В тот период был произведен подрыв на Алтае четырех межконтинентальных баллистических ракет SS-18, для которых топливом служит гептил.
Чемоданные настроения
На заседании Амурского облсовета 30 мая, проблему экологической безопасности космодрома Восточный затронули и депутаты. В частности депутат Сергей Абрамов, под аплодисменты ряда коллег, настаивал на проведении независимой экологической экспертизы и обосновании проекта.
"Космодром любой ценой? В обществе панические настроения, чемоданные настроения. До сих пор нет экологической экспертизы космодрома Восточный. Почему информация подается в искаженном виде или замалчивается?", — отметил депутат.
Как сообщает Роскосмос, космодромы в принципе отсутствуют в перечне объектов государственной экологической экспертизы. Список определен статьей в одноименном федеральном законе от 23 ноября 1995 года.
"В ней отсутствует упоминание о космодромах, впрочем, как и о других объектах капитального строительства, не расположенных на особо охраняемых природных территориях, континентальном шельфе или во внутренних морских водах. Проекты объектов капитального строительства<…>космодрома "Восточный", будут проходить государственную экспертизу в соответствии с градостроительным кодексом", — сообщил Лопатин.
Он отметил, что именно в этих рамках будет проведена оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) при строительстве и эксплуатации объектов космодрома.
Единственными составляющими в деятельности космодрома Восточный, которые должны пройти экологическую экспертизу станут новинки РК космической отрасли.
"Проектные материалы по планирующимся к использованию на космодроме "Восточный" ракетам-носителям, разгонным блокам и космическим аппаратам, которые могут быть отнесены к новой технике и технологиям, также планируется представлять на государственную экологическую экспертизу федерального уровня в 2014 году", — заверил Лопатин.
Правда, сказанная частично
Летом 2010 года в Углегорске (к слову, закрытое административно-территориальное образование) состоялись общественные слушания где, обсуждался вопрос по оценке воздействия на окружающую среду космодрома Восточный.
Тогда было заявлено, что на новом космодроме будет использоваться новое ракетное топливо "Нафтил", вместо токсичного гептила. Акцент был сделан именно на этой информации, а не на разгонном блоке с гептилом.
"Говорилось, что это будет самый современный и самый экологичный космодром. Если бы у нас была полная информация, можно было бы начать нормальный здоровый диалог, а сейчас мы ощущаем себя обманутыми. Местные власти обвиняют людей, которые поднимают эту тему, в истерике. Это стиль работы?", — заметил эколог Осипов.
Роскосмос подтверждает, что в ходе общественных слушаний 2010 года речь шла о перспективной РН среднего класса повышенной грузоподъемности, использующей в качестве компонентов ракетного топлива слаботоксичный нафтил (РГ-1).
"Это топливо представляет собой не смесь "водорода, кислорода и керосина", а углеводородное горючее с запахом хорошо очищенного керосина<…> Нафтил (РГ-1) изготавливается и используется в качестве горючего при пусках РН типа "Зенит" с 1985 года", — сообщил Лопатин в официальном ответе.
Космическое агентство отмечает, что от использующегося в настоящее время в РН типа "Союз" керосина Т-1 нафтил отличается относительно меньшим содержанием ароматических соединений и большим — нафтенов. Физико-химические и токсические свойства керосина Т-1 и нафтила (РГ-1) примерно одинаковы.
Роскосмос отмечает, что гептил как компонент ракетного топлива применяется всеми странами, осуществляющими космическую деятельность. Ученые, тот же Панин, с этим не спорят. "Можно утверждать, что использование гептила в ракетно-космической технике — это мировая проблема", — отметил в своей работе Панин.
Татьяна Гольцова также не спорит, что использование гептила в разгонном блоке нельзя сравнивать со степенью его воздействия на экологию при его применении как основного топлива. Слишком велика разница в объемах использования этого токсичного вещества.
"Если включение разгонного блока "Фрегат" будет осуществляться уже в космическом пространстве, то все возможные остатки должны сгореть. Опасаться стоит в данном случае нештатных ситуаций", — отметила ученый секретарь.
"Здесь есть пусть небольшое, но население и его нужно защищать. Мало избегать нештатных ситуаций, нужно быть к ним готовыми. Союз надежная ракета, но даже у нее были неудачные запуски", — подытожил эколог.
История. Факты
В августе 2011 года после старта нового грузового корабля "Прогресс М-12М" произошло нарушение работы двигательной установки, приведшее к ее аварийному отключению. Обломки космического грузовика, не сгоревшие в плотных слоях атмосферы, упали в Горном Алтае.
В сентябре 2007 года ракета-носитель "Протон-М", запущенная с Байконура с японским спутником связи, упала на территорию Казахстана в 50 километрах юго-восточнее города Джесказган. В баках "Протона" находилось высокотоксичное топливо гептил.
А также для ракет. Мировое производство реактивного топлива составляет в среднем 5 % от перерабатываемой нефти (около 2% в Европе и развивающихся странах и 7 % в Северной Америке). В мирное время военные потребляют примерно 10 % от общих ресурсов реактивных топлив. Масса топлива составляет 30-60 % от взлетной массы самолета, что чрезвычайно усиливает важность применяемого топлива. Эти топлива однокомпонентные, т. е. смешение их не допускается, с очень жестко оговоренной и контролируемой технологией их производства. Топлива должны обеспечивать полную безаварийность; надежный запуск двигателя в любых условиях; устойчивое горение в быстро движущемся потоке воздуха и при больших коэффициентах избытка воздуха (более 2); полное сгорание без дыма и нагара; высокую скорость и дальность полета летательного аппарата. Получают реактивные топлива из нефтяных фракций (С]0-С14 и выше), выкипающих в пределах 120-280, 60-280 (дозвуковая авиация) или 195-315 °С (для утяжеленных авиакеросинов, используемых на военных самолетах с большими сверхзвуковыми скоростями). Российские НПЗ производят реактивные топлива следующих марок: Т-1, ТС-1 и Т-2 (дозвуковая авиация), РТ (переходное топливо для дозвуковой и сверхзвуковой авиации при отношении скорости самолета к 1190 км/ч (скорость звука в воздухе) и числу Маха Мне более 1,5), Т-6 и Т-8В (для сверхзвуковой авиации при Мдо 3,5).
Специфические требования к качеству реактивных топлив диктуются жесткими условиями работы топливной системы (фильтры, форсунки, насосы и др.) двигателей реактивных самолетов и мощных вертолетов, для которых отказ двигателя (в том числе при повторных его запусках в воздухе) может повлечь крупные аварии с большими человеческими жертвами. Получение реактивных топлив с низшей теплотой сгорания (на уровне 43 МДж/кг), с максимальным содержанием меркаптановой серы в пределах 0,001- 0,003 мае. %, с низкой температурой вспышки и небольшим давлением насыщенного пара, с высокой термической стабильностью, с практически полным отсутствием воды (эмульсионной, растворенной и др.), смолистых соединений и механических примесей требует вовлечения в технологию производства этих топлив наиболее совершенных гидрогенизационных процессов (гидродеароматизация, гидроочистка, гидрокрекинг) получения и очистки нефтяных фракций, использования противоизносных и антиокислительных присадок и др.
Склонность реактивных топлив к нагарообразованию контролируется ограничением содержания в них ароматических углеводородов (аренов) не более 10-22 мае. %, а также высотой некоптящего пламени, которая не должна превышать 20-25 мм.
