Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: ЭЛУРД-МС
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Исследование процессов в электролизере воды высокого давления и ракетном кислородно-водородном двигателе малой тяги, работающем на увлажненных компонентах топлива
Цель эксперимента:

Целью КЭ «ЭЛУРД-МС» является проведение комплексных исследований в условиях космического полета процесса электролиза воды в электролизной установке щелочного типа при давлении до 15 МПа и особенностей работы ракетного двигателя малой тяги на увлажненных электролизных газах.  

Описание эксперимента:

Целью КЭ являются комплексные исследования в условиях космоса процесса электролиза воды при давлении до 15 МПа и особенностей работы ракетного двигателя малой тяги на электролизных газах.

В процессе работы предполагается проведение исследований:

 

1) процессов массотеплообмена в электролизере;

 

2) надежности разделения газов и жидкости в невесомости;

 

3) эффективности процессов электролиза в космических условиях;

 

4) методов и устройств зажигания увлажненной газообразной кислородно-водородной смеси и устойчивости её горения в двигателе малой тяги;

 

5) температурного режима деталей элементов конструкции двигателя;

 

6) процесса возможного образования льда на элементах конструкции электролизера и форсунках камеры сгорания двигателя;

 

7) определение ресурсных характеристик ЭЛУВД, РДМТ.

 

Электропитание электролизера «ЭЛУРД» мощностью до 500 Вт осуществляется от солнечных батарей. Вода, находящаяся в электролизной установке в виде раствора щелочи КОН разлагается на водород и кислород высокого давления, которые поступают в РДМТ.

 

Тяга РДМТ составляет до 0,05 Н (5 гс), удельный импульс составляет 360 с. Исследование необходимо для получения экспериментальных данных по результатам отработки ЭЛУРД и создания на их базе:

 

а) двигательных установок для спутников на экологически безопасных компонентах топлива;

 

б) нового более эффективного электролизера;

 

в) ракетных двигателей на увлажненных газообразных кислороде и водороде;

 

г) устройства зажигания смеси увлажненных газов в камере двигателя малой тяги.

 

Выполнение эксперимента базируется на существующем научно-техническом заделе, в том числе: - Патент РФ 2215891 «Солнечная энергетическая ракетная двигательная установка импульсного действия», Г.Г. Подобедов, Б.А. Соколов, Н.Н. Тупицын, РКК "Энергия", 2003г.

 

- Патент РФ 2310768 «Солнечная ракетная кислородно-водородная двигательная установка импульсного действия», Г.Г. Подобедов, Б.А.Соколов, Н.Н. Тупицин, РКК "Энергия", 2007г.

 

- Г.Г. Подобедов, А.А. Смоленцев, Е.Н. Туманин, А.Н. Щербаков и др., «Солнечная водяная двигательная энергетическая установка», Известия РАН, Энергетика, №1, 2013, стр. 57-67.  

 

Новизна эксперимента:

Новизна КЭ «ЭЛУРД-МС» состоит в том, что впервые в отечественной и мировой практике в условиях реального космического полета будут исследованы процессы, происходящие в электролизере воды высокого давления, с безнасосной подачей электролита, а также работа РДМТ на влажных электролизных газах. В подготовке эксперимента будут участвовать ведущие организации и специалисты, обладающие значительным научно-техническим заделом.

Ожидаемый эффект от проведенного эксперимента состоит в возможности ввода в эксплуатацию нового класса двигательных установок, демонстрацией работоспособности прототипа в условиях реального космического полета. Это открывает перспективу производства на орбите ракетного топлива – водорода и кислорода. Не меньший эффект состоит и в том, что к проведению работ будут привлечены студенты, аспиранты ведущих ВУЗов страны. Это повысит квалификацию кадров молодых работников аэрокосмической промышленности.  

 

Научная аппаратура:

1. Полное наименование НА, устанавливаемой на КА – «Электролизная установка и кислородно-водородный ракетный двигатель малой тяги». Краткое наименование НА - «ЭЛУРД».

2. НА предназначена для выполнения задач, перечисленных ниже в разделе "Задачи эксперимента".

 

3. Разработка НА должна проводиться по отдельному техническому заданию.

В состав НА входят блок агрегатов, который размещается на внешней поверхности МЛМ, блок управления, который размещается в гермоотсеке МЛМ, и комплект кабелей. Средства ИУС РС МКС привлекаются на период проведения сеанса КА.

Блок агрегатов (БА) включает в себя:

- электролизную установку высокого давления (ЭЛУВД) с запасом воды;

- блок хранения и подачи газообразных водорода и кислорода;

- РДМТ;

- регистрирующую аппаратуру: датчики тяги, давления, температуры, тока, напряжения; видеокамеры;

- раму.

Блок управления (БУ) включает в себя:

- вторичные источники питания;

- преобразователь сигналов от датчиковой аппаратуры в цифровую форму и команд-в релейную;

- устройства коммутации электропитания для нагрузок в БА и защиты электрических цепей первичного бортового напряжения 23-29 В;

- контроллер управления и сбора информации.

 

 

 

Ожидаемые результаты:

В результате проведения КЭ ожидается получение следующих результатов:

 

1) величины давления, температуры, вольтамперные характеристики, КПД электролизера при запуске, в том числе при саморазогреве, работе, останове, хранении в невесомости и вакууме;

 

2) надежность разделения газов и жидкости в невесомости;

 

3) величины тяги, удельной тяги, температуры, давления в РДМТ; 

 

4) подтверждение работоспособности устройств зажигания увлажненной газообразной кислородно-водородной смеси и устойчивости её горения в РДМТ;

 

5) подтверждение отсутствия образования льда в сопле РДМТ;

 

6) определение возможной деградации характеристик и ресурса ЭЛУВД и РДМТ.

