Газовая аэронавтика

Идея об альтернативном керосиновому воздухоплавании возникла не сегодня, и соответствующие исследования начали проводить ещё в середине прошлого века.

Идея об альтернативном керосиновому воздухоплавании возникла не сегодня, и соответствующие исследования начали проводить ещё в середине прошлого века. В первую очередь интерес у учёных вызывал экологически безвредный водород, обладающий хорошими показателями удельной теплотворности, втрое превосходящими характеристики привычного авиационного керосина. Использование жидкого водорода в качестве топлива позволило бы резко увеличить мощность двигательных установок при одновременном снижении до минимума вредных выбросов в атмосферу.

Если бы не одно "но". Дорогой и трудоёмкий процесс производства и хранения данного энергоносителя делал экономически невыгодным его использование. В связи с этим был найден другой кандидат на замену керосину. Им оказался природный газ, который при более дешёвом производстве на 15% превосходит по теплотворности авиационное топливо. Если смотреть по цифрам, то рыночная стоимость одной тонны сжиженного газа сегодня составляет восемь-девять тысяч рублей, в то время как цена авиационного керосина в два-три раза выше. При этом сжигание газа производит в разы меньше вредных веществ, распыляемых в атмосфере и вблизи аэропортов.

Подобные показатели не могли остаться без внимания, и новый энергоноситель довольно быстро перекочевал из лабораторий в повседневную жизнь. С конца прошлого века автомобили, использующие сжиженный природный газ вместо бензина, постепенно начали вытеснять с дорог "отсталых" коллег. В связи с удешевлением нефти на мировом рынке этот процесс замедлился, но у автовладельцев все равно остался выбор.

Авиастроение - более консервативная отрасль, поэтому серийные воздушные лайнеры, которые можно перевести с керосина на альтернативное топливо, до сих пор отсутствуют. Но это совсем не значит, что разработчики крылатых машин забыли про газ. Работы по адаптации нового вида топлива ведутся, а новый скачок цен на нефть только подстегнул процесс.

Причины тому более чем весомые. В среднем, каждый авиалайнер "съедает" за рейс до 20 тонн керосина, а в развитых странах на долю авиации приходится до 30% всего топлива, сожжённого всеми видами транспорта. К примеру, только в США воздушный флот ежедневно потребляет около 200 тысяч тонн керосина.

Впрочем, довольно теории, тем более, что первые опыты полётов на газе уже есть.

В сентябре текущего года с авиабазы Эдвардс в Калифорнии поднялся в небо обычный, на первый взгляд, бомбардировщик B-52 американских ВВС. Данный факт остался бы без внимания, если бы не одна интересная техническая деталь: два из восьми двигателей этого крылатого монстра работали на смеси обычного керосина и природного газа в соотношении 50/50. Успешность проведённых испытаний позволила американским военным сделать оптимистичные прогнозы, согласно которым ВВС будут готовы приобрести уже в 2008 году для своих нужд около 400 тысяч тонн газо-керосинового "коктейля", а к 2016 году - заменить им половину потребляемого военной авиацией топлива. Представители корпорации Boeing, между тем, осторожнее в своих планах и пока только декларируют потенциальную необходимость изучения возможностей замены привычного авиационного топлива альтернативными вариантами.

В этой связи было бы неплохо узнать планы российских авиастроителей, ведь именно наши самолёты пока явно уступают своим импортным "коллегам" по экономичности и экологической безопасности. Исследование различных материалов на эту тему даёт неожиданные результаты: наши конструкторы обогнали своих американских коллег почти на 20 лет!

Научные исследования в рамках проекта под названием "Холод" начались ещё в середине 70-ых годов прошлого века, и в результате совместной работы Академии наук СССР с несколькими крупными НИИ была подготовлена теоретическая база для будущей криогенной авиации. Для изготовления экспериментальных образцов авиатехники в качестве "подопытного" КБ выбрали туполевское, и уже 15 апреля 1988 года переоборудованный в летающую лабораторию Ту-154Б с бортовым номером 85035 (позднее получивший обозначение Ту-155) совершил свой первый полёт под управлением экипажа, возглавляемого лётчиком-испытателем В. Севанькаевым. В качестве топлива использовался жидкий водород (первый полёт на сжиженном природном газе этот самолёт произвёл чуть позже - 18 января 1989 года).

