$75.84 +1.45%
$ 90.43 -0.91
€ 94.08 -1.59
               

NASA испытает "зеленое" топливо для космических аппаратов

ТАСС
24 июня 2019/ 12:46

В ночь на 25 июня ракета Falcon Heavy доставит на орбиту экспериментальный аппарат GPIM, заправленный "зеленым" топливом. Но чем плохо обычное горючее для космических аппаратов?

При виде стартующей ракеты в голове крутятся разные мысли. От земли эта штуковина отрывается как-то натужно — того и гляди покосится и упадет. Раскрасить ее можно и поинтереснее, но спасибо, что на фюзеляже нет рекламы. А мы, люди, все-таки молодцы: приладили бочки к громадным трубам и запускаем внутри них всякую всячину в космос — это ведь надо было изловчиться. Что не приходит на ум, когда площадка космодрома скрывается в клубах дыма, так это горючее: вредное оно или нет, велик ли от него урон, кому из-за этого хуже всего. Но раз ученые, NASA и ракетостроители говорят о "зеленом" топливе, значит, обычное все же чем-то плохо.

Сам этот эпитет, "зеленое", напоминает о биодизеле из кукурузы и электричестве от ветряков и солнечных панелей, которые удовлетворяют наши потребности в энергии, но не разрушают природу так сильно, как уголь, нефть и газ. Тогда и в космической ракете сначала видится что-то вроде движка автомобиля, только громадного, а потому намного более опасного для окружающей среды. Например, в американской ракете Atlas V почти 600 т топлива (в зависимости от конфигурации его может быть больше или меньше), сгорающего буквально на глазах. Этого хватило бы, чтобы на машине обогнуть Землю по экватору где-то 200 раз.

Вот только на свете ездит около 1 млрд автомобилей, а космические запуски бывают не чаще, чем выходные дни: порядка одной сотни в год. Но главное — ракеты в принципе почти не выбрасывают парниковые газы (именно растущие концентрации этих газов в атмосфере и вызванное этим изменение климата служат главным стимулом для развития "чистой" энергетики). Как космические запуски влияют на окружающую среду, вообще толком не понятно, а "зеленое" топливо ищут прежде всего затем, чтобы удешевить и упростить подготовку к полету.

Какое бывает топливо

Первый космический аппарат, советский "Спутник-1", был запущен в октябре 1957-го. За прошедшие 62 года появились новые материалы с удивительными свойствами, производительность вычислительной техники выросла даже не в разы, а на порядки, спутники, зонды, орбитальные обсерватории позволили составить точнейшие карты планеты, разглядеть тела в Солнечной системе и саму Вселенную — и только ракеты, которые поднимают их с поверхности, почти не изменились.

Ракетный двигатель — это по сути цилиндр с топливом. В нем ничего не вращается, как в автомобиле. Вместо этого газы, образующиеся из-за горения, просто вырываются струей наружу, а ракета из-за возникшей тяги летит в противоположном направлении. Но как "просто" — поток газов должен быть достаточно мощным, чтобы корабль преодолел притяжение планеты. К примеру, Atlas V, где основным двигателем служит российский РД-180, по тяге почти в 60 раз превосходит самолет Boeing 737-300. Добились этого благодаря конструкции — и топливу.

Ракетное топливо бывает твердое и жидкое. Твердое замешивают и выпекают в специальной форме, как пирог, а по консистенции оно напоминает ластик. Его можно хранить годами, если не десятилетиями, поэтому заправлять ракету перед стартом не нужно, и подготовка к старту сравнительно легкая. Но есть и недостатки. Во-первых, жидкое топливо той же массы обычно дает бо́льшую тягу. Во-вторых, стоит зажечь твердое топливо — оно сгорит до конца, как петарда.

 

С жидким горючим процесс регулируется. Оно представляет собой смесь собственно топлива и окислителя, которые накачиваются из отдельных баков и вступают в химическую реакцию с выделением тепла. Перекрой "кран" — пламя погаснет. Часто космические ракеты оснащены двигателями обоих типов: сначала включаются твердотопливные, которые быстро создают нужную тягу, потом в полете их сбрасывают, и в дело вступают более эффективные двигатели с жидким топливом. Также бывают гибридные установки, где в "пирог" вспрыскивают окислитель из изолированной емкости. Они позволяют контролировать химическую реакцию, но сохраняют и некоторые преимущества твердого горючего.

