Проблемы энергетики и экологии вызывают у мирового сообщества все большую тревогу в связи с ожидаемой стабилизацией и последующим снижением добычи нефти, а также с ростом загрязнения окружающей среды. Определенный вклад в усугубление этих проблем вносят авиация и космонавтика. Вместе с тем, развитие общества приводит к необходимости создания летательных аппаратов (ЛА) с большими сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями полета. При движении с такими скоростями аппарат подвергается значительному аэродинамическому разогреву, поэтому одной из ключевых проблем создания таких летательных аппаратов является охлаждение теплонапряженных элементов планера, двигателя и бортового оборудования, которая уже не может быть решена за счет хладоресурса жидких топлив типа керосина.

В аэрокосмической индустрии возникает необходимость поиска новых сырьевых ресурсов для создания экологически более чистых топлив, имеющих в то же время достаточно большой хладоресурс. Такими топливами могут стать углеводородные газы (метан, пропан, бутан и т.д.), получаемые из природного и нефтяного газов, и водород.

Эти газы сильно отличаются друг от друга по своим физическим свойствам, что существенным образом может влиять на конструкцию, энергетику и эксплуатацию ЛА. Как известно, чем ниже температура кипения и уже температурный диапазон жидкого состояния газа, тем большее количество проблем придется решать при проведении НИОКР и, следовательно, тем дороже будет обходиться практическое внедрение результатов.

Среди рассматриваемых газов наилучшими энергетическими характеристиками по массе и наибольшим хладоресурсом располагает водород. Однако он обладает особенностями, которые в настоящее время ограничивают его широкое применение в авиации. Этот газ, как известно, в чистом виде на Земле практически не встречается, и его употребление в качестве топлива требует значительных энергозатрат. Массового использования водорода в авиации следует, видимо, ожидать только при наличии большого избытка экологически чистой энергии, потребной для его производства.

Определенные сложности возникают и при разработке летательных аппаратов с двигателями, работающими на метане. Использование метанового топлива связано с решением тех же проблем, что и при использовании водородного топлива. Из этого следует, что в настоящее время перевод авиационной техники на криогенное водородное или метановое топливо представляет сложную научно-техническую и организационную проблему

В настоящее время, в условиях ограниченных финансовых ресурсов, России необходимо выработать новую стратегию исследования проблем, возникающих при внедрении газо-топливной технологии в авиационную и авиационно-космическую технику, которая позволила бы максимально реализовать имеющийся научно-технический задел, а также соразмерить имеющиеся финансовые возможности и эффект, который может быть получен от внедрения достигнутых результатов.

В связи с этим представляется целесообразным проведение поэтапных исследований возможностей внедрения в авиационную и авиакосмическую индустрию углеводородных газов и водорода с постепенным снижением уровня осваиваемых температур кипения применяемого топлива.

На первом этапе предлагается сосредоточить усилия на разработке и внедрении в широкую эксплуатацию ЛА с двигателями, работающими на авиационном сконденсированном топливе (АСКТ), получаемом из нефтяного газа. АСКТ (ТУ 39-1547-91) представляет собой смесь высококипящих углеводородных газов: пропана, бутана, пентана, гексана и др.

Внедрение АСКТ в авиационную технику может пройти без больших затрат и проблем. Реальным подтверждением этому является разработка и летные испытания экспериментального вертолета Ми-8ТГ, проведенные в 1987 г. В настоящее время на Московском вертолетном заводе им. М.Л. Миля при участии ОАО "Интеравиагаз" создан и начал проходить испытания первый промышленный образец Ми-8ТГ с двигателями, работающими как на АСКТ, так и на авиационном керосине, а также на их смесях. В 1995 г. он демонстрировался в полете на Международном авиакосмическом салоне в Москве и привлек внимание отечественных и зарубежных специалистов.

Результаты исследований, проведенных в ЦИАМ, ЦАГИ, ГосНИИ ГА, НИПИ-газпереработки и конструкторских бюро им. С.В. Ильюшина и А.С. Яковлева показали возможность, и, главное, эффективность перевода на газ не только вертолетов, но и самолетов. Причем такую разновидность газового топлива, как АСКТ-Б (обеспропаненное АСКТ), можно заправлять непосредственно в крыльевые топливные баки самолетов местных авиалиний типа Ил-114, Як-40 и т.п. до температуры окружающей среды на земле не выше +5 °С (такие температуры в некоторых районах Сибири и Севера бывают до 10 месяцев в году).

