В попутном газе сгорает ценнейшее авиатопливо
В девяностые годы отечественные двигателисты понесли колоссальный урон, в чем их трудно обвинить. Сейчас они прикладывают все усилия, пытаясь догнать своих западных коллег, но время упущено. Ведь и конкуренты не дремлют. Вывод (кстати, не только в двигателестроении) напрашивается сам собой, и он сформулирован президентом РФ – нужно искать новые прорывные технические решения. Так что же может предложить наша наука? Об этом мы беседуем с одним из авторов альтернативного авиационного сконденсированного топлива (АСКТ), на которое разработано ТУ 39-1547-91, Вячеславом Зайцевым, генеральным директором ООО «Интеравиагаз», академиком Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского, известным создателем космической техники.
– Вячеслав Петрович, не секрет, что еще в прошлом году начала активно муссироваться тема внедрения в практику такого вида альтернативного топлива, как биокеросин.
– Да, такое топливо существует, но у него есть ряд недостатков, которые требуют отдельного обсуждения. Пока он используется как добавка к основному топливу. Главное – биотопливо проигрывает авиакеросину по цене. То есть процесс поиска оптимальной формулы альтернативного топлива пока продолжается. И это длительный процесс.
Да и возможность создания одного универсального авиационного топлива для всех видов существующих и будущих объектов авиационной техники вызывает большие сомнения. Не должно быть, не может быть единого авиатоплива, устраивающего всех. Слишком разные требования предъявляются к будущим воздушным судам по высотам, дальностям, скоростям полета, экологическим характеристикам, температурным условиям, чтобы их можно обеспечить одним универсальным топливом. Хотя стремление к этому будет всегда.
Россия, как известно, обладает большими запасами газа. Поэтому одним из основных направлений активного исследования стало газомоторное, то есть использование в качестве авиатоплива различных низкокипящих углеводородных газов (метана, этана, пропана, бутана), получаемых из природного и попутного нефтяного газов, и водорода. Эти топлива, относящиеся к категории низкоуглеродных и безуглеродных, экологически чище, чем традиционные, вырабатываемые из нефти. Некоторые, например пропан-бутановые, уже в настоящее время дешевле – особенно в труднодоступных и малонаселенных регионах страны – в три-четыре раза.
– То есть цели ясны и задачи определены?
– Не торопитесь. На начальном этапе исследований в качестве единственного претендента на роль альтернативного газомоторного авиатоплива (ГМТ) принимался жидкий водород (LH2). Этому в немалой степени способствовали надежда на появление в конце 60-х годов избытка дешевой электроэнергии за счет создания установки термоядерного синтеза, а также ажиотаж вокруг якобы уникальных перспектив использования водорода в разных промышленных областях, включая авиацию. Его организовали США со своими союзниками, пытаясь влиять на цену нефти.
“Результат был просто потрясающим – вертолет летал на всех режимах, присущих штатному Ми-8Т, практически не теряя своих летных характеристик”
В нашей же стране в 60-х годах прошлого века по заданию правительства СССР в ЦАГИ с участием других институтов под руководством генерального конструктора В. М. Мясищева была рассмотрена возможность создания сверхзвукового дальнего самолета на водородном топливе.
Результаты работы показали, что несмотря на заманчиво высокую энергоемкость водорода (114,5 МДж/кг), почти в три раза превышающую энергоемкость авиакеросина (43 МДж/кг), другие его теплофизические особенности (низкая плотность, высокая проницаемость и утечки, хладноломкость материалов при температуре, близкой к абсолютному нулю, глубокая криогеника, требующая эффективной теплоизоляции, агрессивность к некоторым металлам и сплавам) значительно усложняют использование в авиации. И более того, требуют дополнительного скрупулезного изучения. Напрашивающийся вывод – существовавшие в то время технологии не позволяли реализовать проект.
Исследования были продолжены и расширены за счет включения в рассмотрение углеводородных газов – пропана, бутана и метана как наиболее распространенных. Уже первые опыты показали, что все эти газы имеют много общего, особенно в части технологий работы с ними и по получаемому качественному эффекту от использования, однако значительно отличаются друг от друга по своим теплофизическим свойствам.
Сформировалось два четких направления использования различных ГМТ. Одно – штатно-температурное, при котором сжиженный газ (бутан и пропан) на борту находится в зоне обычной для всех судов гражданской авиации рабочей температуры (±50 градусов) в баках, рассчитанных на небольшое избыточное давление (при плюсовых температурах), или (при минусовых) в обычных, например, крыльевых баках с открытым дренажом. И другое направление – криогенное, при котором сжиженный газ на борту ВС находится при очень низкой (ниже минус 120 градусов) температуре в теплоизолированной емкости под небольшим давлением (бутан, пропан, метан и водород). К проведению работ, связанных с оценкой возможности создания газотопливных ВС, были привлечены специализированные КБ: МВЗ им. М. Л. Миля, завод им. В. Я. Климова, ОКБ им. А. Н. Туполева и ОКБ им. Н. Д. Кузнецова и ряд других организаций. Авторское сопровождение испытаний проводили ЦАГИ, ЦИАМ, ЛИИ, ГосНИИ ГА.
– Автомобилисты еще в середине 80-х активно стали приобретать газовые баллоны.
