alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейсalternative-1120Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYЭТАПЫ РАЗВИТИЯ КРИОГЕННЫХ СТАРТОВЫХ И СТЕНДОВЫХ КОМПЛЕКСОВ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИDEVELOPMENT STAGES OF THE CRYOGENIC LAUNCH AND BENCH COMPLEXES OF THE ROCKET AND SPACE TECHNOLOGYДомашенкоА. М.DomashenkoA. M.

канд. техн. наук; старший научный сотрудник, главный специалист ПАО «Криогенмаш»; доцент кафедры «Низких температур» Национального иссле- довательского университета «Московский энергетический институт»; член- корреспондент Международной академии холода

Ph.D. (engineering); Senior Researcher, Chief Specialist of the PJSC Cryogenmash; Associate Professor at Low Temperatures Department of the National Research University “Moscow Power Institute”; Corresponding Member of the International Academy of Refrigeration

root@cryogenmash.ruТарасоваЕ. Ю.TarasovaE. Yu.

директор научно- исследовательского и конструкторского института «Криогенмаш»

Director of Research and Design Institute Cryogenmash

root@cryogenmash.ruПАО «Криогенмаш»РоссияPJSC CryogenmashRussian Federation201715102017019-214973Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1120

В статье приведена краткая история создания ПАО «Криогенмаш», появление и развитие которого неразрывно связано с зарождением криогенной отрасли машиностроения в СССР, а также развитием космонавтики и ракетостроения. Описаны задачи, которые решались ведущими специалистами по созданию инфраструктуры обеспечения криогенными компонентами топлива, стендовых систем для испытания двигателей и блоков ракет, термовакуумных камер, систем термостатирования отсеков и высококипящих компонентов топлива. Отмечено, что отечественное базовое криогенное оборудование по многим показателям превосходило аналогичное оборудование зарубежных фирм и на всех этапах строительства стартовых и стендовых комплексов решало вопрос эффективной и взрывобезопасной технологии эксплуатации. Подробно рассмотрена организация эффективных и безопасных процессов охлаждения в потоке жидких водорода и кислорода при заправке баков ракет, которые использовались в системах РН «Энергия». Показаны преимущества этой технологии по сравнению с охлаждением в резервуарах хранилищ путем вакуумирования парового пространства. В системе глубокого охлаждения жидкого кислорода при заправке баков космического корабля «Буран» использовался холод паров водорода, отходящих из системы вакуумирования. В статье рассматривалась разработка систем термостатирования для обеспечения в отсеках ракеты температурно-влажностных параметров, при которых гарантируется стабильная и безотказная работа приборов и механизмов, а также термостатирование высококипящих компонентов топлива. Сделан акцент на создании систем на базе воздушных турбодетандерных агрегатов вместо парокомпрессионных машин. Немаловажное значение в статье придаётся созданию ряда имитаторов космоса, в том числе, одного из самых больших в мире (объемом 10 000 м3 ). Рассмотрены задачи, которые были решены для успешной работы оборудования: проблемы прочности и устойчивости корпусов камеры, обеспечение герметичности, подбор мощных средств безопасного вакуумирования и другие важные аспекты создания имитаторов космоса. Отмечено, что опыт создания криогенного оборудования для стартовых комплексов в полной мере используется при строительстве новых космодромов и, прежде всего, космодрома «Восточный».

 

The paper briefly describes the creation of PJSC “Cryogenmash”, which appearance and development is inextricably linked with the origin of the cryogenic engineering industry in the USSR, as well as the development of cosmonautics and rocket engineering. The paper describes the tasks solved by leading specialists to create infrastructure for providing the cryogenic fuel components, bench systems for testing of engines and missile blocks, thermo-vacuum chambers, thermostating systems of compartments and the high-boiling fuel components. It was noted that the domestic basic cryogenic equipment surpassed the ones of foreign firms in many respects and solved the issue of effective and explosion-proof operation technology at all stages of the construction of launch and stand complexes. The organization of effective and safe cooling processes in the flow of liquid hydrogen and oxygen at refueling of rocket tanks, which were used in the BR “Ehergy” systems, is considered in detail. The advantages of this technology are shown in comparison with cooling in the storage tanks by evacuation of the vapor space. The cold of liquid hydrogen leaving the vacuum system was used in the liquid oxygen deep cooling system of the “Buran” spacecraft. The paper deals with the development of thermostating systems for providing temperature and humidity parameters in the rocket sections, under which the stable and trouble-free operation of devices and mechanisms is guaranteed, as well as the thermostating of high-boiling components of the fuel. The emphasis is placed on the development of systems based on air turboexpander units instead of the vapor compression machines. The authors attach the importance to the creation of a number of space simulators, including one of the largest in the world (with a volume of 10,000 m 3 ). The tasks that have been solved for the successful operation of the equipment are considered: the problems of strength and stability of the camera shell, ensuring tightness, selection of powerful means for safe evacuation and other important aspects of creating space simulators. It is noted that the experience of creating cryogenic equipment for launching complexes is fully used in the creation of new cosmodromes and, above all, the “Vostochny” cosmodrome.

