Криогенное топливо для российской авиации

Сможет ли сжиженный газ, заменив высокооктановый авиационный керосин, поднять в небо многотонный современный авиалайнер? На этот вопрос положительно ответили более четверти века назад советские авиастроители, добившись успеха, который в США сопоставили с запуском первого спутника Земли. Сегодня в России продолжаются исследования в этом направлении.

15 апреля 1988 года начались летные испытания экспериментального самолета Ту-155, который в качестве топлива использовал водород, а значит, не загрязнял окружающей среды. Несмотря на то, что испытания подтвердили целесообразность использования криогенного топлива, многотонные лайнеры до сих пор продолжают летать на керосине.

Объективная реальность заключается в том, что одним из важнейших условий развития цивилизации являются такие полезные ископаемые, как нефть и газ. И это притом, что еще великий русский химик Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями. Правда, чистую нефть сегодня уже давно никто не сжигает, но очень широко используются продукты ее перегонки, и, в первую очередь, — бензин и керосин. Но что такое тот же керосин, использующийся в современных авиадвигателях? Он, прежде всего, характерен вредными выхлопными газами, загрязняющими атмосферу, хотя сегодня известны и весьма выгодные виды альтернативного жидкого топлива. Это жидкий водород (но он пока еще дорог по сравнению с нефтяным топливом) и сжиженный газ. Впрочем, в связи с неуклонным ростом цен на нефть, цена жидкого водорода в перспективе сравняется с ценой нефтяного топлива и даже станет ниже. Ну, а на сжиженном газе работают многие сегодняшние автомобили и это никого уже не удивляет!

И опять-таки следует помнить, что запасы нефти, из которой производится львиная доля используемого в мире топлива (несмотря на то, что нефть постепенно сдает свои позиции природному газу), быстро уменьшаются. Такое положение уже довольно давно заставляет исследователей и ученых всего мира искать альтернативные источники топлива, в том числе и для авиации. И вот одним из направлений такой деятельности стали разработки летательных аппаратов, использующих криогенное топливо, начатые еще при Советском Союзе!

Читайте также: Военная форма и защитит, и оценит здоровье

В середине 80-х годов прошлого века в конструкторском бюро А.Н.Туполева начали создавать самолет, использующий в качестве топлива жидкий водород. Он был разработан на базе серийного авиалайнера ТУ-154Б с использованием турбореактивного двухконтурного двигателя НК-88. Этот двигатель был создан в двигателестроительном конструкторском бюро им. Кузнецова (Самара) на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2 и предназначался для работы на водороде или же природном газе. Причем работы по новой тематике начались в этом КБ еще в 1968 году!

Криогенный означает "рожденный холодом", и это название только подчеркивает, что топливом в этом случае служит сжиженный газ, который хранится при очень низкой температуре. Первым таким газом, стал водород. По своей теплотворной способности он втрое превосходит керосин и, кроме того, при его сгорании в двигателе в атмосферу выделяется вода и лишь совсем небольшое количество окислов азота. То есть для атмосферы он практически на все 100 процентов безвреден.

Новый самолет, работающий на новом топливе, получил наименование ТУ-155. Однако далеко не все было просто, так что его создателем пришлось решить немало проблем. Начнем с того, что водород — это опасное топливо. Он чрезвычайно летуч и горюч, а в смеси с воздухом еще и взрывоопасен. К тому же, водород обладает исключительной проникающей способностью, а хранить и транспортировать его можно только лишь в сжиженном состоянии и при очень низкой температуре, близкой к температуре абсолютного нуля (-273 градуса по Цельсию)! Согласитесь, что все эти особенности водорода как топлива представляют собой достаточно серьезную проблему.

Поэтому-то ТУ-155 и подвергся серьезной переделке. Вместо правого двигателя НК-8-2 был установлен новый опытный криогенный НК-88, а в задней части фюзеляжа на месте пассажирского салона специальный бак для жидкого водорода, объемом 20 куб. м. с усиленной экранно-вакуумной изоляцией, где водород мог храниться при температуре ниже минус 253 градуса Цельсия. К двигателям он подавался специальным турбонасосным агрегатом, какие используются на космических ракетах.

