2 / 21
liquid oxygen and liquid nitrogen, filling the rocket fuel tanks, cooling hydrocarbon
fuel with liquid nitrogen and safeguarding of the rocket cryogenic components. The
aim of this research is to analyze all the problems listed above. We examine companies
and professionals involved in developing the materials and cryogenic equipment,
conducting research and creating the cryogenic systems. Thus, we emphasize some
characteristic features of the processes occurring under transient conditions during
the transportation of cryogenic liquids by pipeline cryogenic gas systems. Moreover,
we consider the causes of intense water hammer, leading to the cryogenic equipment
destruction, carry out a full review of the tanks and pipelines design of cryogenic
systems and propose methods of improving the efficiency of the system insulation. The
study tested the technology of cooling hydrocarbon rocket fuel in cryogenic systems,
launch complexes through the non-contact heat exchange with liquid nitrogen and
schemes of their implementation. The findings of the research show the calculated
dependences and the results of the simulation temperatures, as well as the data
on the relative costs of liquid nitrogen when performing the operation of cooling
hydrocarbon rocket fuel in the cryogenic equipment. As a result, we obtain the
cryogenic system characteristics of the launch complex “Soyuz-ST”.
Keywords
:
launch complex, cryogenic filling system, cryogenic fuel cooling system.
Осуществление полета в космическое пространство помимо созда-
ния космического аппарата и ракеты требует решения многих сложных
научных и технических проблем по подготовке к старту. К комплек-
су подобных проблем относятся производство, транспортирование на
стартовый комплекс, хранение с минимальными потерями криоген-
ных компонентов ракетного топлива и сжиженных технологических
газов, а также заправка топливных баков ракет-носителей и разгонных
блоков.
Криогенные компоненты ракетного топлива (КРТ) позволяют полу-
чать в камерах сгорания (КС) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
значительно более высокие удельные импульсы, чем при использова-
нии только высококипящих КРТ [1]. Кроме того, в отличие от вы-
сококипящих КРТ, криогенные компоненты (за исключением фтора,
который не получил применения из-за высокой токсичности) не ток-
сичны и не загрязняют окружающую среду.
Однако высококипящие КРТ могут храниться при обычных тем-
пературах в резервуарах наземных систем и баках ракеты, низкокипя-
щие же компоненты (жидкие кислород и фтор как окислители, жидкий
водород и сжиженный природный газ как горючие), имеющие темпе-
ратуру существования ниже 120 K, требуют особых условий хранения
и эксплуатации. Следует иметь в виду, что процессы, происходящие
в криогенных заправочных системах стартовых ракетных комплексов,
существенно отличаются от процессов, происходящих при заправке
ракет высококипящими КРТ.
Низкие температуры криогенных жидкостей обусловливают неиз-
бежные теплопритоки из окружающей среды, которые в сочетании
с малыми значениями теплоты фазовых переходов, а также малым
диапазоном существования в жидком состоянии, приводят к непре-
рывному изменению их параметров, усиливают возможность фазовых
переходов и потери продуктов.
8 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2016. № 2