Гидразин — токсичное наследие советской космонавтики. Но теперь у нас будет ещё один «зелёный» двигатель

Ядовитое облако над космодромом после запуска ракеты. Знакомая картина, не правда ли? Всё дело в гептиле — опасном топливе, без которого долгое время не могла обойтись отечественная космонавтика, но так ли он незаменим, и есть ли более безопасные альтернативы?

Сегодня мы снова поговорим о космосе, но не о том, как туда слетать на туристическую прогулку. а скорее о «внутренней кухне» современной космонавтики.

За любой ракетой, которая взлетает с Земли, стоит куча технологий и, к сожалению, проблем. Особенно, если речь идёт о гидразиновых двигателях, которые ещё недавно казались вершиной инженерной мысли, а теперь от них стараются потихоньку избавиться. Чем же они так плохи?

Почему гидразиновые двигатели — это не круто?

Тут можно сказать, что ракеты на гидразине — это что-то вроде старой, но любимой «Копейки» с огромным расходом бензина и выхлопной трубой, которая вовсю чадит. Да, на ней всё ещё можно кататься, но о безопасности и экологичности говорить тут не приходится.

Десятилетиями ракетные двигатели работали на токсичных компонентах топлива (гидразиновые смеси). Конечно, у гидразина и его производных, таких как несимметричный диметилгидразин (НДМГ, гептил) и азотный тетраоксид (АТ), есть свои несомненные достоинства.

У них высокие энергетические характеристики, они долго хранятся и воспламеняются при контакте (без необходимости использовать дополнительные системы зажигания). Это, конечно, удобно, особенно в космосе, где надёжность и экономия места один из ключевых критериев.

Однако, плата за эти преимущества довольно высока: во-первых, гидразин — это не просто вредно, это супер-токсично. При попадании в атмосферу он может отравить всё живое вокруг. Вдыхать пары гидразина — идея не из лучших.

А во-вторых, во время полёта ракета с таким топливом выбрасывает в атмосферу всякие нехорошие вещества. Если что-то пойдет не так (например, ракета решит, что лететь она никуда не хочет), то может произойти настоящая экологическая катастрофа.

В качестве примера можно вспомнить громкую аварию 2013 году с участием ракеты «Протон-М», которая упала на землю из-за отказа двигателя: при сборке неправильно установили датчики угловых скоростей, которые помогают контролировать положение ракеты в пространстве. Как потом выяснилось, три из шести датчиков установили «вверх ногами»...

Всё бы ничего, но она упала с полными баками гидразина, что вызвало выброс огромного количества токсичных веществ в атмосферу. И хотя специалисты говорили, что большая часть гептила должна была сгореть при взрыве, да и вообще из-за дождя область поражения будет ниже, чем ожидалось... всё равно ничего хорошего в этом нет.

А потом ещё появились всякие снимки и видео с Байконура и его окрестностей, на которых было видно большое жёлтое облако в небе. На самом деле это не гептил (он невидимый), а его окислитель амил (тетраоксид диазота), но и он крайне токсичен.

В тот раз масштабного заражения удалось избежать, но жителям всё равно советовали сидеть дома. Хорошего мало в любом случае.

А ещё совсем недавно в Китае упала ступень ракеты Long March 2C. И упала она не где-нибудь в пустоши, а недалеко от поселения в префектуре Цяндуннань: на видео также хорошо виден рыжий след от амила.

Самарские движки

Очевидно, что пора от этой токсичной смеси отходить. Европейское космическое агентство давно думает над заменой гидразина на что-то более безопасное. Многие другие страны также ищут альтернативы: Илон Маск, например, в своих ракетах использует пару керосин+кислород, которая считается более экологичной.

И вот учёные и студенты Самарского университета им. Королёва придумали, как сделать ракетные запуски более безопасными для планеты и не разорить при этом бюджет. Они разработали новую модель двигателя для сверхлёгких ракет-носителей, который работает на более безопасном топливе.