Вредит ли топливо

Одни ракеты заправляют тем, что называется топливом в обиходе: например, очищенным керосином или метаном, а окислителем служит сжиженный кислород. В этих ракетах происходят такие же реакции, как в двигателях внутреннего сгорания автомобилей: выделяется углекислый газ и водяной пар. И то и другое, усиливая парниковый эффект, поднимает среднюю температуру на планете, но десятки запусков в год погоды не делают.

В твердотопливных двигателях зачастую применяется перхлорат аммония и алюминиевая пудра. Из-за этого во время полета в воздух попадает едкая соляная кислота: один запуск европейской ракеты Ariane 5 дает до 270 т этого вещества. В масштабах всей атмосферы это опять-таки незначительное количество, но, как замечено в отчете Еврокомиссии, так можно сказать про все источники загрязнения, поэтому довод слабоват. С другой стороны, замеры, проведенные NASA в 1995 году после запуска ракеты Delta II, показали, что даже на краях стартовой площадки концентрация кислоты не повысилась; не пострадали и окрестные почвы.

Еще одно опасение обусловлено тем, что ракеты пролетают сквозь всю толщу атмосферы, поэтому в верхних слоях могут скапливаться частицы сажи и окислившегося алюминия. По прикидкам старшего проектного инженера некоммерческой организации Aerospace Corporation Мартина Росса, выбросы достигают 11 тыс. т в год. Эти частицы окутывают планету и удерживаются три-пять лет, но к чему это приводит, неясно.

По идее, черная сажа поглощает солнечное тепло и тем самым остужает планету, но из-за возросшей температуры над облаками может разрушиться озоновый слой, защищающий нас от радиации. Оксид алюминия, наоборот, белый, поэтому отражает солнечный свет обратно в космос и, предположительно, тоже понижает температуру атмосферы. А возможно, все наоборот, и из-за оксида алюминия становится жарче, потому что он не дает рассеяться теплу с Земли. К тому же, по словам Росса, на поверхности алюминиевых частиц тоже могут протекать химические реакции с расщеплением озона.

Впрочем, расчеты Всемирной метеорологической организации показывают, что ракетные запуски практически не сказываются на озоновом слое. Но как космические запуски будут влиять на атмосферу в будущем, ученые прогнозировать не берутся: слишком много переменных остаются неизвестными, а выводы в основном делаются по результатам лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования.  Как говорят в таких случаях, требуются дополнительные исследования.

Зачем полетит GPIM

Хотя любое ракетное топливо потенциально вредно, но на опытном аппарате GPIM (англ. Green Propellant Infusion Mission) испытают замену одному конкретному виду горючего — широко распространенному гидразину и его производным. Гидразин — сравнительно простое соединение, состоящее из двух атомов азота и четырех атомов водорода. С виду он похож на обыкновенную воду, у них почти одинаковые температуры плавления и кипения, плотность, поверхностное натяжение, но гидразин дымится на воздухе. И если из "водицы" идут сизые пары, это верный знак, что человеку нужно поскорее убираться!

Гидразин очень опасен. При попадании на кожу и слизистые он вызывает сильное раздражение. Химические ожоги бывают такими сильными, что человек умирает. Впитавшись, это вещество способно повредить внутренние органы и нервную систему, после контакта человек иногда впадает в кому. Также есть подозрения, что гидразин вызывает рак. Вдобавок он легко воспламеняется и взрывается, причем коварно — без видимого пламени. Если этого мало, то в 2021 году Евросоюз может запретить использование этого соединения. Вероятно, для аэрокосмической индустрии сделают исключение, но и в этом случае цена на топливо подскачет, а поднимать грузы на орбиту и без того дорого.

Новое "зеленое" топливо — смесь с поэтичным названием AF-M315E на основе нитрата гидроксиламмония. Вредит ли она атмосфере, узнать не удастся: зонд GPIM испытают уже в космосе, а поднимет его туда ракета Falcon Heavy с привычными двигателями. На бумаге, у AF-M315E несколько преимуществ перед гидразином: смесь занимает меньше места, создает более сильную тягу, остается пригодной при более низкой температуре. Но, возможно, главное ее достоинство — смесь не такая ядовитая, как гидразин, поэтому подготовка космических аппаратов к старту должна сделаться проще, безопаснее и дешевле. Особенно от этого выиграют маленькие компании: они смогут запускать спутники и зонды, которые раньше были нерентабельными.