криогенный комплексстартовый комплексстендовый комплексракета-носительсистема термостатированияимитатор космосаcryogenic complexlaunch complexbench complexbooster rocketthermostating systemspace imitatorReferencesДомашенко, А.М. Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Стартовые и стендовые ракетные комплексы [Текст] / А.М. Домашенко // История развития отечественных ракетно-космических двигательных установок / Под ред. М.А. Первова. – М.: Столичная энциклопедия, 2017. – Т. 4. – С. 287–306.Domashenko A.M. Domestic rocket-space science and technology development. Launch and bench complexes (Razvitie otechestvennoi raketnokosmicheskoi nauki i tekhniki. Startovye i stendovye kompleksy). In: Development history of domestic rocket-space engine installations (Istoriya razvitiya otechestvennykh raketno-kosmicheskikh dvigatel’nykh ustanovok) / Ed. M.A. Pervov. Moscow: Stolichnaya enciklopediya, 2017, vol. 4, pp. 287–306 (in Russ.).65 лет ОАО «Криогенмаш» [Текст] / Под ред. А.Н. Мазина. – Балашиха: ОАО «Криогенмаш», 2014. – 196 с.65 years of JSC Cryogenmash / Ed. Mazin A.N. Balashiha: JSC Cryogenmash Publ., 2014, 196 p. (in Russ.).Беляков, В.П. Криогенная техника и технология [Текст] / В.П. Беляков. – М.: Энергоиздат, 1982. – 272 с.Belyakov V.P. Cryogenic engineering and technology (Kriogennaya tekhnika i tekhnologiya). Moscow: Energoizdat Publ., 1982, 272 p. (in Russ.).Архаров, А.М. Криогенные системы. Том 1. Основы теории и расчета [Текст] / А.М. Архаров, И.В. Марфенина, Е.И. Микулин. – М.: Машиностроение, 1996. – 576 с.Arkharov A.M., Marfenina I.V., Mikulin E.I. Cryogenic systems. Book 1. Basis of the theory and calculation (Kriogennye sistemy, vol 1: Osnovy teorii i rascheta). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1996, 576 p. (in Russ.).Филин, Н.В. Криогеника в ракетно- космической технике [Текст] / Н.В. Филин // Тезисы докладов XX научных чтений по космонавтике. – М.: РАН, 1996.Filin N.V. Cryogenics in rocket space technology (Kriogenika v raketno-kosmicheskoy tekhnike). In: Reports theses of XX scientific readings on cosmonautics (Tezisy dokladov XX nauchnykh chtenii po kosmonavtike). Moscow: RAS, 1996. (in Russ.)Филин, Н.В. Жидкостные криогенные системы [Текст] / Н.В. Филин, А.Б. Буланов. – Л.: Машиностроение, 1985. – 245 с.Filin N.V., Bulanov A.B. Liquid cryogenic systems (Jidkostnye kriogennye sistemy). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1985, 245 p. (in Russ.).Домашенко, А.М. Экспериментальное исследование неравновесности испарения при охлаждении жидких кислорода и азота вакуумированием парового пространства [Текст] / А.М. Домашенко, В.П. Качура, Н.В. Филин // Труды НПО «Криогенмаш». Процессы и технологии в криогенном машиностроении. – Балашиха, 1975.Domashenko A.M., Kachura V.P., Filin N.V. Experimental study of the nonequilibrium of evaporation during cooling of liquid oxygen and nitrogen by evacuation of the vapor space (Eksperimental’noe issledovanie neravnovesnosti ispareniya pri okhlazhdenii zhidkikh kisloroda i azota vakuumirovaniem parovogo prostranstva). In: Proceedings of SPA “Cryogenmash”. Processes and technologies in cryogenic engineering (Trudy NPO “Kriogenmash”. Processy i tekhnologii v kriogennom mashinostroenii). Balashikha, 1975. (in Russ.)Домашенко, А.М. Инженерная методика расчета охлаждения криогенных жидкостей в режиме кипения и испарения [Текст] / А.М. Домашенко, В.П. Качура, С.