ГОТОВЫ К ВНЕДРЕНИЮ

— Сегодня аэрокосмической промышленности нужны более эффективные двигатели малой тяги на «зеленом топливе». Сейчас в камерах сгорания применяются гидразиновое топливо или системы из нескольких видов топлив, но они токсичны и сложны в приготовлении. В последнее время разработаны новые виды топлива на основе нитрата гидроксиламмония. Это так называемое «зеленое топливо», благодаря использованию которого можно увеличить срок службы и маневренность малого космического аппарата, упростить процесс его запуска, уменьшить количество аварий, происходящих во время его работы и вызванных интенсивностью горения топлив. По сравнению с гидразином «зеленое топливо» отличается более высоким расчетным удельным импульсом, большей плотностью, более низкой температурой замерзания и меньшей токсичностью. Но материалы, из которых изготавливаются камеры сгорания двигателей малой тяги, не совместимы с таким типом топлива из-за высокой температуры его горения (до 2200⁰) и агрессивной окислительной среды.

АО «Композит» предложил ученым ИВТЭ провести поисковые исследования по синтезу нового конструкционного материала, который оставался бы стойким к воздействию продуктов горения «зеленого топлива», а также прикладные — по формированию камер сгорания из него. Работа началась в 2015 году в кооперации с АО Композит и ФГУП ОКБ «Факел» (г. Калининград). Производственники обратились к нам неслучайно: в ИВТЭ накоплен большой опыт в области высокотемпературной гальванопластики, мы идем в русле общемирового тренда — параллельно такие исследования ведутся в НАСА (США, Хантсвилл) и в Китае (Институт оборонных технологий, Чанша, Хунань).

Достоинства разработанного нами композита на основе иридия и рения определяются сочетанием физико-химических свойств этих двух металлов. Иридий способен катализировать реакцию горения топлива, при этом оставаясь стойким к окислению при температурах выше 1100°С. Однако прочности чистого иридия может быть недостаточно для определенных режимов эксплуатации термокаталитических двигателей. Зато рений отличается высокой жаропрочностью и тугоплавкостью, но он окисляется при высоких температурах. Иридий-рениевый композит позволяет использовать преимущества обоих металлов. Рений создает прочный каркас, а иридий предохраняет конструкцию от окисления.

Новый композит мы получаем электролизом расплавов солей. Преимущества нашей технологии заключаются в том, что она не требует сложного оборудования, а в качестве сырья можно использовать лом металлов, лишь бы он был химически чистым. Затраты на подготовку сырья и материалов могут быть значительно снижены после пуска опытной линии и отладки технологии. Наш метод позволяет получать как сплошные покрытия различной толщины, так и мелкодисперсные порошки с большой удельной поверхностью.

Когда иридий-рениевый композит прошел в атмосферных условиях огневые испытания, можно было приступить к созданию изделий из него — камер сгорания двигателей малой тяги. Это отдельная сложная задача. У этих камер очень маленький радиус сечения, нужна высокая точность геометрии, много сложностей возникает при обработке материалов, изготовлении оснастки. Но и эти задачи были решены, наши камеры прошли огневые испытания и частично — летные. Теперь можно с уверенностью сказать, что новый конструкционный материал успешно работает.

И вот встал вопрос, где организовать производство новых камер сгорания. Мы, конечно, могли бы наладить выпуск этих изделий, но вообще-то это неправильно. Задача ученых — фундаментальные и ориентированные прикладные исследования, а производство надо размещать на профильном предприятии, где отработаны промышленные технологии. Было решено создать участок высокотемпературной гальванопластики на АО «Композит». Сотрудничество с этим предприятием очень многое дало обеим сторонам. Специалисты ИВТЭ продумывали конструкцию аппарата для изготовления камер сгорания. Коллеги из Роскосмоса проходили стажировку у нас в институте, знакомились с технологией получения иридий-рениевого композита. И нам было чему у них поучиться: различным приемам обработки материалов, например, газостатическому прессованию, применению методов неразрушающего контроля. Мы освоили тонкости подготовки технической документации, различных регламентов, карт процессов.

Участок высокотемпературной гальванопластики должен был начать работу на АО «Композит» еще в апреле нынешнего года, но помешала пандемия коронавируса. В августе, воспользовавшись «окном» между ковидными волнами, сотрудники нашей лаборатории выехали в Королев и вместе с коллегами из Роскосмоса, наконец, запустили его. Теперь все готово к промышленному выпуску новых камер сгорания термокаталитических двигателей малой тяги. Важно, что производство это полностью отечественное, включая сырье, оборудование, технологии и конечный продукт. Термокаталитические двигатели выпускает ОКБ «Факел» — мировой лидер производства двигательных установок для космических аппаратов разного назначения. Это спутники, фотографирующие поверхность Земли в картографических целях, для проведения экологических исследований, а также обеспечивающие работу систем навигации.   

Сотрудничество нашего института с предприятиями Роскосмоса будет продолжено — аэрокосмическая отрасль заинтересована в получении новых материалов. А у нас в этой области есть фундаментальный задел, без которого нынешний успех был бы невозможен.