Роскосмос» создаст ракетный двигатель на метане

«Роскосмос» создаст ракетный двигатель на метане

Роскосмос планирует начать разработку ракетного двигателя на природном газе в ближайшее время. Финансирование соответствующей разработки заложено в проекте Федеральной космической программы на 2016–2025 годы (ФКП), направленном на согласование в министерства (копия есть в «Известиях»). Работы по созданию двигателя на метане предусмотрены опытно-конструкторской работой «ДУ СВ» («Двигательные установки средств выведения»). В рамках «ДУ СВ» планируется разработка базовых элементов маршевых двигательных установок на кислородно-углеводородном топливе. На ОКР «ДУ СВ» Роскосмос просит выделить 25,223 млрд рублей (с началом финансирования в этом году — в объеме 470,8 млн рублей), однако не все средства предназначены на создание метанового двигателя. В «ДУ СВ» включены работы по созданию опытных образцов жидкостных ракетных двигателей нового поколения, оснащенных системой диагностики и аварийной защиты, и базовых элементов двигателей на основе композитных материалов, а именно сопел, сопловых насадок радиационного охлаждения и донных экранов.

— Мы планируем сделать демонстратор двигателя на метане даже с учетом того, что носителя с таким двигателем пока строить не планируется, — говорит один из составителей проекта ФКП. — Тем самым думаем обеспечить задел, чтобы не отстать в плане технологий от зарубежных конкурентов. Пока речь идет о создании двигателя средней тяги для второй ступени перспективной ракеты. Изначально задумывалось, что метановыми двигателями будет комплектоваться ракета «Феникс» (ее разработка также запланирована проектом ФКП), но позднее с учетом ситуации с бюджетом решили принципиально новую ракету не делать, а вернуться к идее воссоздания российского «Зенита» с модернизированным двигателем РД-171.

Возможность использования метана в качестве ракетного топлива изучалась еще в СССР. В России тема метановых двигателей прорабатывалась химкинским НПО «Энергомаш», воронежским Конструкторским бюро химавтоматики и самарским ЦСКБ «Прогресс». В 2012 году в НПО «Энергомаш» прошел научно-технический совет по созданию ракетного двигателя, работающего на природном газе, где было предложено начать разработку однокамерного двигателя тягой в 200 т на топливе «жидкий кислород – сжиженный метан».

В 2014 году ЦСКБ «Прогресс» представило свое видение ракеты будущего — перспективного носителя сверхтяжелого класса, все двигатели которого работают на сжиженном природном газе (СПГ). При этом самарцы обосновывали свой выбор метана в качестве топлива следующими аргументами: «Предлагаемое горючее является перспективным, активно осваивается другими отраслями промышленности, обладает более широкой сырьевой базой по сравнению с керосином и низкой стоимостью — это является важным моментом, учитывая срок создания и планируемый период эксплуатации комплекса, а также возможные (прогнозируемые) проблемы производства керосина через 30–50 лет».

В ЦСКБ уже ощущают проблемы производства ракетного керосина. Ракеты «Союз», которые делают в Самаре, сейчас летают на искусственно созданном топливе, потому что изначально для создания керосина для этих ракет использовались только определенные сорта нефти из конкретных скважин. В основном это нефть Анастасиевско-Троицкого месторождения в Краснодарском крае. Но нефтяные скважины истощаются, и ныне используемый керосин является смешением композиций, которые добываются из нескольких скважин. По оценкам экспертов, проблема дефицита здесь будет только усугубляться.

В ЦСКБ «Прогресс» посчитали, что использование двигателей на СПГ позволит «обеспечить относительно низкую стоимость пуска — в 1,5–2 раза ниже, чем на керосиновых двигателях, высокую экологичность, более высокие удельные характеристики, единый тип двигателя и топлива «СПГ + жидкий кислород», что значительно упростит наземную инфраструктуру».

Главный конструктор НПО «Энергомаш» Владимир Чванов ранее заявлял «Известиям», что с конструкционной точки зрения метан привлекателен при создании многоразовых носителей.

— Чтобы освободить полости двигателя, нужно только пройти цикл испарения — то есть двигатель легче освобождается от остатков продуктов, — пояснял Чванов. — За счет этого метановое топливо более приемлемо с точки зрения создания двигателя многоразового использования и летательного аппарата многоразового применения. В то же время 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.

Метановый двигатель упоминают применительно к полетам на Марс: считается, что марсианскую ракету есть смысл комплектовать метановым двигателем, так как метан можно синтезировать из воды и двуокиси углерода из атмосферы Марса.

