Как известно, обеспеченность топливными ресурсами является ключевой задачей, определяющей развитие экономики и обеспечение национальной безопасности любого государства. Устойчивая тенденция роста потребления в мире нефтяных топлив привела к значительному увеличению темпов расходования невозобновляемых запасов нефти, которые, по прогнозам ученых, будут полностью исчерпаны во всех странах (за исключением Ирака, Ирана и Саудовской Аравии) уже в первой половине нынешнего века.

Человечество, по сути, должно в короткие сроки решить проблему своего выживания: найти возможности и пути перехода с топлив, получаемых из нефти, на новые альтернативные виды топлива, прежде всего в промышленности и на транспорте.

Особенно это важно для России с учетом ее огромной территории, наличия богатых природных ресурсов, географического положения и разнообразных климатических зон. По расчетам, нефтяное топливо у нас иссякнет значительно раньше, чем в остальном мире: по данным ОПЕК, разведанных запасов нефти в России хватит примерно на 15 лет. Очевидно, что сроки внедрения новых альтернативных видов топлива для России должны быть более жесткими, чем для других стран.

С особой остротой проблемы перехода на новые виды топлива проявляются в авиации, где прогнозируются постоянное увеличение интенсивности перевозок и, соответственно, рост расхода топлива. В развитых странах уже сегодня доля авиации составляет около 30% годового расхода топлива на все виды транспорта. По этой причине в ряде развитых стран не прекращаются работы по применению в авиации альтернативных топлив, обладающих большими ископаемыми ресурсами, меньшей стоимостью, лучшей экологией.

Вполне очевидна необходимость ускоренного создания в России криогенной авиации, в первую очередь, использующей более дешевые виды альтернативных авиационных топлив.

Альтернативными авиационными топливами являются криогенные: жидкий водород и сжиженный природный газ (СПГ), в основном состоящий из метана.

Эти топлива экологически более чистые, чем нефтяное, и благодаря большим хладоресурсу и энергосодержанию способны значительно повысить летно-технические характеристики летательных аппаратов.

Кроме того, применение криогенных топлив более безопасно, чем применение авиационного керосина. Даже небольшая утечка криогенного топлива может быть обнаружена посредством газового анализа с немедленным принятием мер по предотвращению воспламенения. В отличие от керосиновых, криогенные топливные баки не взрывоопасны, так как в них отсутствует кислород. При разливе криогенное топливо быстро испаряется и улетучивается.

Жидкий водород является перспективным топливом будущего, но пока еще дорог по сравнению с нефтяным. Однако в связи с неуклонным удорожанием нефти, цена жидкого водорода в перспективе сравняется с ценой нефтяного топлива и даже станет ниже.

СПГ значительно дешевле нефтяного топлива и практически полностью может использоваться в качестве авиационного топлива, в то время как для получения нефтяного авиатоплива используется только 6-7% нефти. На Севере СПГ может производиться непосредственно в регионах.

Россия является наиболее подготовленной страной к созданию летательных аппаратов, использующих криогенные топлива. В нашей стране проведен большой объем проектно-конструкторских, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по этой тематике.

История работ в ОКБ А.Н. Туполева по альтернативным видам топлива уходит в 60-е гг. - уже тогда рассматривалась возможность перевода силовых установок проектируемых в ОКБ самолетов на жидкий водород. В середине 70-х гг. Академией наук СССР совместно с рядом научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро была разработана программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по широкому внедрению альтернативных видов топлива в народное хозяйство.

В авиапромышленности она получила название - тема "Холод". В рамках этой программы ОКБ А.Н. Туполева было поручено создание на базе самолета Ту-154 летающей лаборатории, использующей в качестве топлива жидкий водород и СПГ.

Поставленная задача была успешно выполнена - 15 апреля 1988 г. поднялся в небо первый в мире самолет - летающая лаборатория Ту-155 с экспериментальным двигателем НК-88 разработки ОКБ Н.Д. Кузнецова, работающим на альтернативных видах топлива. В течение нескольких лет Ту-155 проходил обширный комплекс испытаний, в ходе которых удалось провести большой объем исследований и получить ценные материалы для дальнейших работ по криогенной авиации. Всего на Ту-155 было выполнено около 100 полетов на СПГ и жидком водороде. Этими полетами была доказана реальность создания криогенной авиации.