Н. Жолус // Химическое и нефтяное машиностроение. – 1976. – № 9. – С. 19–21.Domashenko A.M., Kachura V.P., Jolus S.N. Engineering calculation method of cryogenic liquid cooling in the boiling and evaporation mode (Injenernaya metodika rascheta okhlajdeniya kriogennykh jidkostei v rejime kipeniya i ispareniya). Khimicheskoe i neftyanoe mashinostroenie, 1976;(9):19–21 (in Russ.).Переходные процессы в криогенных системах [Текст] // Вопросы современной криогеники / Н.В. Филин [и др.]. – М: Внешторгиздат, 1975. – С. 238–249.Filin N.V. Transition process in cryogenic systems (Perekhodnye processy v kriogennykh sistemakh). In: Modern cryogenics questions (Voprosy sovremennoi kriogeniki). Moscow: Vneshtorgizdat Publ., 1975, 238– 249 (in Russ.).Филин, Н.В. Исследования гидравлических ударов в тупиковых отводах криогенных трубопроводов [Текст] / Н.В. Филин [и др.] // Химическое и нефтяное машиностроение. – 1975. – № 9. – С. 13–15.Filin N.V. Hydraulic shock investigations in deadlock branch of cryogenic pipe line (Issledovaniya gidravlicheskikh udarov v tupikovykh otvodakh kriogennykh truboprovodov). Khimicheskoe i neftyanoe mashinostroenie, 1975;(9):13–15 (in Russ.).Филин, Н.В. Особенности полостей, образующихся перед запорной арматурой [Текст] / Н.В. Филин, Г.Г. Кацнельсон, А.В. Матвеев // ИФЖ. – 1979. – Т. 36. – № 1. – С. 110–114.Filin N.V., Kacnel’son G.G., Klebanov A.I. Features of the regions formed before the shut-off valve (Osobennosti polostey, obrazuyushikhsya pered zapornoy armaturoy). Injenerno-fizicheskii jurnal, 1979;36(1):110–114 (in Russ.)Качура, В.П. Динамика заполнения незахоложеной магистрали жидким азотом [Текст] / В.П. Качура, Н.В. Филин, А.И. Клебанов // Сборник научных трудов НПО «Криогенмаш». – Балашиха, 1976. – С. 55–71.Kachura V.P., Filin N.V., Klebanov A.I. Fill dynamics of unchilled out pipeline by liquid nitrogen (Dinamika zapolneniya nezaholozhenoi magistrali zhidkim azotom). In: Digest of scientific papers of SPA Cryogenmash (Sbornik nauchnykh trudov NPO “Kriogenmash”). Balashikha, 1976, p. 55–71 (in Russ.).Соловьев, В.Н. Космический ракетный комплекс «Зенит» глазами его создателей ФГПУ «КБТМ» [Текст] / В.Н. Соловьев [и др.]. – М.: Издательство МАИ, 2003. – 213 с.Solov'ev V.N. The space rocket complex “Zenit” eyes of his creators FSUE DEDAM. Moscow: Moscow aviation institute Publ., 2003, 213 p. (in Russ.).Домашенко, А.М. Обеспечение взрывопожаробезопасности систем получения, хранения и транспортирования жидкого водорода [Текст] / А.М. Домашенко // Технические газы. – 2014. – № 3. – С. 59–66.Domashenko A.M. Fire and explosion safety provision of liquid hydrogen obtaining, storage and transportation (Obespechenie vzryvopojarobezopasnosti system polucheniya, khraneniya i transportirovaniya jidkogo vodoroda). Tekhnicheskie gasy, 2014;(3):59–66 (in Russ.). [Домашенко, А.М. Создание различных криогенных заправочных и стендовых комплексов ракетно-космической техники [Текст] / А.М. Домашенко, Ю.В. Красовицкий, В.Н. Криштал // Технические газы. – 2014. – № 4. – С. 40–48.Domashenko A.M., Krasovickii Yu.V., Krishtal V.N. Creation of various cryogenic filling and bench complexes of the rocket and space technology (Sozdanie razlichnykh kriogennykh zapravochnykh i stendovykh kompleksov raketno-kosmicheskoy tekhniki). Tekhnicheskie gasy, 2014;(4):40–48 (in Russ.).Домашенко, A.M. Создание и совершенствование криогенных заправочных и стендовых комплексов ракетно-космической техники [Текст] / А.