«Нафтил» (РГ-1) — тип советского и российского углеводородного горючего для ракетных двигателей, получаемый из продуктов нефтепереработки . Применяется на российских ракетах-носителях , использующих в качестве окислителя жидкий кислород .

Свойства

«Нафтил» РГ-1 — бесцветная жидкость с запахом очищенного керосина . Как и другие разновидности горючих на основе керосина , «нафтил» коррозионно не активен, не создаёт ограничений по применению конструкционных материалов в работающих на нём двигателях. Он относится к 4-му (низшему) классу опасности , концентрации его паров при нормальных условиях не наносят вред здоровью человека .

Брутто-формула горючего РГ-1 «нафтил» С _12,79 Н _24,52 . Объёмная доля содержащихся в нём различных углеводородов:

• парафины — 10—12 %,
• нафтены — 85—88 %,
• ароматические соединения — 2,5—3 %.

В состав горючего вводятся также антиокислительные присадки, предотвращающие образование отложений в двигателе . Также могут содержаться полимерные присадки, уменьшающие гидравлические потери в турбонасосном агрегате двигателя, что позволяет увеличить его тягу . Требования к свойствам определяются ТУ 38-001244-81. Теплотворная способность «нафтила» РГ-1 — 43000 кДж/кг, плотность — 0,833 г/см³ .

История и применение

На первых советских ракетах, использующих топливную пару «керосин-жидкий кислород» ( Р-7 , Р-9 ),в качестве горючего использовалось доступное топливо Т-1 (авиационный керосин), уже применявшееся в реактивной авиации. В составе Т-1 допускалось высокое содержание ароматических соединений и наличие олефинов , которые при нагреве в ракетном двигателе до высоких температур образовывали смолистые отложения, препятствующие протеканию горючего через каналы охлаждения . При создании ракеты ГР-1 , двигатели которой должны были работать в более напряжённых, чем у предыдущих ракет, температурных условиях, была принята спецификация на углеводородное горючее РГ-1 «нафтил». Оно обладало более высокой температурной стабильностью и более жёсткими требованиями к составу, включающему существенно меньшее содержание ароматических соединений при практически полном отсутствии олефинов . Согласно некоторым источникам, первоначально термостабильное горючее РГ-1 «нафтил» было разработано для создававшегося в 1960-е годы, но не пошедшего в серийное производство стратегического бомбардировщика Т-4 .

Горючее РГ-1 «нафтил» использовалось в советских, а потом российских ракетных двигателях с конца 1960-х годов:

• в двигателе 11Д58 и его последующих модификациях на разгонных блоках семейства «Д»
• двигателе РД-0110 третьей ступени — «Блока „И“» ракет-носителей « Союз-У » и « Молния-М » ;
• на ракете-носителе « Зенит » ( РД-171 на первой ступени и РД-120 на второй) ;
• на унифицированных с первой ступенью «Зенита» блоках первой ступени («блоках „А“») « Энергии » ;
• на верхних ступенях носителей семейств « Союз-2 » и « Ангара », использующих двигатели РД-0124 ;
• на первых ступенях ракет-носителей с двигателями НК-33 («Союз-2.1в») и с двигателями семейства РД-170 такими, как РД-180 на Атлас-5 (использует близкое к РГ-1 горючее ) и РД-191 на УРМ-1 семейства «Ангара» .

В 1970-е годы рассматривался перевод на РГ-1 и первых двух ступеней ракеты-носителя « Союз-У », использовавших горючее марки Т-1 , с целью унификации используемого в различных двигателях горючего и увеличения удельного импульса . Испытания показали, что увеличения удельного импульса при переходе на РГ-1 не наблюдается, после чего работы были прекращены .

Из-за истощения Анастасиевско-Троицкого месторождения , из нефти которого производилось горючее Т-1, в 2000-х годах было принято решение о переводе первых двух ступеней носителей семейства « Союз-2 » с Т-1 на «нафтил» РГ-1, который производится переработкой нефти различных месторождений . Единственным производителем нафтила является Ангарская нефтехимическая компания , входящая в структуру Роснефти .

Испытания двигателей РД-107 и РД-108 на «нафтиле» прошли в 2019 году, после чего начались работы по переводу на нафтил первых ступеней ракет «Союз-2» . В октябре 2022 года был произведен первый запуск ракеты-носителя «Союз-2.1б», все три ступени которой работали на «нафтиле» РГ-1 .

Сравнение с другими ракетными горючими

По сравнению с другим распространённым ракетным горючим — «гептилом» (НДМГ) , относящимся к 1-му классу опасности, «нафтил» РГ-1 аналогично другим горючим на основе керосина практически не токсичен, существенно более безопасен в обращении и представляет гораздо меньшую угрозу для окружающий среды в случае утечек и разливов. В то же время на разгонных блоках космических ракет применение самовоспламеняющегося и стабильного в широком диапазоне температур высококипящего топлива на основе гептила и его аналогов часто оказывается предпочтительнее криогенного топлива « керосин - жидкий кислород » .

Жидкий водород , используемый в паре с жидким кислородом, позволяет получить максимальную среди доступных ракетных горючих эффективность ( удельный импульс ) и по этому показателю значительно превосходит топливо на основе углеводородных горючих, в том числе «нафтил» РГ-1. Но жидкий водород сложен в обращении и имеет во много раз меньшую плотность, что требует создания крупных топливных баков, усложняет и утяжеляет конструкцию ракеты, уменьшая её массовое совершенство . В мировой практике жидкий водород используется в основном на верхних ступенях ракет-носителей тяжёлого класса .

Другие углеводородные горючие, получаемые из продуктов нефтепереработки (керосины), близки к «нафтилу» РГ-1 по основным свойствам. От использовавшегося в советской и российской космической технике горючего марки Т-1 нафтил отличается существенно меньшим содержанием фракций, способствующих отложению в двигателе нагара, и несколько большей плотностью (0,833 г/см³ против 0,8 г/см³ у Т-1), что позволяет залить в баки ракеты-носителя больше горючего (примерно на 1300 кг больше для двух первых ступеней «Союз-2.1б» при общей массе топлива в них около 72000 кг) и тем несколько увеличить полезную нагрузку носителя . Приращение теплотворной способности горючего и удельного импульса двигателей при переходе с Т-1 на нафтил незначительно .

В ракетной технике США с конца 1950-х годов используется углеводородное горючее типа , спецификации на которое близки к «нафтилу» РГ-1. RP-1 имеет более низкую плотность (0,81 г/см³), чем РГ-1 и допускает несколько большее содержание ароматических соединений (до 5 %) и присутствие олефинов (менее 1 %) .

Заметное (более 1-2 %) увеличение удельного импульса двигателей, работающих на углеводородном горючем, и увеличение полезной нагрузки, выводимой ракетами-носителями, возможно при переходе на синтетические горючие, такие как :

• синтин , использовавшийся на второй ступени (блок «А») носителя « Союз-У2 » и некоторых модификациях разгонного блока «ДМ» или
• схожий с синтином по свойствам, но несколько менее токсичный.

Производство дорогостоящего синтина было прекращено в 1996 году вместе с запусками «Союз-У2», причём для устойчивой работы на нём двигатели приходилось специально отбирать. Возобновление и развёртывание промышленного производства этих синтетических горючих, относящихся к 3-му классу опасности, потребует в современных условиях решения проблемы их соответствия действующим экологическим нормам. Возможно также увеличение эффективности существующих «керосиново-кислородных» ракетных двигателей за счёт перехода на некоторые из перспективных энергоемких авиационных горючих .

Комментарии

Примечания