Обломанные крылья криогенной авиации

Ровно 22 года назад совершил экспериментальный полёт первый в мире самолет - летающая лаборатория Ту-155 с экспериментальным двигателем НК-88 разработки ОКБ Н.Д. Кузнецова, работающим на альтернативных видах топлива. В общей сложности Ту-155 выполнил почти 100 испытаний на сжиженном природном газе (СПГ) и жидком водороде. Работа продолжилась с новым проектом Ту-156. Этими полетами была доказана реальность создания криогенной авиации, которая относится к технологиям третьего тысячелетия.

Однако работы не были доведены до завершения вследствие начала «эпохальных преобразований» в России и связанного с этим прекращения финансирования. А ведь криогенные двигатели на СПГ — это спасательный круг для человечества, катастрофически теряющего остатки традиционных энергоносителей, и в особенности для России.

- Дефицит нефти постоянно обостряется. За минувшие четверть века удельный вес нефти в мировом энергобалансе понизился более чем на 10 %. Наша цивилизация поставлена перед необходимостью в короткие сроки решить проблему своего выживания. То есть найти возможности для перехода с топлива, получаемого из нефти, на новые альтернативные виды топлива, прежде всего в промышленности и на транспорте, - считает доктор геолого-минералогических наук из Сибири Владимир Тимонин. - Особенно это важно для России с учетом ее огромной территории, наличия богатых природных ресурсов, географического положения и разнообразных климатических зон. По расчетам, нефтяное топливо у нас иссякнет значительно раньше, чем в остальном мире: по данным ОПЕК, разведанных запасов нефти в России хватит примерно на 15 лет. Очевидно, что сроки внедрения новых альтернативных видов топлива для России должны быть более жесткими, чем для других стран.

С особой остротой проблемы перехода на новые виды топлива проявляются в авиации, где происходит постоянное увеличение интенсивности перевозок и, соответственно, рост расхода топлива. В развитых странах уже сегодня доля авиации составляет около 30% годового расхода топлива на все виды транспорта. Альтернативными авиационными топливами являются криогенные: жидкий водород и сжиженный природный газ (СПГ), в основном состоящий из метана.

СПГ значительно дешевле нефтяного топлива и практически полностью может использоваться в качестве авиационного топлива, в то время как для получения нефтяного авиатоплива используется только 6-7% нефти.

Стоимость авиакеросина в России в настоящее время в среднем составляет 8000 руб. за тонну, стоимость тонны СПГ - 3000 руб. Выигрыш составляет 5000 руб. В дальнейшем, по мнению многих экспертов, следует ожидать постепенного роста этого выигрыша.

Кроме того, криогненнгые виды топлива экологически более чистые, чем нефтяные, и благодаря большим хладоресурсу и энергосодержанию способны значительно повысить летно-технические характеристики летательных аппаратов. К тому же применение криогенных топлив более безопасно, чем применение авиационного керосина. Даже небольшая утечка криогенного топлива может быть обнаружена посредством газового анализа с немедленным принятием мер по предотвращению воспламенения. В отличие от керосиновых, криогенные топливные баки не взрывоопасны, так как в них отсутствует кислород. При разливе криогенное топливо быстро испаряется и улетучивается.

Есть еще один важный плюс. Природный газ, хотя и для других целей, с помощью трубопроводов сегодня подведен практически к каждому аэродрому, т.е. вопросы его транспортировки, в основном, уже решены. А криогенные установки возможно развернуть непосредственно на местах, что повышает доступность и транспортную дешевизну такого топлива.

Работы по созданию криогеннных двигателей усиленно ведутся в США, Индии и некоторых других странах. Но Россия является наиболее подготовленной страной к созданию летательных аппаратов, использующих криогенные топлива. Ведь у нас имеется бесценный советский опыт и, к счастью, он сохранен.

Несмотря на фактическое отсутствие финансирования, сотрудники ОАО «Туполев», можно сказать, на общественных началах продолжали работы по криогенной тематике. Были разработаны технические предложения на переоборудование ряда новых пассажирских и грузовых самолетов с введением криогенных силовых установок, использующих в качестве топлива СПГ и керосин. Кроме того, разработаны проекты криопланов на базе самолетов А-310 и До-328 с использованием только жидкого водорода.

В последние годы государство обратило внимание на проблему внедрения в качестве авиационного топлива СПГ, что нашло отражение в «Программе развития гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года».

По данным сайта ОАО «Туполев», на базе пассажирского сертифицированного среднемагистрального самолета Ту-204 с двигателями ПС-90А ведется проектирование среднемагистрального самолета Ту-204К с двигателями ПС-92, предназначенного для перевозки пассажиров на авиалиниях. Керосин на самолете размещается в крыльевых топливных баках, баки с СПГ располагаются на фюзеляже в обтекателе, имеющем форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением. Этот самолет способен перевозить 210 пассажиров на расстояние до 5200 км. В баки самолета заправляется 22,5 т СПГ и 5,5 т керосина в качестве аэронавигационного запаса.