 

Полученные данные позволят:

 

1) сформулировать ТЗ на двигательные установки данного типа для широкого круга перспективных КА; 2) построить математическую модель двигательной установки;

 

3) создать кооперацию предприятий и специалистов для разработки данного типа РДМТ

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: с 2016 по 2021 год
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королева»
Организации участники: Московский энергетический институт
Научный руководитель: Туманин Е.Н., ПАО РКК «Энергия», главный специалист, к.т.н.
Публикации по эксперименту:

 1 А.В. Десятов, В.А. Смоляров «Водородные технологии для малой и средней энергетики», в сборнике статей ФГУП «Центр Келдыша» под ред. академика А.С. Коротеева//«Перспективные энергетические технологии на земле и в космосе». М. ЗАО «Светлица», 2008.

2 И.Н. Глухих., Н.И. Зеленщиков, Ю.Н. Морозов., Б.А. Соколов, Ф.Ф. Стуров, С.В. Чернов, Н.И. Шишкарева, А.Н. Щербаков «Установка с электролизерами воды высокого давления для лунной базы»//Известия РАН, Энергетика, 2007 № 3, с. 35 - 45.

3 Д.А.Лялин, В.А. Смоляров, Е.В. Бурковский «Обоснование возможности целевого использования ЭЛУВД космического назначения в энергетических и двигательных установках перспективных космических объектов»//HTO договора № 600-И/43-12. Центр им Келдыша, 2012, 71 с.

4 Патент РФ № 2508419 «Установка для электролиза воды под давлением и способ ее эксплуатации», 2014 г., ОАО «РКК «Энергия».

5 Л.М. Якименко, И.Д. Модылевская, З.А. Ткачек «Электролиз воды». М.: Изд. «Химия», 1970, 264 с.

6 Н.В. Коровин «Топливные элементы и электрохимические установки». М.: Издательство МЭИ, 2005, 280 с.

7 А.В. Марков, Т.В. Матвеева, Р.Ф. Муртазин, А.В. Смирнов, А.В. Соловьев, И.В. Сорокин, И.В. Чурило. Технология запуска микроспутников с использованием транспортных грузовых кораблей типа «Прогресс-М»//Космическая техника и технологии, № 1 (8) 2015, с. 42 – 52.

8 А.В. Кочанов, И.С. Оглоблина «Перспективы создания и применения для управления КА двигательных установок на базе электролиза воды»//Журнал «Полет», № 4, 2012, с. 9 - 15.

9 В.П. Ходненко, А.В.Хромов «Корректирующие двигательные установки для малого КА»//Вопросы электромеханики, т. 109, 2009, с. 27 – 32.

10 Патент РФ № 2215891, МПК7 7 F02K11/00 «Солнечная энергетическая ракетная двигательная установка импульсного действия»/Г.Г. Подобедов; Б.А. Соколов; Н.Н. Тупицын; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева".

11 Патент РФ № 2310768, МПК7 F02K 11/00, B64G 1/40, «Солнечная ракетная кислородно-водородная двигательная установка импульсного действия»/Г.Г. Подобедов, Б.А.Соколов, Н.Н. Тупицин; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева".

12 «Кислородно-водородная двигательная установка на основе электролиза воды и ЖРДМТ на компонентах Н2г+О2г для системы управления МКА»//Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени С.П. Королева, часть 3, 2009, с. 49 - 57.

13 Г.Г. Подобедов, Б.А. Соколов, Н.Н. Тупицын «Солнечная энергетическая установка для производства ракетного топлива и кислорода из воды в космических условиях». Энергетика//Известия РАН, № 1, 2006, с. 67 - 73.

14 А.В. Якутин «Математическое моделирование и численный анализ рабочих процессов в микро-ЖРД на базе МЭМС-технологий». Специальность: 05.07.05 «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоуста-новки летательных аппаратов». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 2010, 23 с.

15 Г.А. Попов, Н.Н. Антропов, Г.А. Дьяконов, Н.В. Люблинская, М.М. Орлов, П.М. Трубников, В.К. Тютин, В.Н. Яковлев «Корректирующая двигательная установка для низкоорбитальных микроспутников нового поколения»//Авиационно-космическая техника и технология, 2004, № 8 (16), с. 173 - 177.

16 Н.Н. Антропов, А.В. Богатый, Ю.Т. Даньшов, Г.А. Дьяконов, Н.В. Люблинская, И.Л. Нечаев, Г.А. Попов, С.А. Семенихин, В.К. Тютин, В.С. Харламов, В.Н. Яковлев «Корректирующая двигательная установка с абляционным импульсным плазменным двигателем для малого космического аппарата»//Космонавтика и ракетостроение. Вестник НПО им. С.А. Ла-вочкина, 2013, 5,(21), с. 33 – 37.

17 В.В. Гопанчук, М.Ю. Потапенко «Создание плазменных двигателей малой мощности для микроспутников»//Космическая техника и технологии, № 4, 2015, с. 42 – 49.

18 Двигатель МД-08, http://www.niimashspace.ru/index.php/produce/rkt/ 33-rdmt/18-md08

19 Ю.И. Агеенко, И.Г.Панин, И.В. Пегин, И.А.Смирнов «Основные достижения ракетных двигателей малой тяги разработки конструкторского бюро химического машиностроения им. А.М. Исаева»//Двигатель, № 2, 2014, с. 24 – 27.

20 П47072 «Результаты первого этапа испытаний щелочной электролизной батареи нового поколения», 2016, 69 с.

21 П47205 «Комплексная программа работ в области космической солнечно-водородной энергетики», РКК «Энергия», 2015 г, 37 с.

 

Последнее обновление: 17.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения