Ту-155: первый самолет на сжиженном водороде

В 70-х годах весь мир, в т. ч. косвенно и Советский Союз, остро ощущал нехватку нефти: как следствие, разразился энергетический кризис. Тогда, пожалуй, впервые человечество начало понимать: рано или поздно «черное жидкое золото» закончится и что дальше? Правда, как считают геологи, ресурсы природного газа на Земле превышают количество нефти, угля в несколько десятков раз! Но все равно нужно искать иные виды горючего.


Здесь речь пойдет о криогенном (что значит «рожденный холодом») горючем. Его суть в том, что на газ воздействуют чрезвычайно (близкой к абсолютному нулю) низкой температурой, из-за чего он становится жидким. Для проведения эксперимента использовали водород, позже – СПГ.

Начало

В семидесятые СССР становится мировым лидером по объемам разведанных запасов «голубого топлива». В это же время стартуют работы, связанные с постройкой пассажирского (в перспективе) воздушного судна с криогенными авиамоторами. Точнее сказать, специально новую машину не делали: использовали серийный Ту-154Б, который соответствующим образом модифицировали. Разработки по созданию криогенного авиамотора вело КБ по двигателестроению (Куйбышев) под началом Кузнецова Н. Д.


Своеобразным толчком к постройке самолета стала разработанная Академией наук СССР программа НИОКР. Ее суть – исследование возможностей использования водорода, как источника энергии, в народном хозяйстве. В авиации программу называли проще – «Холод». В соответствии с ней предполагалась разработка силовых установок, работающих на криогенном горючем.


Еще один «мотив» – ускоряющееся развитие космической промышленности: тогда проектировали «Буран», а у него одна из ступеней ракеты-носителя «питалась» именно криогенным водородом. Постройка Ту-155 стартовала после 1980-го. Подразумевалось, что это будет летающая лаборатория.


Многие считают: водород не «портит» атмосферу. Вопрос спорный. Да, при его сгорании выделяется вода и немного оксида азота. Но как добывают этот газ? В ходе этого процесса возможно загрязнение атмосферы ничуть не меньшее, чем при использовании авиационного керосина.

Компоновка Ту-155

Ее немного переделали и попутно решили ряд проблем технического характера. В задней части воздушного судна обустроили герметичное отделение, где расположили резервуар под горючее на 20 куб. м. Емкость экранировали с использованием теплоизолирующих материалов и вакуума, чтобы поддерживать температуру жидкого водорода на уровне -253°.


Было бы не совсем верно говорить, что лайнер летал исключительно на жидком водороде. Он использовался только в одном (индекс НК-88) из трех двигателей – правом. Горючее в него подавалось не обычным, а высоконапорным турбированным насосом (подобные применяют в движках для ракет). Два других авиамотора были штатными, от обычного Ту-154Б.


К 1988-му водородный двигатель установили на штатное место, справа. Готовый Ту-155 выкатили из цеха. Испытания прошли удачно и показали, что использование СПГ, если сравнивать с авиакеросином, экономически целесообразно. Ту-155 впервые оторвался от земли 15.04.1988. Командовал экипажем известный на то время летчик-испытатель В. Севанькаев. Первый раз в истории человечества был совершен полет на криогенном горючем. Эксперимент закончился удачно: самолет благополучно приземлился. Правда, экипажу пришлось еще раз «взлететь»: летчиков качали на руках, подбрасывая вверх.

О безопасности

Водород – взрывоопасный газ и после печально известной катастрофы дирижабля «Гинденбург» в 1937-м году человечество относится к нему с недоверием. Такое положение дел длительное время сдерживало развитие криогенной энергетики. Существовал даже термин: «синдром Гиндербурга».


Чтобы обеспечить безопасность в топливном отсеке, из него удалили почти всю электрическую проводку для исключения возможности образования искры. Также была разработана дренажная система, выводящая пары газа подальше от авиадвигателя и источников электроэнергии. Для контроля над работой топливного отсека дополнительно установили свыше тридцати бортовых систем.

Проект Ту-156

Самолет остался тот же, просто в документах его переименовали, что было связано с переоборудованием на более удобное при использовании горючее – сжиженный природный газ, или СПГ. Модифицированный двигатель получил индекс НК-89. Применение водорода сопряжено с рядом проблем. Например, из-за большой взрывоопасности газа на аэродроме требовалось оборудовать специальные хранилища, иметь технику для транспортировки и заправки самолета. Да и стоил водород гораздо дороже, нежели СПГ.


Тем более, что природный газ просто добывали, без вреда для атмосферы. К тому же он хранился и применялся при температуре -160°, а это на сто градусов выше по сравнению с водородом. Если же говорить об авиакеросине, то СПГ выделяет на 15 % энергии больше. На столько же уменьшается расход горючего.


Всего Ту-155 семьдесят раз поднимался в небо. При этом только в пяти экспериментальных полетах роль топлива играл водород: в других случаях – СПГ. В ходе испытаний не наблюдалось ни одного отказа криогенной системы. На альтернативном топливе Ту-155 совершал перелеты из Москвы в Ганновер, Братиславу, Ниццу. Был замечен и еще один плюс: движок внутри и сопло оставались чистыми. Вспомните «классическую» картинку: самолет с керосиновыми авиамоторами, загрязненными копотью!

Перспективы криогенной авиации

Если раньше на Западе как-то мало обращали внимания на водородное топливо, то сегодня ситуация иная. Уже достаточно много выпущено автомобилей, использующих альтернативное горючее, построены специальные заправочные станции. Что касается самолетов, то в 2020-м водородный авиадвигатель, разработанный калифорнийской компанией, включен в список лучших изобретений года. Уже создано шестиместное воздушное судно, к 2024-му американцы обещают показать 19-местную модель. А к 2028-му – машину на 50 пассажиров. В ФРГ проводятся испытания пассажирского HY4, двигатели которого частично работают на водороде. Подобные исследования проводят в Японии, КНР.


В Советском Союзе в конце 80-х работы по созданию летательных аппаратов на криогенном горючем велись очень интенсивно: советские специалисты опережали своих конкурентов, как минимум, на десятилетие. Например, был готов проект двухтопливного воздушного судна, летающего на природном газе или керосине. Подобное техническое решение можно было реализовать и в отношении вертолетов. Но развал Союза перечеркнул все планы.

Дальнейшая судьба Ту-155

Самолет сохранился чудом: его едва не сожгли при съемке одного из фильмов. Причем, специально, просто для эффектного кадра. Однако машина уцелела и сегодня находится на аэродроме в Жуковском. Правда, водородный двигатель с него сняли. Большинство поклонников советской авиации считают: из Ту-155 необходимо сделать музей, чтобы молодежь видела и гордилась достижениями своей страны.