Характер пламени (его яркость) реактивных топлив для сверхзвуковой авиации оценивается люминометрическим числом (JI4). Чем J14 выше, тем яркость пламени ниже. Полнота сгорания топлива зависит от его химического состава. Топливо, обогащенное ароматическими углеводородами, склонно к образованию сажи и нагаров, вследствие чего в газовом потоке пламени появляются раскаленные микрочастицы углерода, повышающие яркость пламени. С повышением яркости увеличивается радиация (лучеиспускание) пламени, перегревающая стенки камер сгорания и уменьшающая срок службы двигателя. Люминометрическое число авиакеросинов определяют сравнением с эталонными топливами, в качестве которых выбраны тетралин (тетрагидронафталин) с JI4, равным 100 ед. (ГОСТ 17750-72). Интенсивность (яркость) пламени измеряется люминометром. У лучших марок реактивного топлива ЛЧ=60-75. Стандарты на реактивное топливо требуют высоких значений его плотности (не менее 755-840 кг/м3), так как с повышением плотности топлива увеличивается дальность полета самолета для одного и того же объема топливных баков.
В топливных баках самолетов топливо охлаждается до минус 40-50 °С (на высоте 12-14 км и больше), а в топливоподающей системе оно, наоборот, нагревается до 150-250 “С, при этом непредельные углеводороды (алкены), смолы, меркаптаны начинают разлагаться с образованием нерастворимых осадков, забивающих фильтры, форсунки и другие устройства топливной системы. Поэтому к реактивным топливам предъявляются жесткие требования повышенной термической стабильности в статических и динамических условиях (топлива для сверхзвуковых самолетов по ГОСТ 11802-88 и ГОСТ 17751-79),
что достигается очисткой топлив и введением присадок. В табл. 2.9 приводятся требования для реактивных топлив ТС-1 и РТ по ГОСТ 10227-98 и Т-6 и Т-8В по ГОСТ 12308-89.
В реактивных топливах должны отсутствовать сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи, мыла нафтеновых кислот, механические примеси и вода, водорастворимые щелочные соединения ; топливо должно выдерживать испытание на медной пластине; нормируются низшая теплота сгорания не менее 43,12 МДж/кг (ТС-1 и РТ) и не менее 42,9 МДж/кг (Т-6 и Т-8В), зольность не более 0,003 мае. %, а также удельная электрическая проводимость (в целях безопасности от статического электричества), содержание нафталиновых углеводородов и присадок. Высота некоптящего пламени не менее 25 мм (ТС-1 и РТ) и не менее 20 мм (Т-6 и Т-8В). В России производство и потребление топлива ТС-1 составляет более 70 % в балансе всех реактивных топлив, хотя в развитых странах увеличивается спрос на реактивные топлива глубокого гидрокрекинга для обеспечения высокой термостабильности при температурах выше 150 °С и минимального нагарообразования топлив типа Т-6 и Т-8В.
Перспективы увеличения производства реактивных топлив. В ближайшее время вряд ли найдется реальная альтернатива реактивным топливам, получаемым из нефти. Быстрые темпы продолжающегося развития авиации требуют значительного увеличения производства реактивных топлив. Первый путь широкого вовлечения вакуумных газойлей (тяжелых нефтяных фракций) для получения высококачественного реактивного топлива на базе процессов гидрокрекинга, каталитического крекинга и глубокой гидроочистки продуктов связан с высокими капиталовложениями в НПЗ и удорожанием топлива. Второй путь, более экономичный, состоит в легальном расширении фракционного состава реактивного топлива за счет повышения температуры конца кипения и снижения требований к качеству топлива (повышение содержания ароматических углеводородов и температуры начала кристаллизации и др.), но он требует оптимизации некоторых узлов авиадвигателей. В табл. 2.10 приведено сопоставление требований, которые, вероятно, будут предъявляться к реактивным топливам в США в будущем, и действующих ныне стандартов на одно из самых распространенных реактивных топлив JP-4.
Наиболее распространены за рубежом марки реактивного топлива (Jet Fuels, Jet Kero): Jet A-l, JP-1 и JP-4 в США, их французские аналоги TR-4 (из фракции 55-240 °С, давление насыщенного пара 13,7-20,7 кПа, температура начала кристаллизации минус 60 °С) и TRO (из фракции 165-240 °С, температура начала кристаллизации минус 40 °С). На мировых рынках (прежде всего в странах Европейского союза и НАТО) наиболее распространено реактивное топливо Jet А-1 по стандарту ASTM D1655-96c. В любые марки реактивных топлив добавляют следующие присадки: антиоксиданты (24 мг/л), деактиваторы металлов (5,7 мг/л), антистатические добавки (3 мг/л), антиобледе-нителъные добавки (0,10-0,15 %) и др..
Альтернативным топливом для авиатехники (в первую очередь для вертолетов) являются нефтяные сжиженные газы, которые при давлении 0,5- 1,6 МПа находятся в жидком состоянии (газовый бензин, ШФЛУ, пропан-бу-тановая фракция). В 1987 г. для модифицированного вертолета Ми-8ТГ испытано новое топливо АСКТ (авиационное сконденсированное), состоящее из 40 % сжиженной пропан-бутановой фракции и 60% конденсатного топлива (моторное топливо из газовых конденсатов). Ресурсы такого топлива в районах Крайнего Севера и Западной Сибири остаются большими, стоимость производства его и необходимой модификации авиадвигателей и самих вертолетов невелика. В табл. 2.11 приведены некоторые показатели АСКТ.
АСКТ - экологически более чистое и менее коррозионное топливо, в нем отсутствуют сернистые соединения, смолы, асфальтены и другие нежелательные вещества, присутствующие в традиционных реактивных топливах. АСКТ обладает лучшими пусковыми свойствами, что особенно важно для эксплуатации авиационной техники в северных районах. АСКТ и реактивное топливо ТС-1 смешиваются (взаимно растворяются) в любых соотношениях.
Производство реактивных топлив: около 7 млн т/год в России, 77 млн т/год в США и 110 млн т/год в семерке ведущих стран (США, Япония, Германия, Италия, Великобритания, Канада, Франция).
Ракетные топлива применяются только для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с определенными особенностями их использования. Ракетные топлива бывают однокомпонентными и двухкомпонентными. Однокомпонентные ракетные топлива содержат в своем составе и горючие элементы, и кислород. Примеры таких топлив: метилнитрат CH30N02 (температура кипения 64 °С); нитрометан CH3N02 (температура кипения 101 °С). Они горят без подвода кислорода извне и используются в тех случаях, когда подвод кислорода ограничен. Двухкомпонентное ракетное топливо - это углеводородное горючее (синтетическое или природное), сжигаемое в присутствии сильного окислителя (обычно жидкого кислорода). Примером синтетического горючего может служить диметилгидразин (гидразин, гептил), или диамид H2N-NH2, кипящий при 113°С. Природные горючие - это либо жидкий водород, либо углеводороды. В качестве углеводородных горючих могут использоваться некоторые серийные реактивные топлива, например Т-2 и Т-6, а также специально выделенные фракции нафтеновых нефтей (нафтил) или синтезированные нафтеновые углеводороды.
