Космос и алкоголь: западные спутники будут заправляться русской водкой
Мечта о космосе сопровождает человечество на протяжении всей истории, проявляясь в философских размышлениях, научных исследованиях, литературе, искусстве и усилиях по освоению космического пространства.
Практическая реализация мечты состоялась 4 октября 1957 года, когда в космос запущен первый советский искусственный спутник Земли ПС-1, или «Простейший спутник-1». Именно с него началась космическая эра.
Малые космические аппараты
В 1990-х годах произошло важное изменение приоритетов в разработке космических аппаратов. Преимущество по сравнению с крупногабаритными и тяжёлыми спутниками получили малые космические аппараты (МКА).
Малые космические аппараты весят от одного до 500 килограммов и используются в различных областях вроде дистанционного зондирования Земли и космического наблюдения. Такие аппараты работают на низких околоземных орбитах, где заметно гравитационное притяжение Земли. Поэтому необходимы двигатели, способные выполнять различные манёвры с низким энергопотреблением и достаточным запасом топлива.
Эффективные, но более дорогие, опасные и ядовитые
Современные ракетные топлива имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение в космической отрасли. Проблемы касаются безопасности, эффективности, сложности производства, хранения и эксплуатации. Жидкостное ракетное топливо имеет более высокую стоимость по сравнению с твердотопливными двигателями. Оно требует более сложной подготовки к запуску, особенно при использовании сжиженных газов в качестве компонентов топлива.
Даже незначительные примеси органических веществ в баках с окислителем могут вызвать возгорание. Это опасно для материалов баков, поскольку алюминий, магний, титан и железо быстро горят в среде ракетного окислителя.
Компонент такого топлива в виде азотной кислоты ядовит. Её попадание на кожу вызывает болезненные язвы, а пары вредны для здоровья. Фтор очень ядовит, сильно разъедает кожу, глаза и дыхательные пути.
Получение и сжижение водорода обходится в 20–80 раз дороже, чем керосина. Поэтому во всём мире ведётся поиск альтернативных видов ракетного топлива и топлива для МКА. На первый план выступает этанол («спирт» по-русски) и его разновидности. Например, водка.
Горючее из VI века
Впервые спирт из вина получили в VI–VII веках арабские химики. Способ получения спирта содержится в записях персидского алхимика Ар-Рази. В Европе этиловый спирт получен из продуктов брожения в XI–XII веке, в Италии. Открытие оказалось важным для химиков и инженеров. Кроме полезных свойств спирта в процессе химических реакций и медицине, он является экологически чистым топливом!
Первые работающие на спиртовом топливе автомобили появились в начале XX века. Доступное высокооктановое горючее привлекало внимание производителей. Особенно большие надежды на него возлагал основатель автомобильной промышленности Генри Форд. Однако тенденция продолжалась недолго. Конкуренция и новые технологии в нефтяной промышленности позволили предложить более совершенные виды топлива.
Повторное внедрение спиртового топлива началось с 1973 года, когда ОПЕК повысила цены на нефть и ограничила её поставки. Соединённые Штаты извлекли урок из данного события и выделили субсидии на строительство спиртовых заводов.
Топливный этанол служит для стабилизации цен на импортную нефть и ограничения аппетитов американских нефтепромышленников. Цена спирта в Америке остаётся стабильной и поддерживается субсидиями: 0,5 доллара, или 37,5 рублей.
Дарящий радость авиаторам!
Спирт широко применялся в авиации. В гидравлической системе тормозов шасси советского истребителя МиГ-15 использовалась смесь спирта и глицерина. Крепостью она была не более 30°, а глицерин придавал сладковатый привкус. Поэтому остряки от авиации прозвали такой напиток ликёром «Шасси».
На советском серийном сверхзвуковом высотном истребителе-перехватчике МиГ-25РБ смесь спирта и дистиллированной воды крепостью до 55° объёмом около 250 литров называлась «Массандра». Она использовалась в системе кондиционирования кабины, для охлаждения генераторов и прочей аппаратуры.
Кроме того, 50 литров чистого спирта заливалось в бортовую радиолокационную станцию и противообледенительную систему фонаря кабины. При совершении каждого полёта «на разгон» (на большой высоте и большой скорости) весь данный запас подлежал списанию.
Однажды «на верха» ушло письмо жён военнослужащих, просивших заменить спирт на что-то другое. Когда правительство обратились к генеральному конструктору самолёта Артёму Микояну с просьбой о замене, тот ответил, что если для достижения заданных лётно-технических характеристик самолёта ему потребуется заправлять его армянским коньяком, то это будет армянский коньяк!
При этом никакой другой продукт виноделов, кроме «Массандры», МиГ-25 не принимал. Эта загадка конструкции до сих пор не разгадана. Неудивительно, что авиаторы расшифровывали слово «Массандра» как «Микоян Артём, советский сын армянского народа, дарит радость авиаторам!»
Спирт в космосе
Спирт начали применять в качестве компонента ракетного топлива во время Второй мировой войны. Это произошло в Германии в рамках разработки ракеты ФАУ-2 V-2 (Aggregat-4). После окончания войны СССР получил в своё распоряжение немецкие ракеты «Фау-2», завод по их производству и инженерных специалистов.