– Да, автомобилисты и дачники доказали, что пропан-бутан – очень простой в обращении газ. Поэтому МВЗ им. М. Л. Миля и другие организации, которым поручили создать и испытать вертолет с двигателями, работающими на этом топливе, довольно быстро справились с задачей. Ознакомившись с исследованиями, которые проводили в этом направлении ЦАГИ и ЦИАМ в 1982 году, они в течение четырех лет разработали комплексный план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на 1986–1990 годы по созданию вертолетов с силовой установкой на газовом топливе для эксплуатации в нефтедобывающих регионах Севера и Сибири. План был утвержден Госкомитетом по науке и технике, МАП, МГА и Миннефтепромом СССР (Постановление ГКНТ СССР № 500 от 28.11.1986), и в 1987 году экспериментальный вертолет поднялся в небо. Один из двух его двигателей (ТВ2-117ТГ) работал на сжиженном газе, топливные баки размещались снаружи на узлах спецподвески. Результат был просто потрясающим – вертолет летал на всех режимах, присущих штатному Ми-8Т, практически не теряя своих летных характеристик. Вдохновленные столь впечатляющими итогами, МАП и МГА утвердили техническое задание на Ми-8ТГ с двухтопливными двигателями ТВ2-117ТГ. В этот же период был подготовлен проект постановления ВПК при Совете министров СССР о создании его двухтопливной модификации.
Туполевцы тоже оказались выше всяких похвал – им поручили провести летные испытания более сложного криогенного направления. В ОКБ на базе Ту-154 был создан и поднялся в воздух в 1988 году экспериментальный самолет Ту-154ЛЛ (Ту-155), один из двигателей которого работал на жидком водороде (LH2), а потом и на сжиженном природном газе (СПГ). Самолет установил 14 мировых рекордов, демонстрационные полеты выполнял на криогенном топливе в Братиславе, Ницце, Ганновере и Берлине. Его создатели были удостоены Государственной премии. Таким образом, впервые в мире в России доказали, что воздушные суда могут работать не только на нефтяном, но и на разнообразном газомоторном топливе (ГМТ).
В 1991 году в «Интеравиагазе» группа специалистов нашла удачную композицию газового топлива пропан-бутанового ряда. Критериями его создания были минимальная себестоимость, технологическая простота производства из попутного нефтяного и «жирного» природного газов, а также эксплуатационные преимущества. Эта композиция получила название «Авиационное сконденсированное топливо» – АСКТ (ТУ 39-1547-91), а позже и патент. Себестоимость производства АСКТ была близка к себестоимости автопропана.
В 1992 году правительство РФ утвердило федеральную научно-техническую программу (ФНТП) «Развитие гражданской авиационной техники России до 2000 года», в которой фигурировало и создание пилотных образцов вертолета Ми-8ТГ. В том же году проведена работа макетной комиссии по вертолету-газолету с двигателями ТВ2-117ТГ, в протоколе которой было подчеркнуто: «П. 2.4. Учитывая актуальность проблемы и важность ее реализации для экономики РФ, макетная комиссия считает необходимым ускорить проведение работ по созданию вертолета Ми-8ТГ, завершив постройку первого опытного образца в 1993 году». Протокол макетной комиссии утвержден Комитетом по оборонным отраслям промышленности и Департаментом воздушного транспорта Минтранса России. Построенный позже вертолет был представлен как макет на МАКС-93, а его демонстрационный полет на МАКС-95 вызвал большой интерес публики и прессы.
– То есть оставалось лишь начать его серийное производство?
– Все этого и ожидали. Тем более что в 2001 году постановлением правительства РФ была утверждена ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002–2010 и на период до 2015 года». В ней было предусмотрено, исходя из рекомендаций научных организаций отрасли, создание более совершенной модификации вертолета Ми-8ТГ на АСКТ к 2005 году и его серийный выпуск на производственных мощностях ОАО «Улан-Удэнское АПО» и ОАО «Казанский ВПО». А дальше, как у нас водится, кто-то из авторитетных авиационных чиновников тремя годами позже росчерком пера изъял проект из ФЦП, назвав его, как мне потом объяснили, бесперспективным.
– А может, он прав – кому нужны газолеты?
– У меня больше сотни запросов и писем поддержки. В том числе решений совещаний ряда северных регионов, ОДК, авиакомпаний. Ситуация там аховая – стоимость авиабилетов поднимается как на дрожжах из-за нескончаемого роста цен на авиатопливо, опустошая и без того довольно тощие кошельки жителей труднодоступных регионов Севера, Сибири, Дальнего Востока и Арктики, занимающих более 2/3 территории России. И все из-за того, что авиатопливо, прежде чем попасть в воздушное судно, преодолевает огромные расстояния. Сначала его вместе с нефтью по трубам транспортируют в промышленно развитые регионы России на нефтеперегонные заводы, вырабатывают там керосин и затем с большими трудностями отправляют обратно. Газ же, из которого с использованием мобильных установок можно вырабатывать авиатопливо, причем более качественное, чем керосин, сгорает в факелах.
– Но возможно, существуют причины для торможения ее реализации этой идеи?
– Их не может быть по определению. АСКТ является универсальным экологически более чистым (низкоуглеродным) топливом. Поэтому его использование, например, не только на авиационных, но и на других транспортных средствах, а также энергоустановках принесет огромную пользу при освоении Арктики с ее низкими и сверхнизкими температурами, легко ранимой природой и огромными просторами. Ведь выхлоп при работе на АСКТ более чистый. К тому же при аварийных разливах оно не загрязняет почву, как нефть или керосин, а будет просто испаряться.
До чиновников, способных принимать решение, в наше время не достучаться, хотя по этой теме опубликовано немалое количество статей и обращений, включая и направленные президенту РФ. Все за очень редким исключением за, а дело вот уже четверть века топчется на месте. Жалко, что пропадает уникальный многоплановый технический проект. Похоже, скоро дождемся, когда газолеты появятся за бугром. Они ведь выгодны не только для Сибири.
Беседовал Анатолий Журин
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 38 (901) за 5 октября 2021 года