- Предыдущее: Бензины
- Следующее: Дизельные топлива
План:
-
Введение
- 1 Свойства и состав
- 2 История
- 3 Получение
- 4
Применение
- 4.1 Авиационный керосин
- 4.2 Ракетное топливо
- 4.3 Технический керосин
- 4.4
Осветительный керосин
- 4.4.1 Характеристики осветительного керосина
Примечания
Введение
720 мл осветительного керосина
Кероси́н (англ. kerosene от греч. κηρός - воск) - смеси углеводородов (от C 12 до C 15), выкипающие в интервале температур 150-250 °C, прозрачная, слегка маслянистая на ощупь, горючая жидкость, получаемая путём прямой перегонки или ректификации нефти.
1. Свойства и состав
Плотность 0,78-0,85 г/см³ (при 20 °C), вязкость 1,2-4,5 мм²/с (при 20 °C), температура вспышки 28-72 °C, теплота сгорания ок. 43 МДж/кг.
В зависимости от химического состава и способа переработки нефти, из которой получен керосин, в его состав входят:
- предельные алифатические углеводороды - 20-60 %
- нафтеновые 20-50 %
- бициклические ароматические 5-25 %
- непредельные - до 2 %
- примеси сернистых, азотистых или кислородных соединений.
2. История
В 1853 году, во Львове работники аптеки Петра Миколяша «Под золотой звездой», Игнатий Лукасевич и Ян Зег разработали методику дистилляции и очистки нефти Теперь можно было начать производство керосина, или «новой камфины», как называл керосин Лукашевич. В декабре 1853 года ученые получили австрийский патент. В этом же году Зег открыл во Львове первое небольшое нефтеперерабатывающее предприятие. В XIX веке из продуктов перегонки нефти использовали только керосин (для освещения), а получавшийся бензин и другие нефтепродукты имели крайне ограниченное применение. Например, бензин применялся в аптекарских и ветеринарных целях, а также в качестве бытового растворителя, и поэтому большие его запасы нефтепромышленники попросту выжигали в ямах или сливали в водоёмы. В 1911 году керосин уступил бензину своё лидирующее положение на мировом рынке нефтепродуктов из-за распространения двигателей внутреннего сгорания и электрического освещения. Вновь значение керосина начало возрастать только с 1950-х, ввиду развития реактивной и турбовинтовой авиации, для которой именно этот вид нефтепродуктов (авиакеросин) оказался практически идеальным топливом.
Интересно и происхождение слова керосин. Так, в Русской энциклопедии (т. 10, с. 42), изданной в Петербурге книжным товариществом «Деятель», сказано: «Керосин… введен в продажу торговым домом „Кэрръ и сынъ“ („Care and Son“), отсюда название». Однако в Большой советской энциклопедии мы читаем: «Керосин (англ. kerosene, от греческого kerós - воск)»
3. Получение
Получается путём перегонки или ректификации нефти, а также вторичной переработкой нефти. При необходимости подвергается гидроочистке.
4. Применение
Керосин применяют как реактивное топливо, горючий компонент жидкого ракетного топлива, горючее при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, для бытовых нагревательных и осветительных приборов, в аппаратах для резки металлов, как растворитель (например для нанесения пестицидов), сырьё для нефтеперерабатывающей промышленности. Керосин может использоваться как заменитель зимнего и арктического дизтоплива для дизельных двигателей, однако необходимо добавить противоизносные и цетаноповышающие присадки; цетановое число керосина около 40, ГОСТ требует не менее 45. Для многотопливных двигателей (на основе дизеля) возможно применение чистого керосина и даже бензина АИ-80. Допускается добавление до 20 % керосина в летнее дизельное топливо для снижения температуры застывания, при этом не ухудшаются эксплуатационные характеристики. Также керосин - основное топливо для проведения фаершоу (огненных представлений), из-за хорошей впитываемости и относительно низкой температуры горения. Применяется так же для промывки механизмов, для удаления ржавчины.
4.1. Авиационный керосин
Авиационный керосин, или авиакеросин, служит в турбовинтовых и турбореактивных двигателях летательных аппаратов не только топливом, но также хладагентом и применяется для смазывания деталей топливных систем. Поэтому он должен обладать хорошими противоизносными (характеризуют уменьшение изнашивания трущихся поверхностей в присутствии топлива) и низкотемпературными свойствами, высокой термоокислительной стабильностью и большой удельной теплотой сгорания.
4.2. Ракетное топливо
Керосин применяется в ракетной технике в качестве углеводородного горючего и одновременно рабочего тела гидромашин. Использование керосина в ракетных двигателях было предложено Циолковским в 1914 году. В паре с жидким кислородом используется на нижних ступенях многих РН: отечественных - «Союз», «Молния», «Зенит», «Энергия»; американских - серий «Дельта» и «Атлас». Для повышения плотности, и, тем самым, эффективности ракетной системы, топливо часто переохлаждают. В СССР в ряде случаев использовался синтетический заменитель керосина, синтин, позволявший поднять эффективность работы двигателя, разработанного под керосин, без существенных изменений в конструкции. В перспективе предполагается замена керосина на более эффективные углеводородные горючие - метан, этан, пропан и т. п.
4.3. Технический керосин
Технический керосин используют как сырьё для пиролитического получения этилена, пропилена и ароматических углеводородов, в качестве топлива в основном при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, как растворитель при промывке механизмов и деталей. Деароматизированный путём глубокого гидрирования керосин (содержит не более 7 % ароматических углеводородов) - растворитель в производстве ПВХ полимеризацией в растворе. В керосин, используемый в моечных машинах, для предупреждения накопления зарядов статического электричества добавляют присадки, содержащие соли магния и хрома. В России нормы на технический керосин задаются ГОСТ 18499-73 «Керосин для технических целей»
4.4. Осветительный керосин
Керосин такого типа в основном применяют в керосиновых или в калильных лампах, а также в качестве топлива и растворителя. Качество такого керосина в лампах определяется в основном высотой некоптящего пламени. Существенное влияние на ВНП оказывает само качество и состав керосина. Улучшению качеств керосина может содействовать гидроочистка.
4.4.1. Характеристики осветительного керосина
Нормы характеристик осветительных керосинов в России задаются стандартами ГОСТ 11128-65 «Керосин осветительный из сернистых нефтей» и ГОСТ 4753-68 «Керосин осветительный», по последнему стандарту показатели следующие:
«... И нет ничего нового под солнцем»(Экклизиаст 1:9).
О топливах, ракетах, ракетных двигателях писалось, пишут и будут писать.
Одной из первых работ по топливам ЖРД можно считать книгу В.П. Глушко "Жидкое топливо для реактивных двигателей", изданную в 1936 г.
Для меня тема показалась интересной, связанной с моей бывшей специальностью и учёбой в ВУЗе, тем паче "приволок" её мой младший отпрыск: "Шеф давай замесим, что нить такое и запустим, а если лень, то мы сами "сообразим". Видимо, не дают покоя.
Так хочется правильно взорвать свой ракетный двигатель.
"Соображать" будем вместе, под строгим родительским контролем. Руки ноги должны быть целыми, чужие тем более.
Важный параметр - коэффициент избытка окислителя (обозн. греческой "α" с индексом "ок.") и массовое соотношение компонентов Kм.
Kм=(dmок./dt)/(dmг../dt), т.е. отношение массового расхода окислителя к массовому расходу горючего. Он специфичен для каждого топлива. В идеальном случае представляет собой стехиометрическое соотношение окислителя и горючего, т.е. показывает сколько кг окислителя нужно для окисления 1 кг горючего. Однако реальные значения отличаются от идеальных. Соотношение реального Kм к идеальному и есть коэффициент избытка окислителя.
