Жидководородное топливо¶

Жидководородное топливо (ЛВЖ) — обобщённое название группы горючих жидкостей, используемых в качестве ракетного топлива, хладагентов и криогенного сырья в космической и оборонной промышленности. Термин «ЛВЖ» (сокращение от «летучие жидкости») широко применяется в отечественной ракетной технике для обозначения компонентов ракетного топлива, находящихся в жидкой фазе при рабочих температурах. Наиболее известными представителями ЛВЖ являются жидкий водород, жидкий кислород, жидкий азот, а также керосиновые и амильные компоненты.

¶Основные виды ЛВЖ

К ЛВЖ относят несколько групп веществ, различающихся по химическому составу и назначению:

¶Жидкий водород

Жидкий водород (ЛВД) — наиболее энергоёмкое ракетное топливо. Удельный импульс двигателя на паре «жидкий водород — жидкий кислород» достигает 450–460 с, что примерно вдвое выше, чем у керосиново-кислородной пары. Основной недостаток — крайне низкая температура хранения (−252,9 °C) и низкая плотность (70,8 кг/м³), что требует больших по объёму баков и сложной теплоизоляции.

В СССР и России жидкий водород применялся в разгонных блоках «Криоген», созданных для ракеты-носителя «Энергия». Блок использовал двигатель РД-57 на паре «ЛВД + ЖК» и предназначался для выведения полезной нагрузки на орбиты с высоким перигеем. В США жидкий водород является основным компонентом разгонных блоков Centaur и ICPS, а также первой ступени ракеты-носителя SLS.

¶Жидкий кислород

Жидкий кислород — наиболее распространённый окислитель в ракетостроении. Применяется практически во всех отечественных ракетах-носителях: «Союз», «Протон», «Ангара», «Восток». Жидкий кислород хранится в криогенных баках при температуре ниже −183 °C и требует постоянной доливки при длительном простое на стартовом столе.

¶Ракетный керосин

Ракетный керосин марок Т-1, Т-1С и РГ-1 представляет собой очищенные фракции нефти с узким диапазоном кипения. По сравнению с ЛВД и ЖК керосин не требует криогенного хранения, что упрощает обращение с ракетой. Керосиново-кислородная пара применяется в двигателях РД-107/108 (семейство «Союз»), РД-170/171 и РД-180, а также в первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 компании SpaceX (двигатель Merlin на RP-1 — аналоге РГ-1).

¶Криогенное хранение и обращение

Работа с ЛВЖ требует специальной инфраструктуры:

• Криогенные баки — ёмкости с многослойной вакуумной теплоизоляцией («термос»), предотвращающие испарение хладагента.
• Системы предхолоджения — заправка топливом начинается с предварительного охлаждения магистралей и баков, чтобы избежать бурного вскипания.
• Вентиляционные системы — отвод избыточного давления при испарении ЛВЖ.
• Заправочные комплексы — стационарные и мобильные станции, обеспечивающие подачу компонентов топлива на стартовый комплекс.

На космодроме Байконур для ракеты «Энергия» был построен крупнейший в СССР комплекс криогенного заправки, включавший установки производства и хранения жидкого водорода. В США аналогичная инфраструктура создана на космодромах Кеннеди и Ванденберг для ракет SLS и Falcon 9.

¶Применение в оборонной технике

Помимо ракет-носителей, ЛВЖ используются в военной технике. Жидкий кислород применяется в торпедных двигателях (например, в советской торпеде 53-65 с кислородно-керосиновым двигателем), а также в системах жизнеобеспечения подводных лодок. Амильный спирт (НЕВ — неэтиловый спирт) использовался в качестве горючего для поршневых двигателей торпед.

¶Экологические и эксплуатационные особенности

Сжиженные газы при испарении образуют облака, не имеющие цвета и запаха, что создаёт риск скопления в замкнутых объёмах. Жидкий кислород является сильным окислителем и образует взрывоопасные смеси с органическими материалами. Жидкий водород, наоборот, горит практически невидимым пламенем, что затрудняет обнаружение утечек.

В России безопасность при работе с ЛВЖ регламентируется отраслевыми стандартами ракетно-космической отрасли, а также правилами промышленной безопасности для опасных производственных объектов.

¶История применения в России

Первые отечественные работы по использованию ЛВЖ относятся к концу 1940-х годов, когда под руководством С. П. Королёва и В. П. Глушко создавались жидкостные ракетные двигатели на основе спиртов, керосина и жидком кислороде. Ракета «Семёрка» (Р-7), запущенная в 1957 году, использовала керосиново-кислородную пару. В 1987 году состоялся первый запуск ракеты-носителя «Энергия» с разгонным блоком «Криоген» на жидком водороде.

¶Источники

• Сапрыкин В. А., Марков В. И. «Ракетные двигатели на криогенных компонентах топлива»
• «Ракеты и космические аппараты» (под ред. В. П. Лукина)
• ГОСТ Р 53370-2009 «Топлива ракетные. Общие технические требования»
• Сборник «История отечественного ракетостроения» (ЦНИИмаш)