Вместо токсичного гидразина они предлагают использовать топливную смесь из керосина марки Т-1 и закиси азота. Керосин давно зарекомендовал себя как надёжное и проверенное топливо. А закись азота делает его ещё и безопасным (ну насколько вообще может быть безопасной ракета с топливом).

Теперь запуск ракеты не будет напоминать ядерный взрыв с точки зрения выбросов в атмосферу. Если вдруг что-то пойдет не так (постучим по дереву), ущерб для природы будет значительно меньше.

Сопло двигателя, в том числе и оригинальная система охлаждения, будет изготовлено как единая деталь методом селективного лазерного спекания на 3D-принтере. Такой двигатель легче производить, он более надёжный и дешёвый в изготовлении.

Почему это круто?

Для России это означает не только более чистые и безопасные запуски, но и значительное снижение стоимости выводимых на орбиту спутников. Особенно это важно для коммерческих запусков, где каждый грамм полезной нагрузки на счету. Дешевле, проще, безопаснее — вот девиз современной космонавтики.

Самарские инженеры уже начали работу над опытным образцом двигателя, и совсем скоро этой осенью, они планируют провести первые испытания. Если всё пойдет по плану, то в скором времени мы можем увидеть и первые ракеты, которые используют новое топливо.

А что там с «Ангарой»?

Пока самарские ученые занимаются лёгкими ракетами, в Роскосмосе продолжают разработку тяжёлых ракет-носителей, такие как «Ангара-А5М». Вот в июле 2024 года нам сообщили о завершении испытаний двигателей РД-191М для этой самой ракеты.

Эти двигатели работают на керосине и жидком кислороде, что тоже гораздо лучше гидразина.

А ещё новый двигатель мощнее на 10% (по сравнению с базовым РД-191), что позволит увеличить грузоподъемность и расширить возможности ракеты (если мы собрались строить свою космическую станцию, то это довольно важно).

Вообще, разработка и внедрение новых технологий — это не только про экологию и безопасность, но и про укрепление Россией своих позиций в космосе: современные двигатели и подходы к топливу могут повысить конкурентоспособность наших ракет на международной арене.

Перспективы

Все эти разработки показывают, что будущее ракетной техники за более безопасными и экологически чистыми решениями, но полностью отказаться от гептила и амила не выйдет.

Ведь пара эта используется не только для ступеней ракет: на ней ещё летают наши «Прогрессы» и разгонные блоки, и, несмотря на токсичность, для орбитальных манёвров эффективной альтернативы сегодня просто не существует.

Всё опять же упирается в свойства этого топлива: оно стабильно и долго хранится, а если ракету заправляют перед пуском, то корабли готовят аж за две недели до запуска.

У гептила высокая температура кипения, что делает его стабильным в стандартных условиях. Жидкий амил тоже не требует супернизких температур, в отличие от кислорода, который кипит примерно при -190 °C. Это важно для кораблей, которым нужно быть на орбите около полугода и часто включать двигатели.

Тем не менее тенденция перехода хотя бы первых ступеней ракет на более чистые виды топлива очевидна. Как минимум, можно будет запускать всякое без страха за окружающую среду.

А более дешёвые и простые в эксплуатации двигатели могут сделать космические полеты доступнее, что откроет новые возможности для развития коммерческих проектов в космосе.

В заключение, стоит отметить, что все эти нововведения — это не просто очередная модная фигня, а реальные шаги к изменению нашего подхода к освоению космоса. Пора относится к миру осознанно, а не так, что «после нас и трава не расти».

Ведь всё это — важная часть нашего будущего, и кто знает, может, скоро полёты на орбиту станут такими же обыденными, как поездка в выходной на дачу.

И, возможно, через пару десятилетий наши потомки будут спрашивать: что мы сделали, чтобы сделать это будущее лучше?

Наука и техника

Илон Маск

Роскосмос

Европейское космическое агентство

Байконур

Китай