При разработке этого самолета была создана экспериментальная база для испытания криогенного оборудования и сложился единственный в мире коллектив высококвалифицированных специалистов в области криогенной авиации. В результате этой работы были определены пути создания самолетных и аэродромных криогенных систем и оборудования.

В соответствии с Постановлением правительства РФ №368 от 23 апреля 1994 г. был разработан технический проект и на 70% выпущена техническая документация на грузопассажирский опытно-промышленный самолет Ту-156 с двигателями НК-89, предназначенный для освоения эксплуатации криогенных самолетов на авиалиниях. Этот самолет разрабатывался на базе самолета Ту-154 и двигателей НК-8-2у. Для него были разработаны криосистемы, которые могут быть применены на других самолетах близких размерностей.

Однако работы по этому самолету не были доведены до завершения вследствие устаревшей конструкции базового летательного аппарата (Ту-154) и значительного опоздания по времени из-за отсутствия должного финансирования. Вместе с тем, при разработке Ту-156 был получен ценный опыт проектирования самолетных криогенных систем.

В содружестве с большим количеством смежников удалось провести уникальные исследования по оценке возможных путей развития авиации на альтернативных видах топлива, были разработаны самолетные конструкции криогенных систем, баков, агрегатов и мероприятия по усовершенствованию эксплуатации и предотвращению выбросов паров топлива в атмосферу. Проведенные исследования подтвердили, что криогенная силовая установка не будет практически отличаться от керосиновой ни по весу, ни по надежности, ни по безопасности и простоте эксплуатации.

Несмотря на незначительное финансирование, работы по криогенной тематике в ОАО "Туполев" продолжались до нынешнего года. Были разработаны технические предложения на переоборудование ряда новых пассажирских и грузовых самолетов с введением криогенных силовых установок, использующих в качестве топлива СПГ и керосин. Кроме того, ОАО "Туполев" совместно с германской фирмой "Дойче Аэрбас" разработали, проекты криопланов на базе самолетов А-310 и До-328 с использованием только жидкого водорода.

На уровне технических предложений разработаны проекты модифицированных криогенных самолетов Ту-204 (Ту-204К), Ту-334 (Ту-334К), Ту-330 (Ту-330СПГ), нового регионального самолета Ту-136. Кроме того, эти самолеты будут способны одновременно применять альтернативные топлива и авиационный керосин, что делает их более универсальными и надежными. Наиболее глубоко проработаны модификации самолета Ту-204 (Ту-204К) и проект нового регионального самолета Ту-136, учитывающий особенности криогенного топлива.

Технические предложения на самолет Ту-204К с двигателями ПС-92 разрабатывались на основе технической документации пассажирского самолета Ту-204 с двигателями ПС-90А. Для испытаний двигателя ПС-92, работающего на СПГ, в г. Пермь подготовлен стенд. Благодаря удачному расположению криогенных баков на фюзеляже расчетная топливная экономичность Ту-204К улучшилась на 4-5% по сравнению с базовым самолетом.

Топливная экономичность самолетов Ту-334К и Ту-330СПГ практически не будет отличаться от базовых Ту-334 и Ту-330. Все эти самолеты могут быть переоборудованы под применение СПГ в течение 3-4 лет.

Особое внимание, по нашему мнению, заслуживает проект грузопассажирского регионального криогенного самолета Ту-136 с двумя турбовинтовыми двигателями ТВ7-117СФ, способного при небольших доработках применять СПГ, жидкий водород и пропан-бутановое топливо.

Рынком региональных авиаперевозок России и других стран СНГ являются авиаперевозки на маршрутах средней протяженности 1200-2200 км с небольшим пассажиропотоком. Основным региональным самолетом, использующимся на указанных трассах, все еще является созданный в 50-х гг. самолет Ан-24 и его модернизации Ан-24Т и Ан-26. Полное списание этих самолетов произойдет в 2005-2007 гг. На рынок выходит новый турбовинтовой самолет Ил-114, сертифицированный в 1997 г. На Украине заканчивается создание самолета этого класса Ан-140. За рубежом к этому классу относятся самолеты Dо-328, ATR-42, ATR-72, SAAB 2000B. Однако все эти самолеты используют в качестве топлива только авиакеросин. Самолет Ту-136 является уникальным в том, что он может заправляться СПГ, жидким водородом и пропан-бутановым топливом. Это определяет отсутствие у него в ближайшее время прямых конкурентов.

Этот самолет предназначен для пассажирских и грузовых перевозок на авиалиниях протяженностью до 2000 км. Он может эксплуатироваться с аэродромов любого класса, в том числе с грунтовых, использоваться на сети трасс, связывающих областные центры России, для грузопассажирских перевозок при обслуживании центров добывающей промышленности как летающая лаборатория для инспектирования магистральных газопроводов районов Севера и Сибири. Этот самолет после сертификации может использоваться зарубежными авиакомпаниями в странах, имеющих развитую инфраструктуру потребителей природного газа.

Ту-136 взлетной массой в 20 т может перевозить 53 пассажира или до 6 т груза на расстояние до 2200 км со скоростью 550 км/час на высоте около 9 км. Топливная экономичность самолета около 20 г/пасс. км соответствует лучшим мировым самолетам этого класса, а применение СПГ позволит примерно на 30% сократить прямые эксплуатационные расходы. Самолет спроектирован с учетом особенностей криогенного топлива. Он имеет дупланную аэродинамическую схему, логично совмещенную с криогенными топливными баками, конструктивно-силовая схема самолета выполнена с максимальной разгрузкой крыла и фюзеляжа от действия аэродинамических и массовых сил.

Криогенные топливные баки емкостью 3680 кг СПГ располагаются в двух вынесенных гондолах за двигательной установкой. Совмещение миделя бака с миделем мотогондолы, а также сочетание поддерживающих пилонов с общей аэродинамической схемой самолета позволили расположить криогенные топливные баки вне фюзеляжа практически без увеличения аэродинамического сопротивления и усиления крыла. Короткие криогенные трассы имеют небольшую массу и не требуют супертеплоизоляции. Вынесенная от пассажирского салона силовая установка значительно повышает безопасность пассажиров и экипажа и упрощает ее экспериментальную отработку. Близость двигателя и криогенных баков снижает вероятность гибели людей в катастрофической ситуации, т. к. вероятность поджига пролитого топлива из поврежденных баков переводит опасность взрыва образующейся топливо-воздушной смеси к менее разрушительному пожару.

Керосин заливается в крыльевые баки как в обычном самолете. Самолет может быть выполнен в варианте использования жидкого водорода и пропан-бутанового топлива без изменения его основных данных. В этом случае в криогенных баках другой конструкции будет размещено 606 кг жидкого водорода.

Стоимость создания такого самолета будет больше затрат на модернизацию пассажирских самолетов под применение криогенного топлива, однако цена самолета Ту-136 будет в 2,5-4 раза меньше цены модернизированных самолетов Ту-334К и Ту-204К.

Этот фактор может сыграть решающую роль в завоевании рынка ряда регионов. Создать такой самолет при достаточном финансировании можно в течение 4-5 лет, окупаемость затрат произойдет на 4-й год производства при выпуске и продаже около 90 самолетов.

К развитию региональной криогенной авиации относится и переоборудование существующего вертолета Ми-8Т с двигателями ТВ-2-117СФ под применение СПГ. При этом его летно-технические характеристики практически не изменятся. При модернизации вертолета используется опыт компоновки его под применение пропан-бутанового топлива, на котором вертолет успешно испытывался, а также опыт ОАО "Туполев" по созданию криогенной силовой установки самолета Ту-155 и разработки проектов самолетов Ту-156 и Ту-136.

В связи с тем, что на самолете Ту-136 и вертолете Ми-8 устанавливаются однотипные двигатели одной российской фирмы, возможна унификация элементов криогенной силовой установки, включая двигательную и самолетную криосистемы, а также конструкции баков и системы взрывопожаробезопасности. Переоборудование вертолета может быть произведено за 2-3 года. Применение СПГ вместо керосина позволит на 25-30% снизить эксплуатационные расходы.

При финансировании по европейской программе ОАО "Туполев" совместно с МЭИ создали методику расчета параметров хранения криогенного топлива в горизонтальных самолетных баках. Создан экспериментальный стенд с малоразмерным криогенным баком, на котором проведена апробация методики расчета. Полученные в результате всех этих работ конструкторские решения, технологии работ, применяемые системы обеспечения безопасности и защиты до настоящего времени не имеют аналогов в мире.

Отечественная авиационная промышленность обладает уникальным заделом для создания самолетов, использующих криогенные топлива и, в первую очередь, СПГ. В настоящее время она на многие годы опережает в этой области зарубежные авиационные фирмы.

Состояние российских разработок в этой области позволяет при достаточном финансировании создать сертифицированный самолет на альтернативном топливе за 3-4 года, а парк самолетов, способный обеспечить потребности гражданских и военных перевозок - за 10-15 лет.

Вместе с тем, передовые позиции России вскоре могут быть утрачены. Ранее работы по криогенной тематике финансировались в небольших объемах по Федеральной целевой программе "Развитие криогенной аэрокосмической и другой транспортной техники" (1999-2000 гг.) и в рамках программы "Национальная технологическая база", рассчитанной на период 2002-2006 гг. Однако Министерством промышленности и энергетики финансирование этой программы в 2005 г. прекращено. Дальнейшие работы без финансирования проводить невозможно. Закрытие работ по криогенной тематике отрицательно скажется на приоритете России в этой области и приведет к распаду годами складывавшейся кооперации по созданию криогенных самолетов.

Остановка работ по авиационной криогенной тематике отбросит Россию на долгие годы назад и в будущем поставит ее в прямую зависимость от диктата развитых стран. Учитывая неизбежность перехода на криогенные топлива, России придется, если позволят, закупать за рубежом технологию и криогенные самолеты либо оставшуюся в мире нефть по баснословным ценам, что неминуемо создаст реальную угрозу ее национальной безопасности. Эта важная для государства проблема могла бы быть решена путем целевого финансирования программы развития криогенной авиационной, аэрокосмической и другой транспортной техники.

Концепция этой программы, по нашей оценке, должна предусматривать следующие стратегические положения:

1. Перспективным энергоносителем будущего является жидкий водород, обладающий наивысшим энергосодержанием, неограниченными сырьевыми ресурсами и высокой экологической чистотой. Однако сравнительно высокая стоимость и отсутствие промышленного получения не позволяют пока применить его в качестве массового криогенного топлива. В то же время, благодаря своему исключительно высокому энергосодержанию, жидкий водород является единственным видом топлива для создания аэрокосмических летательных аппаратов специального назначения.
2. На первом этапе развития криогенной авиации в качестве топлива для летательных аппаратов применяется сжиженный природный газ. Применение СПГ в качестве топлива предполагается в дозвуковой гражданской и военной авиации, на гиперзвуковых самолетах и на носителях авиационно-космических систем.
3. Самолеты и вертолеты, использующие СПГ, сначала будут внедрены в отдельных регионах, богатых газом. При массовом применении на всех видах транспорта будет использоваться СПГ, получаемый по единым техническим условиям.
4. В первую очередь, пока отсутствует развитая криогенная инфраструктура, создаются двухтопливные дозвуковые летательные аппараты, способные использовать как традиционное нефтяное топливо, так и криогенное.
5. В дальнейшем, по мере увеличения количества аэродромов, имеющих криогенную инфраструктуру, создаются однотопливные летательные аппараты, максимально использующие положительные свойства криогенного топлива (СПГ и жидкого водорода) и поэтому обладающие значительно более высокими экономическими показателями.
6. Криогенная авиация создается в комплексе с ракетно-космическим и другими видами транспорта.

Реализация такой программы позволит своевременно с наименьшими затратами перевести авиацию России на альтернативные виды топлива. Ускоренная разработка криогенной авиационной техники - это задача общечеловеческая, но еще более - российская, напрямую влияющая на обеспечение национальных интересов нашего государства. Создание отечественной криогенной авиации уже не терпит промедления....