На втором этапе объектом исследований по внедрению в авиационную и космическую технику газовых топлив будут криогенные углеводородные топлива с широким температурным диапазоном жидкого состояния (АСКТ-К). Основными компонентами таких топлив являются пропан и бутан, обладающие весьма благоприятными эксплуатационными характеристиками. Они входят в состав природного, нефтяного и нефтезаводских газов, из которых могут быть выделены в достаточно больших количествах. Удельная теплота сгорания АСКТ-К на 6...7 % выше, чем у авиационных керосинов.

Характеристики АСКТ-К особенно выгодно отличаются от соответствующих характеристик криогенного метанового топлива (КМТ). Температура кипения АСКТ-К при нормальном давлении не ниже -40 °С, температура замерзания - не выше, чем у КМТ, а температурный диапазон жидкого состояния близок к керосиновому: 145 ° (у метанового топлива 21 °). По объемной теплоте сгорания АСКТ-К превосходит метановое топливо в 1,5, по плотности - в 1,5...1,6, по хладоресурсу - в 1,3 раза. При этом значительная часть хладоресурса АСКТ-К, в отличие от метанового топлива, находится в жидкой фазе, что дает возможность создавать компактные системы охлаждения (кондиционирования).

Широкий температурный диапазон жидкого состояния значительно облегчает решение проблем транспортировки и хранения АСКТ-К в наземных условиях и использования его на борту ЛА. При небольшом избыточном давлении (0,6 МПа) оно остается жидким даже при положительных температурах. Опасность возникновения аварийной ситуации (например, при нарушении теплоизоляции) из-за перегрева АСКТ-К является маловероятной, в то время как для КМТ такая опасность реальна и чревата серьезными последствиями.

АСКТ-К позволяет производить доводку авиационной и космической техники, начиная с умеренно низких температур. По сравнению с КМТ для его размещения на борту ЛА требуется примерно в 1,5 раза меньший объем баков. По этому показателю АСКТ-К уступает авиационному керосину ТС-1 лишь на 4…8 %. Таким образом, массо-габаритные характеристики ЛА на АСКТ-К и на авиационном керосине ТС-1 практически одинаковы, а следовательно, близкими окажутся и летные характеристики ЛА. В отличие от КМТ пропан-бутановая топливная система ЛА будет мало отличаться от штатной.

По сравнению с авиационным керосином АСКТ-К обладает более высокой термостабильностью, менее агрессивно по отношению к конструкционным, резинотехническим и уплотнительным материалам, имеет более высокие экологические показатели.

АСКТ-К обладает еще одним преимуществом перед метановым топливом. Его запасы можно длительно и без потерь хранить при температуре окружающей среды, и охлаждать до криогенных температур только то количество топлива, которое необходимо для заправки очередного ЛА. При такой технологии отпадает необходимость иметь в аэропорту большие криогенные емкости и мощные системы поддержания топлива в сжиженном состоянии. Это упрощает и удешевляет технологические операции с АСКТ-К.

Сырьевых ресурсов - нефтяного газа для производства АСКТ-К - по нашим данным вполне достаточно для уникальных сверхзвуковых и гиперзвуковых ЛА. Достаточно его будет и для космических ракет, потребности которых в топливе в ближайшие 20…30 лет вряд ли будут значительными. Кроме того, при очистке природного газа высвобождается сырье для производства АСКТ-К в количествах, достаточных и для перспективной авиации и космонавтики.

С позиции экономики внедрение АСКТ-К должно предшествовать внедрению метанового топлива. Затраты на создание и эксплуатацию авиакосмической техники, работающей на АСКТ-К, будут значительно ниже, чем на КМТ. В дальнейшем опыт, полученный при эксплуатации ЛА на АСКТ-К, позволит в сжатые сроки и с относительно малыми затратами перевести авиационно-космическую технику на криогенные метановое, а затем и водородное топливо (КВТ).

Таким образом, при ограниченных ресурсах и необходимости решать сложные проблемы, обусловленные особенностями газовых топлив, четко прослеживается логическая последовательность внедрения газовых топлив в аэрокосмическую технику в виде четырех этапов: АСКТ - АСКТ-К - КМТ - КВТ. Эта последовательность представляется технически и экономически целесообразной. Тем самым будет обеспечена возможность быстрого внедрения в промышленность результатов научных достижений, приобретенных на каждом этапе, и получение от этого дополнительных средств для проведения дальнейших исследований. Кроме того, это позволит при значительно меньших затратах изучить особенности и накопить опыт эксплуатации газо-топливных летательных аппаратов на более высоком температурном уровне, который можно затем использовать при создании авиационной техники на следующем, более низком температурном уровне, вплоть до применения жидкого водорода.