Начаты работы по созданию нового регионального грузопассажирского самолета Ту-136 с двумя двигателями ТВ7-117СФ, который имеет оптимальную компоновку, учитывающую свойства СПГ. Этот самолет предназначен для пассажирских и грузовых перевозок. Он может эксплуатироваться с аэродромов любого класса, в том числе с грунтовых - использоваться на сети трасс, связывающих областные центры России, и для грузопассажирских перевозок при обслуживании центров добывающей промышленности, а также как летающая лаборатория для инспектирования магистральных газопроводов районов Севера и Сибири. Самолет после сертификации сможет использоваться зарубежными авиакомпаниями в странах, имеющих развитую инфраструктуру потребителей природного газа.

Этот самолет взлетной массой в 20 т будет перевозить 53 пассажира или до 5 т груза на расстояние до 2200 км со скоростью 550 км/ч на высоте около 7,2 км. Применение СПГ позволит примерно на 30 % сократить прямые эксплуатационные расходы.

Ведется проектирование транспортного самолета Ту-330К с двигателем НК-94, работающим на сжиженном природном газе. Самолет предназначен для перевозки военных и гражданских грузов массой до 35 т. Предусматривается возможность посадки самолета на грунтовой аэродром.

Начаты проектные работы по созданию ближнемагистрального пассажирского самолета Ту-334К с двигателями BR-710C на базе самолета Ту-334. Он сможет перевозить 102 пассажира на расстояние до 2000 км на высоте до 10,6 км. В самолет заправляется 7 т. СПГ и 2 .т керосина в качестве аэронавигационного запаса.

Неожиданно заинтересовалось криогенными двигателями ОАО «Российские железные дороги», которое выступило заказчиком работ по созданию двигателя, работающего на сжиженном природном газе. Создание газотурбовозов входит в стратегию компании по снижению потребления энергоресурсов.

Как отметили в пресс-службе Куйбышевской железной дороги, создание газотурбовозов весьма перспективно, но реализация идеи потребует огромного инженерного труда. Авиационные турбины, которые будут устанавливать на газотурбовозы, отличаются от традиционных железнодорожных двигателей по параметрам, способу применения и предъявляемым к ним требованиям.

Очевидно, что Россия имеет все возможности для создания криогенной авиации. Насколько быстро это произойдёт, теперь зависит только от осознания важности проблемы руководством страны.

Из досье «СП»

История работ в ОКБ А.Н. Туполева по альтернативным видам топлива уходит в 60-е гг. - уже тогда рассматривалась возможность перевода силовых установок проектируемых в ОКБ самолетов на жидкий водород. В середине 70-х гг. Академией наук СССР совместно с рядом научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро была разработана программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по широкому внедрению альтернативных видов топлива в народное хозяйство. В авиапромышленности она получила название - тема «Холод». В рамках этой программы ОКБ А.Н. Туполева было поручено создание на базе самолета Ту-154 летающей лаборатории, использующей в качестве топлива жидкий водород и СПГ.

В середине 1970-х гг. прошлого века в СССР господствовала энергетическая стратегия, согласно которой, прежде всего, планировалось использовать атомную энергетику, а нефть и газ ввиду малости запасов, как тогда считалось, планировалось отодвинуть на второй план.

Однако параллельно начала осуществляться программа водородной энергетики. Алексей Андреевич Туполев принял смелое решение - построить «водородный» самолет. Такой самолет был построен и успешно испытан без единого серьезного инцидента. Этому предшествовала большая многолетняя программа стендовых и наземных испытаний, направленная как на проверку функционирования новых систем (а их на самолете было около 30), так и, в первую очередь, на обеспечение безопасной эксплуатации.

К сожалению, упомянутая энергетическая стратегия оказалась не совсем точной. Атомная энергетика не получила доминирующего развития. Основное место в программе развития энергетики страны занял природный газ, превысивший со временем по удельному весу в энергетическом балансе 50 %.

Поэтому наша летающая лаборатория, приобретшая статус экспериментального самолета Ту-155, была доработана под использование не только жидкого водорода, но и под применение сжиженного природного газа (СПГ). Таким образом, был создан первый в мире самолет на криогенных топливах.

15 апреля 1988 г. самолет совершил первый полет на жидком водороде. После проведения летных испытаний и доработок 18 января 1989 г. самолет Ту-155 совершил первый полет на сжиженном природном газе. Выполнена большая летно-исследовательская программа, проведено несколько международных демонстрационных полетов, в том числе в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция), Берлин и Ганновер (Германия).

Появление самолета Ту-155 коренным образом изменило спектр проблем создания криогенной авиации. Реально доказано, что современными техническими средствами создана силовая установка, позволяющая столь же уверенно и безопасно, как на обычном керосине, летать на сжиженном природном газе и на жидком водороде.

Главный результат работ по самолету Ту-155 - были созданы:

• коллективы специалистов в области авиационной криогеники на целом ряде предприятий;

• наземная инфраструктура для обслуживания криогенных самолетов;

• комплекс наземных криогенных стендов.

Появилась реальная возможность перейти к практическому созданию самолетов на сжиженном природном газе.

(По материалам сайта ОАО «Туполев»)