Как правило, αок.<=1. И вот почему. Зависимости Tk(αок.) и Iуд.(αок.) нелинейны и для многих топлив последняя имеет максимум при αок. не при стехиометрическом соотношении компонентов, т.е макс. значения Iуд. получаются при некотором снижении количества окислителя по отношению к стехиометрическому. Ещё немного терпения, т.к. не могу обойти понятие: . Это пригодится и в статье, и в повседневной жизни.
Кратко энтальпия – это энергия. Для статьи важны две её "ипостаси":
Термодинамическая энтальпия
- количество энергии, затраченной на образование вещества из исходных химических элементов. Для веществ, состоящих из одинаковых молекул (H 2 , O 2 и пр.), она равна нулю.
Энтальпия сгорания
- имеет смысл только при условии протекания химической реакции. В справочниках можно найти экспериментально полученные при нормальных условиях значения этой величины. Чаще всего для горючих это полное окисление в среде кислорода, для окислителей – окисление водорода заданным окислителем. Причем значения могут быть как положительными, так и отрицательными в зависимости от вида реакции.
"Сумму термодинамической энтальпии и энтальпии сгорания называют полной энтальпией вещества. Собственно, этой величиной и оперируют при тепловом расчёте камер ЖРД."
Требования к ЖРТ:
-как к источнику энергии;
-как к веществу, которое приходится (на данном уровне развития технологий) использовать для охлаждения РД и ТНА, иногда к наддуву баков с РТ, предоставлять ему объём (баки РН) и т.д.;
-как к веществу вне ЖРД, т.е. при хранении, транспортировке, заправке, испытаниях, экологической безопасности и т.д.
Такая градация относительна условна, но в принципе отражает суть. Назову эти требования так: №1, №2, №3. Кто-то может дополнить список в комментариях.
Эти требования классический пример , которые "тянут" создателей РД в разные стороны:
# С точки зрения источника энергии ЖРД (№1)
Т.е. необходимо получить макс. Iуд. Не буду дальше забивать головы всем, в общем случае:
При прочих важных параметрах для №1 нас интересует R и Т (со всеми индексами).
Нужно, чтобы: молекулярная масса продуктов сгорания была минимальной, максимальным было удельное теплосодержание.
# С точки зрения конструктора РН (№2):
ТК должны иметь максимальную плотность, особенно на первых ступенях ракет, т.к. они самые объёмные и имеют мощнейшие РД, с большим секундным расходом. Очевидно, что это не согласуется с требованием под №1.
# С эксплуатационных задач важны (№3):
Химическая стабильность ТК;
-простота заправки, хранения, перевозки и изготовления;
-экологическая безопасность (во всём "поле" применения), а именно токсичность, себестоимость производства и транспортировки и т.д. и безопасность при работе РД (взрывоопасность).
Подробнее смотри "Сага о ракетных топливах-обратная сторона медали".
Надеюсь, ещё никто не уснул? У меня ощущение, что разговариваю сам с собой. Скоро будет про спирт, не отключайтесь!
Конечно, это лишь вершина айсберга. Ещё влезают сюда дополнительные требования, из-за которых следует искать КОНСЕНСУСЫ и КОМПРОМИСЫ. Один из компонентов обязательно должен иметь удовлетворительные (лучше отличные) свойства охладителя, т.к. на данном уровне технологий приходится охлаждать КС и сопло, а также защитить критическое сечение РД:
На фотографии сопло ЖРД XLR-99: отчётливо видна характерная особенность конструкции американских ЖРД 50-60 годов – трубчатая камера:
Также требуется (как правило) один из компонентов использовать как рабочее тело для турбины ТНА:
Для топливных компонентов "большое значение имеет давление насыщенных паров (это грубо говоря давление, при котором жидкость начинает кипеть при данной температуре). Этот параметр сильно влияет на разработку насосов и вес баков."/ С.С. Факас/
Важный фактор-агрессивность ТК к материалам (КМ) ЖРД и баков для их хранения.
Если ТК очень "вредные" (как некоторые люди), тогда инженерам приходится тратиться на ряд специальных мер по защите своих конструкций от топлива.
Классификация ЖРТ - чаще всего по давлению насыщенных паров или , а проще говоря - температуре кипения при нормальном давлении.
Высококипящие компоненты ЖРТ.
Такие ЖРД можно классифицировать как многотопливные.
ЖРД на трехкомпонентном топливе (фтор+водород+литий) разрабатывался в .
Двухкомпонентные топлива состоят из окислителя и горючего.
ЖРД Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor: двухкомпонентный ЖРД (H2O2+керосин)
Окислители
Кислород
Химическая формула-О 2 (дикислород, американское обозначение Oxygen-OX).
В ЖРД применяется жидкий, а не газообразный кислород-Liquid oxygen (LOX-кратко и всё понятно).
Молекулярная масса (для молекулы)-32г/моль. Для любителей точности: атомная масса (молярная масса)=15,99903;
Плотность=1,141 г/см³
Температура кипения=90,188K (−182,96°C)
С точки зрения химии, идеальный окислитель. Он использовался в первых баллистических ракетах ФАУ, ее американских и советских копиях. Но его температура кипения не устраивала военных. Требуемый диапазон рабочих температур от –55°C до +55°C (большое время подготовки к старту, малое время нахождения на боевом дежурстве).
Очень низкая коррозионная активность. Производство давно освоено, стоимость небольшая: менее $0,1 (по-моему, дешевле литра молока в разы).
Недостатки:
Криогенный - необходимо захолаживание и постоянная дозаправка для компенсации потерь перед стартом. Еще и может нагадить другим ТК (керосину):
На фото: створки защитных устройств заправочного автостыка керосина (ЗУ-2), за 2 минуты до окончания циклограммы при выполнении операции ЗАКРЫТЬ ЗУ из-за обледенения не полностью закрылись . Одновременно из-за обледенения не прошел сигнал о съезде ТУА с пусковой установки. Пуск проведен на следующий день.
Агрегат-заправщик РБ жидким кислородом снят с колес и установлен на фундаменте.
Затруднено использование в качестве охладителя КС и сопла ЖРД.
"АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КИСЛОРОДА В КАЧЕСТВЕ ОХЛАДИТЕЛЯ КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ" САМОШКИН В.М., ВАСЯНИНА П.Ю., Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева
Сейчас всеми изучается возможность использования переохлажденного кислорода либо кислорода в шугообразном состоянии, в виде смеси твердой и жидкой фаз этого компонента. Вид будет примерно такой же, как эта красивая ледяная шуга в бухточке правее Шаморы:
Пофантазируйте: вместо Н 2 О представьте ЖК (LOX).
Шугирование позволит увеличить общую плотность окислителя.
Пример захолаживания (переохлаждения) БР Р-9А: в качестве окислителя в ракете впервые было решено использовать переохлажденный жидкий кислород, что позволило уменьшить общее время подготовки ракеты к пуску и повысить степень ее боеготовности.
Примечание:
почему-то за эту же самую процедуру нагибал (почти "чморил") Илона Маска известный писатель Дмитрий Конаныхин.
См:
Озон -O 3
Молекулярная масса=48 а.е.м., молярная масса=47,998 г/моль
Плотность жидкости при -188 °C (85,2 К) составляет 1,59(7) г/см³
Плотность твёрдого озона при −195,7 °С (77,4 К) равна 1,73(2) г/см³
Температура плавления −197,2(2) °С (75,9 К)
Давно инженеры мучились с ним, пытаясь использовать в качестве высокоэнергетического и вместе с тем экологически чистого окислителя в ракетной технике.