В процессе модификации привычного пассажирского авиалайнера вместо штатного центрального двигателя НК-8-2У был установлен экспериментальный НК-88, разработанный в КБ Кузнецова, а без того немалый список бортовых систем пополнился тремя новыми. Гелиевая обеспечивала управление агрегатами силовой установки, азотная позволяла осуществлять контроль за утечкой криогенного топлива в отсеках, а система контроля вакуума "следила" за состоянием теплоизоляционных полостей. Эти доработки были обусловлены спецификой используемого топлива: установленный в одном из отсеков топливный бак объёмом в 20 м³ нуждался в мощной теплоизоляции. Он принимал в своё "чрево" жидкий водород, охлаждённый до -253°С или чуть более "тёплый" сжиженный природный газ с температурой -162°С. Появился и дополнительный отсек с управляющей аппаратурой для всех этих высокотехнологичных новшеств, разместившийся между топливным отсеком и кабиной пилотов.

В общей сложности, за время испытаний необычный Ту-155 налетал более 100 часов, успев мимоходом установить 14 мировых рекордов и совершить несколько международных демонстрационных полётов в Братиславу, Ниццу, Берлин и Ганновер. Впрочем, постройкой самолёта, летающего на альтернативном топливе, дело не ограничилось. Одновременно было разработано и изготовлено вспомогательное оборудование, позволяющее осуществлять полный цикл обслуживания криогенной авиации в стандартных условиях уже существующей сети аэропортов, благодаря чему Ту-155 смог выполнять экспериментальные полёты прямо с аэродрома НИИГА в Шереметьево, и что в дальнейшем позволило бы с минимальными затратами провести внедрение новой техники в гражданскую авиацию. К сожалению, начало рыночных реформ в нашей стране положило конец дальнейшему развитию проекта ранее запланированными темпами. В конце концов, уникальный самолёт переместился на вечную стоянку авиамузея в Жуковском.

Впрочем, свою задачу он выполнил. Опыт, приобретённый конструкторами и авиаторами в рамках проекта "Холод", является хорошей платформой для начала строительства современных моделей авиационной техники в рамках государственной "Программы развития гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года".

В КБ Туполева подготовлена техническая документация для строительства нескольких моделей лайнеров, в конструкции которых могут использоваться криогенные двигатели, прототип которых испытывался на том самом Ту-155.

Не отстают и вертолётчики. Начав разработку в 1982 году, специалисты МВЗ им. М.Л.Миля в 1987-1988 годах провели первые успешные испытания вертолета Ми-8ТГ, один из двигателей которого работал на сжиженном газе, а промышленный экземпляр вертолета Ми-8ТГ, двигатели которого способны работать на сжиженном газе, авиакеросине и их смеси, был продемонстрирован широкой публике в 1995 году на авиакосмическом салоне в Жуковском.

Сейчас уже можно с достаточной долей уверенности говорить, что авиация будет летать на альтернативном топливе. Это лишь вопрос времени. И определённый оптимизм внушает тот факт, что у российских авиастроителей уже есть достаточно весомый опыт в этой области. Причём, задел основательный: по мере удешевления производства и обслуживания жидкого водорода, данное топливо, превосходящее по своим показателям все известные сегодня энергоносители, сможет применяться в авиации без каких-либо конструктивных изменений силовых установок.

Напомню, что экспериментальные машины были полностью проверены на пригодность и к водороду, и к природному газу. Если же российскому авиапрому будет суждено стать полноправным партнёром корпорации Airbus, как это планируют официальные власти, то не исключено, что пассажиры всего мира смогут по достоинству оценить новые, мощные, но при этом экономичные и экологически безвредные авиалайнеры. Они станут своеобразными потомками тех альтернативных крылатых машин, поднявшихся в небо почти двадцать лет назад.