Кроме AF-M315E ученые и инженеры испытывают более сотни химических соединений для космических аппаратов будущего. Сгорая, эти вещества тоже загрязняют атмосферу, пусть не так сильно, как печь с углем в котельной или металлургический комбинат где-нибудь в стране третьего мира. "Зеленое" — сбивающий с толку эпитет, но это не значит, что аэрокосмическая отрасль пускает пыль в глаза. В ближайшие десятилетия альтернативы ракетам не появятся, и небо так и будут расчерчивать газовые шлейфы. Но если миссия GPIM и другие планируемые испытания пройдут успешно, то все же случится кое-что важное — космос станет ближе.

 

Просмотров 2274
+ х
Комментарии

Последние комментарии к новостям

28.01.2025
В год 50-летия Когалыма в городе откроют новые объекты социальной инфраструктуры

11.02.2025 Кузьмичев Олег Борисович, 62 года

18 лет моей жизни прошло в Когалыме. Замечательный город, замечательные люди. Город с каждым годом просто расцветает! Спасибо компании ЛУКОЙЛ и, главное, огромнейшее спасибо ее президенту Вагиту Юсуфовичу Алекперову за их человечное отношение к жителям города. Благодаря им в городе созданы все условия для молодых семей и их маленьких детей. А в последнее время созданы условия и для молодежи.

30.01.2025
Суд обязал пересмотреть газовые и нефтяные проекты Shell и Equinor

30.01.2025 Седов Виктор Юрьевич, 81г, 11мес.

Проекты были разработаны до ГринПис, и Разрешения Выданы! Бурить! И Добывать!

15.11.2024
Газпром: ЕС искусственно разрушает спрос на газ, вредя собственной экономике

16.11.2024 Пётр

У России есть газ, а у Европы есть спесь. Каждому своё.

23.10.2024
В Иркутской области выявлено загрязнение реки Кая молибденом

24.10.2024 Болбат Михаил Александрович

А Кая впадает в Иркут, а Иркут в Ангару....

11.10.2024
BitRiver использовала 150 млн кубометров ПНГ для добычи биткоина

11.10.2024 Андрей

Молодцы, хоть кто-то работает в России очень успешно.

29.08.2024
Генадий Шмаль: Нужна новая парадигма развития нефтегазовой отрасли

30.08.2024 Кузнецов Владимир Александрович, 73 года.

Прошу обратить внимание на возможности использования попутной пластовой воды для добычи из неё минеральных ресурсов. Тема особенно актуальна для уже выработанных месторождений, с развитой системой ППД. Например для Башкортостана это огромный шанс резко поднять рентабельность работы нефтяников.

01.09.2024
Мифы и легенды: Какие истории вводят в заблуждение о происхождении нефти

30.08.2024 Вахитов Ришат Нигматьянович

Фонтаны нефти результат спешки, нарушений технологии проводки скважин. Приводили к пожарам с грузами 200.Виноватых искать не надо. Вся история Сибирских геологоразведочных суть громадные риски, технологии имеющиеся никуда не годились. Две устойчивые
теории происхождения нефти. Органическая и неорганическая.

С праздником!

24.04.2014
Иван Нестеров-младший: О промышленной добыче "искусственной" нефти говорить пока рано

03.08.2024 Кропачев Николай Михаилович кандидат наук 70 лет

У меня есть отличные идеи хотелось бы с тобой связаться и пообщатся есть такое желание. Я думаю мои идеи тебе понравятся и дополнят твои исследования а может быть и расширят направление поисков и цели. Успехов . здорово.

12.07.2024
Татнефть будет разрабатывать месторождение в Азербайджане

15.07.2024 Юсифов Теюб Юсиф оглы

Добрый день!
Отличный проект. Я кандидат наук, имею огромный опыт в области разработки старых месторождений. Тел: 89173700531
С уважением, Юсифов Т.Ю.

28.07.2008
В Нижневартовске задержан подозреваемый в нападении на профессора Рянского

27.04.2024 Каримова Раиса Александровна, 77 лет

Я помню статьи профессора Ф. Н. Рянского в газете Местное время,с его предвидением природных катаклизмов, что мы наблюдаем в настоящее время. Сколько бы ещё открытий последовало!
Меня до глубины души потрясла его бессмысленная гибель от рук подонка,ничтожества.



^