М. Домашенко [и др.] // Технические газы. – 2009. – № 1. – С. 27–33.Domashenko A.M. Сreation and improvement of cryogenic filling and bench complexes of the rocket and space technology (Sozdanie i sovershenstvovanie kriogennykh zapravochnykh i stendovykh kompleksov raketno-kosmicheskoi tekhniki). Tekhnicheskie gasy, 2009;(1):27–33 (in Russ.).Домашенко, А.М. Критические технологии создания криогенной наземной инфраструктуры. Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах [Текст] / А.М. Домашенко [и др.] // Сборник докладов VI научно-технической конференции ВАТУ им. Профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина. – Воронеж, 2002.Domashenko A.M. Critical technologies for the cryogenic ground infrastructure creation. Cryogenic fuels application in perspective aircrafts (Kriticheskie tekhnologii sozdaniya kriogennoi nazemnoi infrastruktury. Primenenie kriogennykh topliv v perspektivnykh letatel’nykh apparatakh). In: Digest of VI science technical conference reports of Zhukovskii MATU (Sbornik dokladov VI nauchno-tekhnicheskoi konferencii VATU im. Zhukovskogo). Voronezh, 2002.Домашенко, А.М. Системы термостатирования универсального стартового комплекса ракетоносителей [Текст] / А.М. Домашенко, В.Н. Барабанов, Ю.В. Козлов // Технические газы. – 2014. – № 3. – С. 68–71.Domashenko A.M., Barabanov V.N., Kozlov Yu.V. Thermostating systems of the universal launch booster rocket complex (Sistemy termostatirovaniya universal'nogo startovogo kompleksa raketonositelei). Tekhnicheskie gasy, 2014;(3):68–71 (in Russ.).Богомолов, А.А. Системы термостатирования [Текст] / А.А. Богомолов // Космический ракетный комплекс «Зенит» глазами его создателей. – М.: Изд- во МАИ, 2003. – С. 132–137.Bogomolov A.A. Thermostating systems (Sistemy termostatirovaniya). In: “Zenit” space rocket complex through the eyes of its creators (Kosmicheskii raketnyi kompleks “Zenit” glazami ego sozdatelei). Moscow: Moscow Aviation Institute Publ., 2003, 132– 137 (in Russ.).Дубинский, М.Г. Воздушные турбохолодильные машины с дополнительным охлаждением в регенераторе [Текст] / М.Г. Дубинский, В.С. Мартыновский // Холодильная техника. – 1964. – № 6. – С. 16–18.Dubinskii M.G., Martynovkii V.S. The air turborefrigerating machines with additional cooling in regenerator (Vozdushnye turbokhollodil’nye mashiny s dopolnitel’nym okhlazhdeniem v regeneratore). Kholodil’naya tekhnika, 1964;(6):16–18 (in Russ.).Беляков, В.П. Высокоэффективный крио- сорбционный насос новой конструкции // Вопросы современной криогеники [Текст] / В.П. Беляков [и др.]. – М.: Внешторгиздат, 1975. – С. 341–359.Belyakov V.P. Highly effective cryosorption pump of a new construction (Vysokoeffektivnyi kriosorbcionnyi nasos novoi konstrukcii). In: Modern cryogenics questions (Voprosy sovremennoi kriogeniki). Moscow: Vneshtorgizdat Publ., 1975, 341–359 (in Russ.).Криосорбционный насос для вакуумирования крупных камер [Текст] / В.И. Куприянов [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и техника высокого вакуума. – 1977. – Вып. 2 (8). – С. 72–73.Kupriyanov V.I. The cryosorption pump for pumping out of large chamber (Krisorbcionnyi nasos dlya vakuumirovaniya krupnykh kamer). In: Atomic science and technology questions. Physics and equipment of high vacuum (Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Fizika i tekhnika vysokogo vakuuma). Kharkov: KPTI AS USSR Publ., 1977;2(8):72–73 (in Russ.).Макаров, А.