Общая химическая энергия, освобождающаяся при реакции сгорания с участием озона, больше, чем для простого кислорода, примерно на одну четверть (719 ккал/кг). Больше будет, соответственно, и Iуд. У жидкого озона большая плотность, чем у жидкого кислорода (1,35 против 1,14 г/см³ соответственно), а его Т кипения выше (−112 °C и −183 °C соответственно).
Пока непреодолимым препятствием является химическая неустойчивость и взрывоопасность жидкого озона с разложением его на O и O2, при котором возникает движущаяся со скоростью около 2 км/с детонационная волна и развивается разрушающее детонационное давление более 3·107 дин/см2 (3 МПа), что делает применение жидкого озона невозможным при нынешнем уровне техники, за исключением использования устойчивых кислород-озоновых смесей (до 24 % озона). Преимуществом подобной смеси также является больший удельный импульс для водородных двигателей, по сравнению с озон-водородными. На сегодняшний день такие высокоэффективные двигатели, как РД-170, РД-180, РД-191, а также разгонные вакуумные двигатели вышли по Iуд на близкие к предельным значениям параметры и для повышения УИ осталось лишь одна возможность, связанная с переходом на новые виды топлива.
Азотная кислота -HNO 3
Состояние - жидкость при н.у.
Молярная масса 63.012 г/моль (не важно, что я использую или молекулярную массу-это не меняет сути)
Плотность=1,513 г/см³
Т. плав.=-41,59 °C,Т. кип.=82,6 °C
HNO3 имеет высокую плотность, невысокую стоимость, производится в больших количествах, достаточно стабильна, в том числе при высоких температурах, пожаро- и взрывобезопасная. Главное ее преимущество перед жидким кислородом в высокой температуре кипения, а, следовательно, в возможности неограниченно долго храниться без всякой теплоизоляции. Молекула азотной кислоты HNO 3 – почти идеальный окислитель. Она содержит в качестве “балласта” атом азота и “половинку” молекулы воды, а два с половиной атома кислорода можно использовать для окисления топлива. Но не тут-то было! Азотная кислота настолько агрессивное вещество, что непрерывно реагирует само с собой–атомы водорода отщепляются от одной молекулы кислоты и присоединяются к соседним, образуя непрочные, но чрезвычайно химически активные агрегаты. Даже самые стойкие сорта нержавеющей стали медленно разрушаются концентрированной азотной кислотой (в результате на дне бака образовывался густой зеленоватый «кисель», смесь солей металлов). Для уменьшения коррозионной активности в азотную кислоту стали добавлять различные вещества, всего 0,5% плавиковой (фтористоводородной) кислоты уменьшают скорость коррозии нержавеющей стали в десять раз.
Для повышения уд.импульса в кислоту добавляют двуокись азота (NO 2). Добавка диоксида азота в кислоту связывает попадающую в окислитель воду, что уменьшает коррозионную активность кислоты, увеличивается плотность раствора, достигая максимума при 14% растворенного NO 2 . Эту концентрацию использовали американцы для своих боевых ракет.
Мы почти 20 лет искали подходящую тару для азотной кислоты. Очень трудно при этом подобрать конструкционные материалы для баков, труб, камер сгорания ЖРД.
Вариант окислителя, что выбрали в США, с 14 % двуокиси азота. А наши ракетчики поступили иначе. Надо было догонять США любой ценой, поэтому окислители советских марок – АК-20 и АК-27 – содержали 20 и 27 % тетраоксида.
Интересный факт: в первом советском ракетном истребителе БИ-1 были использованы для полетов азотная кислота и керосин.
Баки и трубы пришлось изготовлять из монель-металла: сплава никеля и меди, он стал очень популярным конструкционным материалом у ракетчиков. Советские рубли были почти на 95 % сделаны из этого сплава.
Недостатки: терпимая "гадость". Коррозионною активна. Удельный импульс недостаточно высок. В настоящее время в чистом виде почти не используется.
Азотный тетраоксид
-АТ (N 2 O 4)
Молярная масса=92,011 г/моль
Плотность=1,443 г/см³
"Принял эстафету" от азотной кислоты в военных двигателях. Обладает саомовоспламеняемостью с гидразином, НДМГ. Низкокипящий компонент, но может долго хранится при принятии особых мер.
Недостатки: такая же гадость, как и HNO 3 , но со своими причудами. Может разлагаться на окись азота. Токсичен. Низкий удельный импульс. Часто использовали и используют окислитель АК-NN. Это смесь азотной кислоты и азотного тетраоксида, иногда её называют "красной дымящейся азотной кислотой". Цифры обозначают процентное кол-во N 2 O 4 .
В основном эти окислители используются в ЖРД военного назначения и ЖРД КА благодаря своим свойствам: долгохранимость и самовоспламеняемость. Характерные горючие для АТ это НДМГ и гидразин.
Фтор -F 2
Атомная масса=18,998403163 а. е. м. (г/моль)
Молярная масса F2, 37,997 г/моль
Температура плавления=53,53 К (−219,70 °C)
Температура кипения=85,03 К (−188,12 °C)
Плотность (для жидкой фазы), ρ=1,5127 г/см³
Химия фтора начала развиваться с 1930-х годов, особенно быстро - в годы 2-й мировой войны 1939-45 годов и после нее в связи с потребностями атомной промышленности и ракетной техники. Название "Фтор" (от греч. phthoros - разрушение, гибель), предложенное А. Ампером в 1810 году, употребляется только в русском языке; во многих странах принято название "флюор" . Это прекрасный окислитель с точки зрения химии. Окисляет и кислород, и воду, и вообще практически всё. Расчеты показывают, что максимальный теоретический Iуд можно получить на паре F2-Be (бериллий)-порядка 6000 м/с!
Супер? Облом, а не "супер"...
Врагу такой окислитель не пожелаешь.Чрезвычайно коррозионною активен, токсичен, склонен к взрывам при контакте с окисляющимися материалами. Криогенен. Любой продукт сгорания также имеет почти те же "грехи": жутко коррозионны и токсичны.
Техника безопасности. Фтор токсичен, предельно допустимая концентрация его в воздухе примерно 2·10-4 мг/л, а предельно допустимая концентрация при экспозиции не более 1 ч составляет 1,5·10-3мг/л.
ЖРД 8Д21 применение пары фтор + аммиак давало удельный импульс на уровне 4000 м/с.
Для пары F 2 +H 2 получается Iуд=4020 м/с!
Беда: HF-фтороводород на "выхлопе".
Стартовая позиция после запуска такого "энергичного движка"?
Лужа жидких металлов и прочих растворённых в плавиковой кислоте химических и органических объектов!
Н 2 +2F=2HF, при комнатной температуре существует в виде димера H 2 F 2 .
Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. А использованию его в ЖРД КА не реально из-за убийственной сложности хранения и разрушительного действия продуктов сгорания.
Всё то же самое относится и к остальным жидким галогенам, например, к хлору.
Фтороводородный ЖРД тягой 25 т для оснащения обеих ступеней ракетного ускорителя предполагалось разработать в В.П. Глушко на базе отработанного ЖРД тягой 10 т на фтороаммиачном (F 2 +NH 3) топливе.
Перекись водорода -H 2 O 2 .
Она упомянута мною выше в однокомпонентных топливах.
Walter HWK 109-507: преимущества в простоте конструкции ЖРД. Яркий пример такого топлива - перекись водорода.