Потребовалось создать и не менее сложное, обеспечивающее заправку и хранение, наземное оборудование. Правда, тогда полным ходом шла разработка системы многоразового космического аппарата "Буран", на ракете-носителе которого одним из компонентов топлива как раз и должен был стать жидкий водород. Поэтому считалось, что вскоре все это будет поставлено на промышленную основу и недостатка в новом топливе не будет. Тем не менее, его стоимость оказалась многократно выше стоимости керосина, и понятно, что в тех условиях позволить себе переход на водород в качестве авиационного топлива наша страна просто не могла. Поэтому уже тогда специалисты задумались о другом виде криогенного топлива — сжиженном природном газе.

Тем не менее, первый полет ТУ-155 на жидком водороде все-таки состоялся 15 апреля 1988 года. Затем было совершено еще четыре таких полета. А затем ТУ-155 подвергся доработке для полетов с использованием уже сжиженного природного газа, поскольку этот вид топлива по сравнению с водородом оказался дешевле и доступнее в разы. При этом теплотворная способность жидкого газа на 15 процентов выше, чем у керосина и он также мало загрязняет атмосферу, ну, а хранить его можно при температуре минус 160 градусов, что на целых 100 градусов выше, чем у водорода. Кроме того, по сравнению с водородом сжиженный природный газ все-таки не так пожароопасен (хотя, конечно, опасность такая все же существует) и есть достаточный опыт поддержания его в безопасном состоянии. Организация газоснабжения аэродромов тоже не представляет чрезвычайной сложности, поскольку к каждому крупному аэропорту в наше время подведены газовые трубопроводы.

Первые полеты ТУ-155, уже использующего в качестве криогенного топлива сжиженный природный газ, состоялись в январе 1989 года. Всего было около 90 таких полетов. Все они показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшился почти на 15 процентов, а это значит, что самолет становится экономичнее и выгоднее. И это не говоря уже о его очевидных экологических преимуществах!

Читайте также: На Черном море взовьются новые вымпелы

Теперь немного о перспективах перехода на криогенное топливо. В конце 90-х Газпром выступил с инициативой постройки сначала грузопассажирского, а потом и чисто пассажирского авиалайнера, который мог бы целиком и полностью работать на природном газе. Самолет получил наименование ТУ-156 и создавался на базе уже имевшегося ТУ-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89: аналогичные НК-88, но имеющие сразу две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива. Это было удобно в том плане, что далеко не везде имелась возможность заправки самолета жидким газом, и в этом случае он мог бы по мере необходимости легко переходить с одной системы питания на другую. На это по разработанной технологии требовалось всего пять минут. Главной особенностью НК-89 был теплообменник, в котором сжиженный газ переходил в газообразное состояние и лишь только после этого поступал в камеру сгорания.

Были проведены большие исследовательские и расчетные работы по перекомпоновке отсеков и расположению топливных баков. К 2000-му году на Самарском авиационном заводе должны были быть выпущены первые три ТУ-156 и затем начата их сертификация и опытная эксплуатация. Однако сделано этого не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были не технические, а исключительно финансовые.

Читайте также: Есть ли шансы у танка "Терминатор"?

После этого было создано еще несколько проектов самолетов, использующих криогенное топливо, например, ТУ-136 с турбовинтовыми двигателями, работающими как на керосине, так и на сжиженном газе, баки для которого находились в мотогондолах его двигателей, и широкофюзеляжный ТУ-206 с турбореактивными двигателями, работающими на газе. Однако на данный момент все эти проекты так проектами и остались. Причем в мире не было и до сих пор нет летательных аппаратов, подобных нашему российскому ТУ-155. Зато остались слова, сказанные американским авиационным инженером Карлом Бревером: "Русские совершили в авиации дело, соразмерное полету первого спутника Земли!".