М. Расчетные модели высоковакуумных систем крупных криогенных барокамер [Текст] / А.М. Макаров // Основные направления и проблемы создания вакуумного откачного оборудования. – М.: Машиностроение, 1976. – С. 78–79.Makarov A.M. High-vacuum systems calculated models of large cryogenic pressure chamber (Raschetnye modeli vysokovakuumnykh sistem krupnykh kriogennykh barokamer). In: Main directions and problems of vacuum pumping equipment creation (Osnovnye napravleniya i problemy sozdaniya vakuumnogo otkachnogo oborudovaniya). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1976, 78–79 (in Russ.).Борц, Б.В. Вакуумный адсорбционный насос непрервного действия [Текст] / Б.В. Борц [и др.] // Тезисы докладов Всесоюзного НТС по криогенным средствам получения высокого вакуума. – Харьков: Изд-во ХФТИ АН УССР, 1977. – С. 22–24.Borc B.V. Continious vacuum adsorption pump (Vakuumnyi adsorbcionnyi nasos nepreryvnogo deistviya). In: Theses of All-union Scientific and Technical Cooperation reports on cryogenic means of obtaining high vacuum (Tezisy dokladov vsesoyuznogo NTS po kriogennym sredstvam polucheniya vysokogo vakuuma). Kharkiv: KPTI AS USSR Publ., 1977, 22–24 (in Russ.).Бреславец, К.Г. Некоторые способы повышения эффективности работы криосорбционных насосов с холодной полостью [Текст] / К.Г. Бреславец [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и техника высокого вакуума. – 1977. – Вып. 2(8). – С. 76–79.Breslavec K.G. Some ways of operating efficiency increase of cryosorption pump with cold cavity (Nekotorye sposoby povysheniya effektivnosti raboty kriosorbcionnykh nasosov s kholodnoi polost’uy). Problems of Atomic science and technique. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Fizika i tekhnika vysokogo vakuuma, 1977;2(8):76–79 (in Russ.).Волчкевич, А.И. Высоковакуумные адсорбционные насосы [Текст] / А.И. Волчкевич. – М.: Машиностроение, 1973. – 214 с.Volchkevich A.I. High vacuum adsorption pump (Vysokovakuumnye adsorbcionnye nasosy). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1973, 214 p. (in Russ.).Гарвик, Э.Л. Криогенная откачка и имитация космоса [Текст] / Э.Л. Гарвик // Новые направления криогенной техники / Пер. с англ.; под ред. М.П. Малкова. – М.: Мир, 1966. – С. 176–197.Garvik E.L. Cryogenic pumping out and space imitation (Kriogennaya otkachka i imitaciya kosmosa). In: New ways of cryogenic technique (Novye napravleniya kriogennoi tekhniki) / Ed. M.P.Malkov. Moscow: Mir Publ., 1966, 176–197 (in Russ.).Горбачев, С.П. Расчет низкотемпературных полей в теплопоглощающих криогенных экранах [Текст] / С.П. Горбачев [и др.] // Труды НПО «Криогенмаш» – 1973. – Вып. 15. – С. 73–85.Gorbachev S.P. Low temperature fields calculation in cryogenic heat-absorbing screens (Raschet nizkotemperaturnykh polei v teplopogloshayushikh kriogennykh ekranakh). In: Proceedings of SPA Cryogenmash (Trudy NPO “Kriogenmash”). Balashikha, 1973;(15):73–85 (in Russ.).Герлига, В.А. Устойчивость криогенных систем теплосъема с вспененной зоной кипения [Текст] / В.А. Герлига [и др.] // Сборник научных трудов НПО «Криогенмаш» – 1975. – С. 30–42.Gerliga V.A. Stability of cryogenic heat sink systems with foamed boiling zone (Ustoichivost’ kriogennykh system teplosyema s vspenennoi zonoi kipeniya). In: Digest of SPA “Cryogenmash” scientific proceedings (Sbornik nauchnykh trudov NPO “Kriogenmash”). Balashikha, 1975, 30–42 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.