Alles: список более-менее реальных окислителей закончен. Акцентирую внимание на HClО 4 . Как самостоятельные окислители на основе хлорной кислоты представляют интерес только: моногидрат (Н 2 О+ClО 4)-твёрдое кристаллическое вещество и дигидрат (2НО+НСlО 4)-плотная вязкая жидкость. Хлорная кислота (которая из-за Iуд сама по себе бесперспективна), при этом представляет интерес в качестве добавки к окислителям, гарантирующей надёжность самовоспламенения топлива.
Окислители можно классифицировать и так:
Итоговый (чаще используемый) список окислителей в связке с реальными же горючими:
Примечание: если хотите перевести один вариант удельного импульса в другой, то можно пользоваться простой формулой: 1 м/с = 9,81 с.
В отличие от них - горючих у нас .Горючие
Основные характеристики двухкомпонентных ЖРТ при pк/pа=7/0,1 МПа
По физико-химическому составу их можно разбить на несколько групп:
Углеводородные горючие.
Низкомолекулярные углеводороды.
Простые вещества: атомарные и молекулярные.
Для этой темы пока практический интерес представляет лишь водород (Hydrogenium).
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N 2 , Br 2 , Si, Cl 2 , I 2 и др. я не буду рассматривать в этой статье.
Гидразиновые топлива ("вонючки").
Просыпайтесь сони - мы добрались уже до спирта(С2Н5ОН).
Поиски оптимального горючего начались с освоения энтузиастами ЖРД. Первым широко использовавшимся горючим стал спирт (этиловый)
, применявшийся на первых
советских ракетах Р-1, Р-2, Р-5 ("наследство" ФАУ-2) и на самой Vergeltungswaffe-2.
Вернее раствор 75% этилового спирта (этанол, этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь, часто в просторечии просто «спирт») - одноатомный спирт с формулой C 2 H 5 OH (эмпирическая формула C 2 H 6 O), другой вариант: CH 3 -CH 2 -OH
У этого горючего два серьёзных недостатка
, которые очевидно не устраивали военных: низкие энергетические показатели и .
Сторонники здорового образа жизни (спиртофобы) пытались решить вторую проблему с помощью фурфурилового спирта. Это ядовитая, подвижная, прозрачная, иногда желтоватая (до темно-коричневого), со временем краснеющая на воздухе жидкость. ВАРВАРЫ!
Хим. формула:C 4 H 3 OCH 2 OH, Рац. формула:C 5 H 6 O 2 . Отвратительная жижа.К питью не годна.
Группа углеводородов.
Керосин
Условная формула C 7,2107 H 13,2936
Горючая смесь жидких углеводородов (от C 8 до C 15) с температурой кипения в интервале 150-250 °C, прозрачная, бесцветная (или слегка желтоватая), слегка маслянистая на ощупь
плотность - от 0,78 до 0,85 г/см³ (при температуре 20°С);
вязкость - от 1,2 – 4,5 мм²/с (при температуре 20°С);
температура вспышки - от 28°С до 72°С;
теплота сгорания - 43 Мдж/кг.
Моё мнение: о точной молярной массе писать бессмысленно
Керосин является смесью из различных углеводородов, поэтому появляются страшные дроби (в хим. формуле) и "размазанная" температура кипения. Удобное высококипящее горючее. Используется давно и успешно во всём мире в двигателях и в авиации. Именно на нем до сих пор летают "Союзы". Малотоксичен (пить настоятельно не рекомендую), стабилен. Всё же керосин опасен и вреден для здоровья (употребление внутрь).
Минздрав категорически против!
Солдатские байки: хорошо помогает избавиться от противных .
Однако и он требует осторожности в обращении при эксплуатации:
Существенные плюсы: сравнительно недорог, освоен в производстве. Пара керосин-кислород идеальна для первой ступени. Ее удельный импульс на земле 3283 м/с, пустотный 3475 м/с. Недостатки. Относительно малая плотность.
Американские ракетные керосины Rocket Propellant-1 или Refined Petroleum-1
Относительно был .
Для повышения плотности лидерами освоения космоса были разработаны синтин (СССР) и RJ-5 (США).
.
Керосин имеет склонность к отложению смолистых осадков в магистралях и тракте охлаждения, что отрицательно сказывается на охлаждении. На это его нехорошее свойство педалируют .
Керосиновые двигатели наиболее освоены в СССР.
Шедевр человеческого разума и инженерии наша "жемчужина" РД-170/171:
Теперь более корректным названием для горючих на основе керосина стал термин -"углеводородное горючее", т.к. от керосина, который жгли в безопасных керосиновых лампах И. Лукасевича и Я. Зеха, применяемое УВГ "ушло" очень .
На самом деле "Роскосмос" дезу выдаёт:
После того, как в ее баки закачают компоненты топлива - нафтил (ракетный керосин ), сжиженный кислород и пероксид водорода, космическая транспортная система будет весить более 300 тонн (в зависимости от модификации РН.
Низкомолекулярные углеводороды
Метан
-CH4
Молярная масса: 16,04 г/моль
Плотность газ (0 °C) 0,7168 кг/м³;
жидкость (−164,6 °C) 415 кг/м³
Т. плав.=-182,49 °C
Т. кип.=-161,58 °C
Всеми сейчас рассматривается как перспективное и дешёвое топливо, как альтернатива керосину и водороду.
Главный конструктор Владимир Чванов:
Удельный импульс у двигателя на СПГ высокий, но это преимущество нивелируется тем, что у метанового топлива меньшая плотность, поэтому в сумме получается незначительное энергетическое преимущество. С конструкционной точки зрения метан привлекателен. Чтобы освободить полости двигателя, нужно только пройти цикл испарения - то есть двигатель легче освобождается от остатков продуктов. За счет этого метановое топливо более приемлемо с точки зрения создания двигателя многоразового использования и летательного аппарата многоразового применения.
Недорог, распространен, устойчив, малотоксичен. По сравнению с водородом имеет более высокую температуру кипения, а удельный импульс в паре с кислородом выше, чем у керосина: около 3250-3300 м/с на земле. Неплохой охладитель.
Недостатки. Низкая плотность (вдвое ниже чем у керосина). При некоторых режимах горения может разлагаться с выделением углерода в твердой фазе, что может привести к падению импульса из-за двухфазности течения и резкому ухудшению режима охлаждения в камере из-за отложения сажи на стенках КС. В последнее время идут активные НОР и НИОКР в области его применения (наряду с пропаном и природным газом) даже в направлении модификации уже сущ. ЖРД (в частности такие работы были проведены над ).
«Роскосмос» уже в 2016 году приступил к разработке силовой установки на сжиженном природном газе.
Или "Kinder Surpeis", как пример: американский Raptor engine от Space X:
К этим топливам можно отнести пропан и природный газ. Основные их характеристики, как горючих, близки (за исключением большей плотности и более высокой температуры кипения) к УВГ. И имеются такие же проблемы при их использовании.
Особняком среди горючих позиционируется -H 2 (Жидкий: LH 2).
Молярная масса водорода равна 2 016 г / моль или приближенно 2 г / моль.