Опираясь на такую базу, советские конструкторы во главе с Сергеем Королёвым адаптировали технологии. Советская версия ракеты получила обозначение Р-1, а её модифицированный вариант увеличенной дальности — Р-2. В качестве топлива для ракет использовался этиловый спирт (в некоторых случаях — 75-процентный водный раствор) в сочетании с жидким кислородом.
Горючее Р-1 постоянно употребляли внутрь все имевшие с ней контакт инженеры и техники. На его основе даже изобретались коктейли. Например, «Голубой Дунай» состоял из спирта с микродозой марганцовки.
Таким образом, начало применения спирта в советской ракетной технике связано с немецкими ракетами «Фау-2» времён Второй мировой войны. В СССР использование спирта в ракетах продолжалось до 1970-х годов, хотя со временем разработаны более эффективные виды топлива.
Малые, но удалые!
Микродвигатели для космических аппаратов — это устройства малой тяги, используемые для коррекции орбиты, управления ориентацией аппарата, маневрирования и продления срока его активного существования. Они могут работать на разных принципах и различных видах топлива, среди которых присутствует и спирт.
Учитывая это, американская компания Air Company, ставившая во главу угла своего бизнеса социальную миссию и тем самым получившая немалую известность, вывела в 2019 году на рынок инновационный продукт Air Vodka.
Он покорил мир тем, что ничем не отличался от обычной хорошо очищенной от примесей водки. Однако при этом производился в основном из окружающего воздуха, насыщенного углекислым газом.
В перспективе компания планирует сотрудничество с NASA в деле производства альтернативного топлива для ракетных двигателей с использованием сахаров и белков на спиртовой основе.
Американский космический стартап bluShift Aerospace впервые в истории космонавтики в 2021 году успешно запустил ракету-носитель на биотопливе, под которым подразумевался спирт — чистый или разбавленный до состояния водки. Шестиметровая ракета достигла высоты около 1,2 километра, после чего приземлилась на парашюте. На борту находилось три экспериментальных полезных груза в корпусах.
Представители стартапа отмечают, что их технология не только позволит снизить уровень вредных выбросов, но и поможет удешевить доставку груза на орбиту. Создание орбитальной программы для запусков у побережья Мэна сделает его единственным частным стартовым комплексом США с прямым доступом к полярной и солнечно-синхронной низкой околоземной орбите.
Простой, но эффективный двигатель
Как работает двигатель на смеси спирта и воды? Такая смесь поступает из топливного бака в элементы автоматики и попадает в микродвигатель. Он состоит из большого числа газовых каналов и нагревателя. При подаче напряжения микродвигатель разогревается, топливо испаряется, образованный пар перегревается и создаёт силу тяги.
Российская компания «Современный инжиниринг и автоматика» из Новосибирска создала такой двигатель. Он является первым в мире двигателем малой тяги для МКА, запущенным на орбиту с водкой в качестве топлива. Разработчики отмечали, что такой вид топлива безопасен для человека, в отличие от используемых сейчас фреона и изобутана.
Конструкцию двигателя можно легко изменять в зависимости от задач спутника. Это позволяет менять скорость для различных манёвров, снижать массу и энергопотребление аппарата.
Главным преимуществом спирта является его неисчерпаемость. В отличие от нефти, ресурсы для производства этилового спирта почти не ограничены. Пока есть поля и вода, его можно получать в больших количествах из риса, кукурузы, картофеля и даже древесных опилок!
Данный факт отметил Владимир Высоцкий в песне «Милицейский протокол».
«И если б водку гнать не из опилок, то что б нам было с трёх-четырёх... с пяти бутылок!» — пел Высоцкий.
Кроме того, спирт не замерзает до –114 °С. Это важно при полёте в космосе. Поэтому спиртовые растворы могут применяться в контурах охлаждения или обогрева отдельных узлов.
Второе преимущество этилового спирта как альтернативного топлива заключается в том, что для его использования требуется минимальное изменение инфраструктуры.
Этанол является отличным аккумулятором энергии. Он позволяет получить на 34% больше энергии, чем затрачено на его производство. Для сравнения: при производстве водорода на каждые 3–4 килоджоуля энергии мы сможем вернуть только один килоджоуль.
Близок локоток, но не укусишь!
В 10 тысячах световых лет от Земли астрономы ещё в 1995 году обнаружили просто невероятно большое облако из спирта — газопылевое облако Стрелец В2.
Гигантское спиртовое облако соседствует с созвездием Орла. Оно в тысячу раз больше Солнечной системы. Спирта в нём содержится целых 400 квинтиллионов литров. А «разлился» он на 488 миллиардов километров. Чтобы поглотить такой объём, каждый житель Земли должен выпивать по триста тысяч литров алкоголя ежедневно целый миллиард лет.
Правда, пить его нельзя. Облако состоит из метилового спирта, от одной стопочки которого можно ослепнуть. А от больших доз можно и умереть. Однако двигатели МКА можно заправлять им. Таким образом решится вопрос дозаправки на многие сотни и даже тысячи лет. Самое главное — долететь до этого облака. Оно располагается в 10 тысячах световых лет от Земли.
get newsletter