Метановые автомобили — ближайшее будущее?

no copyright

В качестве моторного топлива используют два вида газа — пропан-бутан и метан. Пропан-бутан — это сжиженный углеводородный газ. Метан — это чистый природный газ, хорошо знакомый нам в быту. Метан попадает на заправки через газораспределительную систему и в баллоне находится в сжатом состоянии.

Пропан-бутан и метан отличаются друг от друга не только по физическим и химическим свойствам, но и эксплуатационным характеристикам. В последние десять лет мировой парк автомобилей на метане растет гораздо быстрее парка машин на пропане. Метан дешевле, безопаснее и удобнее в применении, поэтому он становится все более привлекательной альтернативой не только пропану, но и бензину и дизельному топливу.

В мае этого года Правительство России поддержало мировой тренд: вышло распоряжение о переводе на метан половины общественного транспорта в крупных городах. Для выполнения этого плана по всей стране будет создана сеть АГНКС — станций для заправки автомобилей природным газом. Переход транспорта на метан приобретает массовый характер. Предлагаем разобраться в основных особенностях и выгодах использования метана в качестве моторного топлива.

Метан — это безопасно

Существует миф, что природный газ якобы «взрывоопасен». На самом деле его безопасность подтверждена давно и многократно. Метан официально имеет наивысший класс безопасности среди горючих веществ. Это означает, что он воспламеняется гораздо тяжелее, чем бензин или пропан.

Современные баллоны для метана производят таким образом, чтобы емкости могли выдерживать удары любой силы без повреждений. Даже в случае ДТП или пожара баллоны, наполненные метаном, не взрываются. Газ стравливается через специальные вставки, которыми оснащены емкости. Метан легче воздуха, поэтому не успевает осесть и образовать взрывоопасную концентрацию. Именно поэтому во многих странах разрешено строить АГНКС в жилых кварталах.

— Природный газ — наиболее безопасный вид топлива. Баллоны для метана обладают высокой надежностью и многократным запасом прочности, — поясняет начальник отдела по работе с производителями газоиспользующей и газозаправочной техники управления развития ООО «Газпром газомоторное топливо» Дмитрий Самсонов. — Это подтверждено различными испытаниями: на устойчивость к разрушению при падении с высоты, воздействием экстремальных температур, кислоты и т.д. Если оценить статистику взрывов и пожаров на обычном транспорте и сопоставить эти показатели с данными по метановым автомобилям — преимущество метана станет очевидным.

Автомобиль на метане мощнее

15–20 лет назад, в эпоху автомобилей с карбюраторными двигателями, транспорт на газе действительно терял в мощности, но эти времена давно в прошлом. Для современных двигателей с электронным зажиганием метан является идеальным топливом. Он легко перемешивается с воздухом в камере сгорания и обеспечивает оптимальное распределение смеси воздуха и топлива. Метан обладает высокими антидетонационными свойствами. Это позволяет применять высокую степень сжатия (12:1) и значительно повышать мощность двигателя.

no copyright 2

Ведущие автопроизводители: Volkswagen, Volvo, Opel, Audi и многие другие, уже наладили массовый выпуск метановых автомобилей. Эти модели ни в чем не уступают бензиновым аналогам. Стараются не отставать от прогрессивных тенденций и российские производители. АВТОВАЗ выпустил газовый легковой автомобиль Lada Priora и уже представил проект двухтопливной Lada Granta.

Метан гарантирует долговечность двигателю

Слухам о том, что газ портит двигатель, метан обязан пропан-бутану. Состав этой смеси непостоянен, поэтому существует риск заправить автомобиль некачественным газом или топливом, не соответствующим сезону. В случае с метаном, состав которого однороден, это невозможно. Это чистое топливо, которое не подвергается никакой обработке, кроме очистки, осушки и сжатия в компрессоре.

Volkswagen Passat Variant EcoFuel

Доказано, что использование метана в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5–2 раза. Во-первых, при работе двигателя не возникает детонации в цилиндрах, что снижает нагрузку на элементы и узлы цилиндро-поршневой группы. Во-вторых, при использовании метана масляная пленка с цилиндров не смывается, как в случае с бензином или дизелем, что обеспечивает оптимальный режим работы и смазки двигателя, значительно снижая его износ.

Сегодня метан остается наиболее современным, экологичным и безопасным видом топлива. Очевидно, что с увеличением количества метановых заправочных станций его популярность будет быстро расти. Уже сегодня эксперты автомобильного рынка с нетерпением ждут, когда мировые автопроизводители в массовом порядке начнут поставки метановых автомобилей на российский рынок.

Метан вместо бензина: сколько можно сэкономить

В эпоху высоких цен на традиционное топливо природный газ (метан) становится наиболее реальной альтернативой привычному бензину и дизелю. Дело в том, что его октановое число составляет 105 единиц, он прекрасно воспламеняется в цилиндрах двигателя и практически не снижает КПД мотора.

Кроме того, метан экологичен и безопасен. Так, выбросы углекислого газа у автомобиля на метане почти в три раза меньше, чем у бензинового, а выбросы азота ниже на 90% по сравнению с дизельными машинами. В выхлопах газового транспорта полностью отсутствуют сажа и соединения серы, что обеспечивает в девять раз меньшую задымленность и загрязнение воздуха.

Что касается безопасности использования метана, то достаточно знать лишь пару важных цифр. Например, нижний предел температуры самовоспламенения метана составляет 650 градусов по Цельсию, в то время как у дизеля она достигает 320, а у бензина — 250 градусов. Природный газ почти в два раза легче воздуха, поэтому при разгерметизации газобаллонного оборудования он сразу улетучивается. Да и вообще, по классификации горючих веществ МЧС по степени чувствительности метан входит в самый безопасный четвертый класс.

Но самое большое преимущество природного газа — это его стоимость. Цена метана — одна из самых низких по сравнению с другими видами топлива для двигателей внутреннего сгорания. Стоимость 1 куб. м газа в среднем по России составляет 16 рублей. Причем кубометр метана эквивалентен по расходу одному литру бензина.

В пользу метана говорит и тот факт, что самый крупный отечественный автопроизводитель АвтоВАЗ начал выпускать двухтопливные модели, помимо бензина работающие именно на метане. Первой двухтопливной моделью компании стала Lada Vesta CNG, которая уже разошлась тиражом свыше 3000 экземпляров. А в начале апреля дебютировала Lada Largus CNG, которая также может работать как на бензине, так и на природном газе.

Для хранения природного газа на борту автомобиля установлен баллон объемом 90 л, который вмещает в себя 22 кубических метра метана. Благодаря этому запас хода универсала при полной заправке бензином и природным газом составляет более 1000 км. Причем Largus CNG доступен во всех исполнениях: это и пятиместный универсал, и версия Cross, и цельнометаллический фургон, который наверняка окажется очень востребован в коммерческих парках малого и среднего бизнеса.

Кроме того, сервис «Яндекс.Такси» уже использует около 3000 машин, работающих на метане. Такси-агрегатор совместно с компанией «Газпром газомоторное топливо» реализует масштабный проект по переводу на природный газ автомобилей такси в различных регионах нашей страны. Заправка этих машин газом давно не проблема. В России действуют уже 406 газозаправочных объектов, 309 из которых входят в Группу «Газпром».

Наиболее простой способ — это покупка автомобиля уже в заводском газовом исполнении. Но если у вас уже есть машина и она работает на привычном бензине, то ее можно оснастить ГБО. Причем перевод автомобиля на природный газ — не столь сложная и дорогостоящая процедура. Переоснащение уже имеющейся техники газобаллонным оборудованием можно провести по ряду программ «Газпром газомоторное топливо».

Так, участники программы для юридических лиц «Первый раз — первый газ» получают газовое оборудование в аренду на три года, с обязательной выборкой природного газа.

Вторая программа — «ЭкоГаз — экономия для Вас! +». Для ее участников компания «Газпром газомоторное топливо» частично компенсирует стоимость газобаллонного оборудования при установке в партнерском пункте по переоборудованию и предоставляет топливную карту с лимитированным объемом: до 4000 куб. м природного газа в подарок для юридических лиц и скидку до 35 000 экобонусов (1 экобонус = 1 руб.) для физических лиц. Экобонусами можно оплачивать до 50% стоимости топлива.

Третья программа, в которой могут участвовать и физические и юридические лица, — EcoCity. Клиент устанавливает оборудование в одном из партнерских пунктов, а компания размещает рекламу с топливным брендом на борту переоборудованного автомобиля. За это клиент ежеквартально получает денежное вознаграждение.

Пожалуй, это главный вопрос, который волнует как простых автомобилистов, которые думают перевести личный транспорт на газомоторное топливо, так и руководителей автопарков компаний, где несут службу десятки или даже сотни машин. Универсальной формулы расчета выгоды не существует, но примерную сумму, которую можно сэкономить при переводе транспорта на метан, все же можно прикинуть.

Например, у упомянутой выше Lada Largus расход бензина в смешанном цикле составляет 8 л на 100 км, столько же кубометров на «сотню» уходит и метана. Соответственно, при заправке бензином, с учетом средней стоимости 92-го в 41,4 руб. за литр, каждые 100 км пути обойдутся примерно в 328,8 рубля. А при езде на природном газе, с учетом средней стоимости метана в 16 руб. за кубометр, каждые 100 км пути обойдутся примерно в 128 рублей.

Если вы простой автовладелец и ваш среднегодовой пробег не превышает 15 000 — 20 000 км, то при использовании метана экономия за год составит примерно 28 620 — 38 160 рублей. А если машина будет эксплуатироваться в коммерческом автопарке и ее среднегодовой пробег будет достигать 100 000 км, то экономия при использовании метана составит примерно 190 800 рублей.

Газовые двигатели RGK производства «РМЗ РариТЭК»

Двигатель RGK изготавливается из сборочного комплекта 820.62-1000400-55, выпуск которого освоен на заводе двигателей ПАО «КАМАЗ» и газовой системы питания EControls.

«РМЗ РариТЭК» проработал и предлагает варианты применения моноподачи газа:

Установка газового двигателя КАМАЗ с моноподачей газа на новые транспортные средства выпускающиеся на конвейере заводов изготовителей автомобилей, автобусов и сельскохозяйственной техники.

Переоборудование транспортных средств находящихся в эксплуатации с заменой дизельного двигателя на новый газовый двигатель КАМАЗ с моноподачей газа изготовленный на базе СКД.

Переоборудование транспортных средствах находящихся в эксплуатации, путем доработки в условиях специализированной мастерской дизельных двигателей в газовый по линии капитального ремонта.

Применение моноподачи газа на транспорте позволит увеличить парк надежных и экономичных газобаллонных автомобилей за счет выпуска новой техники и за счет переоборудования существующей дизельной.

Сертификат ТС RU C-RU.MT25.В.05804 на соответствие требованиям ТР ТС 018 семейства двигателей Евро-5 автомобильной и автобусной комплектаций

Двигатели RGK сертифицированы для эксплуатации на компримированном и сжиженном природном газе.

На базе газового двигателя RGK.EC.820 автомобильной комплектации разработано семейство двигателей для тракторов и сельхозмашин, разрабатываются стационарные и промышленные двигатели для привода генераторов, насосов и компрессоров.

На базе модернизированной газовой системы EControls можно переоборудовать дизельные двигатели автомобилей КАМАЗ находящихся в эксплуатации. В течение короткого времени получить эффект за счет экономии затрат на топливо, улучшить выбросы, при этом затраты на переоборудование существенно ниже приобретения новых автомобилей в газовом исполнении.

Двигатели семейства RGK.ЕC.820 выполняют требования Евро-5 по выбросам вредных веществ с отработавшими газами, обеспечивают высокие тягово-динамические характеристики и оптимальную топливную экономичность, устойчиво запускаются, при температуре окружающего воздуха минус 30 градусов без использования предпускового подогревателя.

Заявленные рабочие параметры обеспечивает газовая система моноподачи EControls за счет приготовления гомогенной рабочей смеси газа с воздухом, равномерного распределения смеси по цилиндрам, устойчивого воспламенения и оптимального сгорания. Отдельные компоненты газовой системы питания моноподачи газа имеют высокую надежность и обеспечивают длительный ресурс, например клапан непрерывной подачи газа работает без нареканий более 1 600 000 км.

Эксплуатация ТС с общим пробегом более 5 000 000 км. показала следующие преимущества газавой системы двигателей RGK:

1. Равномерная газовоздушная смесь и наполнение цилиндров рабочей смесью одинаковой мощности улучшает работу двигателя, обеспечивает стабильное воспламенение, исключает пропуски искрообразования, увеличивает ресурс свечей зажигания

2. Выполняются экологические требования Е5.

3. Улучшается топливная экономичность до 15%.

5. Двигатель устойчив к загрязнениям и газовому конденсату.

6. Увеличен ресурс ЦПГ, высокая надежность и стабильность рабочих параметров двигателя.

7. Обеспечен холодный пуск без подогрева до минус 28 градусов.