Плотность (при н. у.)=0,0000899 (при 273 K (0 °C)) г/см³
Температура плавления=14,01K (-259,14 °C);
Температура кипения=20,28K (-252,87 °C);
Использование пары LOX-LH 2 предложено еще Циолковским, но реализовано другими:
С точки зрения термодинамики Н 2 идеальное рабочее тело как для самого ЖРД, так и для турбины ТНА. Отличный охладитель, при чем как в жидком, так и в газообразном состоянии. Последний факт позволяет не особо бояться кипения водорода в тракте охлаждения и использовать газифицированный таким образом водород для привода ТНА.
Такая схема реализована в Aerojet Rocketdyne RL-10-просто шикарный (с инженерной точки зрения) движок:
Наш аналог (даже лучше
, т.к. моложе): РД-0146 (Д, ДМ) - безгазогенераторный жидкостный ракетный двигатель, разработанный Конструкторским бюро химавтоматики в Воронеже.
Особенно эффективен с сопловым насадком из материала «Граурис». Но пока не летает
Этот ТК обеспечивает высокий удельный импульс-в паре с кислородом 3835 м/с.
Из реально используемых это самый высокий показатель. Эти факторы обуславливают пристальный интерес к этому горючему. Экологически чист, на "выходе" в контакте с О 2: вода (водяной пар). Распространен, практически неограниченные запасы. Освоен в производстве. Нетоксичен. Однако есть очень много ложек дегтя в этой бочке мёда.
1. Чрезвычайно низкая плотность. Все видели огромные водородные баки РН "Энергия" и МТКК "Шаттл". Из-за низкой плотности применим (как правило) на верхних ступенях РН.
Кроме того, низкая плотность ставит непростую задачу для насосов: насосы водорода многоступенчатые для того что бы обеспечить нужный массовый расход и при этом не кавитировать.
По этой же причине приходится ставить т.н. бустерные насосные агрегаты горючего (БНАГ) сразу за заборным устройством в баках, дабы облегчить жизнь основному ТНА.
Ещё насосы водорода для оптимальных режимов требуют значительно большей частоты вращения ТНА.
2. Низкая температура. Криогенное топливо. Перед заправкой необходимо проводить многочасовое захолаживание (и/или переохлаждение) баков и всего тракта. Баки РН "Falocn 9FT" - взгляд изнутри:
Подробнее о "сюрпризах":
"МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ВОДОРОДНЫХ СИСТЕМАХ" Н0Р В.А. ГордеевВ.П. Фирсов, А.П. Гневашев, Е.И. Постоюк
ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, КБ «Салют»; "Московский авиационный институт (Государственный технический университет)
В работе дана характеристика основных математических моделей тепломассообменных процессов в баке и магистралях водорода кислородно-водородного разгонного блока 12КРБ. Выявлены аномалии в подаче водорода в ЖРД и предложено их математическое описание. Модели отработаны в ходе стендовых и летных испытаний, что дало возможность на их базе прогнозировать параметры серийных разгонных блоков различных модификаций и принимать необходимые технические решения по совершенствованию пневмогидравлических систем.
Низкая температура кипения затрудняет и закачку в баки и хранение этого топлива в баках и хранилищах.
3. Жидкий водород обладает некоторыми свойствами газа:
Коэффициент сжимаемости (pv/RT) при 273,15 К: 1,0006 (0,1013 МПа), 1,0124 (2,0266 МПа), 1,0644 (10,133 МПа), 1,134 (20,266 МПа), 1,277 (40,532 МПа)
;
Водород может находиться в орто- и пара-состояниях. Ортоводород (о-Н2) имеет параллельную (одного знака) ориентацию ядерных спинов. Пара-водород (п-Н2)-антипараллельную.
При обычных и высоких температурах Н 2 (нормальный водород, н-Н2) представляет собой смесь 75% орто- и 25% пара-модификаций, которые могут взаимно превращаться друг в друга (орто-пара-превращение). При превращении о-Н 2 в п-Н 2 выделяется тепло (1418 Дж/моль) .
Это всё накладывает дополнительные трудности в проектировании магистралей, ЖРД, ТНА, циклограммы работы, и особенно насосов.
4. Газообразный водород быстрее других газов распространяется в пространстве, проходит через мелкие поры, при высоких температурах сравнительно легко проникает сквозь сталь и другие материалы. Н 2г обладает высокой теплопроводностью, равной при 273,15 К и 1013 гПа 0,1717 Вт/(м*К) (7,3 по отношению к воздуху).
Водород в обычном состоянии при низких температурах малоактивен, без нагревания реагирует лишь с F 2 и на свету с Сl 2 . С неметаллами водород взаимодействует активнее, чем с металлами. С кислородом реагирует практически необратимо, образуя воду с выделением 285,75 МДж/моль тепла;
5. Со щелочными и щелочно-земельными металлами, элементами III, IV, V и VI группы периодической системы, а также с интерметаллическими соединениями водород образует гидриды. Водород восстанавливает оксиды и галогениды многих металлов до металлов, ненасыщенные углеводороды – до насыщенных (см. ).
Водород очень легко отдает свой электрон. В растворе отрывается в виде протона от многих соединений, обусловливая их кислотные свойства. В водных растворах Н+ образует с молекулой воды ион гидроксония Н 3 О. Входя в состав молекул различных соединений, водород склонен образовывать со многими электроотрицательными элементами (F, О, N, С, В, Cl, S, Р) водородную связь.
6. Пожароопастность и взрывоопасность. Можно не рассусоливать: гремучую смесь все знают.
Смесь водорода с воздухом взрывается от малейшей искры в любой концентрации - от 5 до 95 процентов.
Впечатляет Space Shuttle Main Engine (SSME)?
Теперь прикиньте его стоимость!
Вероятно, увидев это и посчитав затраты (стоимость вывода на орбиту 1 кг ПН), законодатели и те кто рулит бюджетом США и NASA в частности... решили "ну его на фиг".
И я их понимаю - на РН "Союз" и дешевле, и безопаснее, да использование РД-180/181 снимает многие проблемы американских РН и существенно экономит деньги налогоплательщиков самой богатой страны мира.
Самый лучший ракетный двигатель - это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько (удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас. /Филипп Терехов@lozga
Наиболее освоены водородные двигатели в США.
Сейчас мы позиционируемся на 3-4 месте в "Водородном клубе" (после Европы, Японии и Китая/Индии).
Отдельно упомяну твёрдый и металлический водород.
Твердый водород кристаллизуется в гексагональной решетке (а = = 0,378 нм, с = 0,6167 нм), в узлах которой расположены молекулы Н 2 , связанные между собой слабыми межмолекулярными силами; плотность 86,67 кг/м³; С° 4,618 Дж/(моль*К) при 13 К; диэлектрик. При давлении свыше 10000 МПа предполагается фазовый переход с образованием структуры, построенной из атомов и обладающей металлическими свойствами. Теоретически предсказана возможность сверхпроводимости "металлический водород".
Твёрдый водород-твёрдое агрегатное состояние водорода.
Температура плавления −259,2 °C (14,16 К).
Плотностью 0,08667 г/см³ (при −262 °C).
Белая снегоподобная масса, кристаллы гексагональной сингонии.
Шотландский химик Дж. Дьюар в 1899 году впервые получил водород в твёрдом состоянии. Для этого он использовал регенеративную охлаждающую машину, основанную на эффекте .
Беда с ним. Он постоянно теряется: . Оно и понятно: получен кубик из молекул: 6х6х6. Просто "гигантские" объёмы - прям хоть сейчас "заправляй" ракету. Почему-то мне это напомнило . Это нано-чудо не могут найти уже лет 7 или больше.
Анамезон, антивещество, метастабильный гелий пока оставлю за кадром.
...
Гидразиновые топлива ("вонючки")
Гидразин-N2H4
Состояние при н.у.- бесцветная жидкость
Молярная масса=32.05 г/моль
Плотность=1.01 г/см³
Очень распространенное топливо.
Хранится долго, и его за это "любят". Широко используется в ДУ КА и МБР/БРПЛ, где долгохранимость имеет критическое значение.
Кого смутил Iуд в размерности Н*с/кг отвечаю: это обозначение "любят" военные.
Ньютон - производная единица, исходя из она определяется как сила, изменяющая за 1 секунду скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы. Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с 2 .
Соответственно: 1 Н*с/кг =1 кг·м/с 2 *с/кг=м/с.
Освоен в производстве.
Недостатки: токсичен, вонючий.
Для человека степень токсичности гидразина не определена. По расчётам S. Krop опасной концентрацией следует считать 0,4 мг/л. Ch. Comstock с сотрудниками полагает, что предельно допустимая концентрация не должна превышать 0,006 мг/л. Согласно более поздним американским данным, эта концентрация при 8-часовой экспозиции снижена до 0,0013 мг/л. Важно отметить при этом, что порог обонятельного ощущения гидразина человеком значительно превышает указанные числа и равен 0,014-0,030 мг/л. Существенным в этой связи является и тот факт, что характерный запах ряда гидразинопроизводных ощущается лишь в первые минуты контакта с ними. В дальнейшем вследствие адаптации органов обоняния, это ощущение исчезает, и человек, не замечая того, может длительное время находиться в зараженной атмосфере, содержащей токсические концентрации названного вещества.
Пары гидразина при адиабатном сжатии взрываются. Склонен к разложению, что однако позволяет его использовать как монотопливо для ЖРД малой тяги (ЖРДМТ). В силу освоенности производства более распространен в США.
Несимметричный диметилгидразин (НДМГ)-H 2 N-N(CH 3) 2
Хим. формула:C2H8N2,Рац. формула:(CH3)2NNH2
Состояние при н.у.- жидкое
Молярная масса=60,1 г/моль
Плотность=0,79±0,01 г/см³
Широко используется на военных двигателях в следствие своей долгохранимости. При освоении технологии ампулирования - практически исчезли все проблемы (кроме утилизации и аварий припусках).
Имеет более высокий импульс по сравнению с гидразином.
Плотность и удельный импульс с основными окислителями ниже керосина с теми же окислителями. Самовоспламенятся с азотными окислителями. Освоен в производстве в СССР.
Более распространен в СССР.
А в реактивном двигателе французского истребителя-бомбардировщика (хорошее видео-рекомендую) НДМГ используют как активизирующую добавку к традиционному топливу.
По поводу гидразиновых топлив.
Удельная тяга равна отношению тяги к весовому расходу топлива; в этом случае она измеряется в секундах (с = Н·с/Н = кгс·с/кгс). Для перевода весовой удельной тяги в массовую её надо умножить на ускорение свободного падения (примерно равное 9,81 м/с²)
За кадром остались:
Анилин, метил-, диметил- и триметиламины и CH 3 NHNH 2 -Метилгидразин (он же монометилгидразин или гептил) и пр.
Они не так распространены. Главное достоинство горючих группы гидразина - долгохранимость при использовании высококипящих окислителей. Работать с ними очень неприятно-токсичны горючие, агрессивные окислители, токсичны продукты сгорания.
На профессиональном жаргоне эти топлива называют "вонючими" или "вонючками".
Можно с высокой степенью уверенности сказать, что если на РН стоят "вонючие" двигатели, то "до замужества" она была боевой ракетой (МБР, БРПЛ или ЗУР - что уже редкость) . Химия на службе и армии и гражданки.
Исключение, пожалуй, лишь РН Ariane - творение кооператива: Aérospatiale, Matra Marconi Space, Alenia, Spazio, DASA и др. Её миновала в "девичестве" подобная боевая участь.
Военные практически все перешли на РДТТ, как более удобные в эксплуатации. Ниша для "вонючих" топлив в космонавтике сузилась до использования в ДУ КА, где требуется долгое хранение без особых материальных или энергетических затрат.
Пожалуй, кратко обзор можно выразить графически:
Активно работают ракетчики и с метаном. Особых эксплуатационных трудностей нет: позволяет неплохо поднять давление в камере (до 40 М
Па) и получить хорошие характеристики.
() и остальными природными газами (СПГ).
О прочих направления по повышению характеристик ЖРД (металлизация горючих, использование Не 2 , ацетама и прочем) я напишу позже. Если будет интерес.
Использование эффекта свободных радикалов-хорошая перспектива.
Детонационное горение-возможность для долгожданного прыжка на Марс.
Послесловие:
вообще все ракетные ТК (кроме НТК), а так же попытка изготовить их в домашних условиях- очень опасны. Предлагаю внимательно ознакомиться:. Смесь, которую он готовил на плите в кастрюле, ожидаемо взорвалась. В итоге мужик получил огромное количество ожогов и провел в больнице пять дней.
Все домашние (гаражные) манипуляции с такими химическими компонентами чрезвычайно опасны, а порой и противозаконны. К местам их разлива без ОЗК и противогаза ЛУЧШЕ не подходить:
Как и с разлитой ртутью: звонить в МЧС, быстро приедут и всё профессионально подберут.
Всем спасибо, кто смог вытерпеть всё это до конца.
Первоисточники:
Качур П. И., Глушко А. В. "Валентин Глушко. Конструктор ракетных двигателей и космических систем", 2008.
Г.Г. Гахун "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", Москва, "Машиностроение, 1989.
Возможность увеличения удельного импульса жидкостного ракетного двигателя
при добавлении в камеру сгорания гелия С.А. Орлин МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
М.С.Шехтер. "Топлива и рабочие тела ракетных двигателей", Машиностроение" 1976
Завистовский Д. И."Беседы о ракетных двигателях".
Филипп Терехов @lozga (www.geektimes.ru).
"Виды топлива и их характеристика.Топливо горючие вещества, используемые для получения тепла. Состав топлива Горючая часть - углерод С-водород Н-сера."-презентация Оксана Касеева
Факас С.С."Основы ЖРД. Рабочие тела"
Использованы фото и видеоматериалы с сайтов:
http://technomag.bmstu.ru
www.abm-website-assets.s3.amazonaws.com
www.free-inform.ru
www.rusarchives.ru
www.epizodsspace.airbase.ru
www.polkovnik2000.narod.ru
www.avia-simply.ru
www.arms-expo.ru
www.npoenergomash.ru
www.buran.ru
www.fsmedia.imgix.net
www.wikimedia.org
www.youtu.be
www.cdn.tvc.ru
www.commi.narod.ru
www.dezinfo.net
www.nasa.gov
www.novosti-n.org
www.prirodasibiri.ru
www.radikal.ru
www.spacenews.com
www.esa.int
www.bse.sci-lib.com
www.kosmos-x.net.ru
www.rocketpolk44.narod.ru
www.criotehnika.ru
www.трансавтоцистерна.рф
www.chistoprudov.livejournal.com/104041.html
www.cryogenmash.ru
www.eldeprocess.ru
www.chemistry-chemists.com
www.rusvesna.su
www.arms-expo.ru
www.armedman.ru
www.трансавтоцистерна.рф
www.ec.europa.eu
www.mil.ru
www.kbkha.ru
www.naukarus.com
Ctrl Enter
Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter