Tu-155: máy bay đầu tiên chạy bằng hydro hóa lỏng

Vào những năm 70, cả thế giới, gián tiếp bao gồm cả Liên Xô, nhận thức sâu sắc về tình trạng thiếu dầu: kết quả là một cuộc khủng hoảng năng lượng nổ ra. Khi đó, có lẽ, lần đầu tiên nhân loại bắt đầu hiểu: sớm hay muộn, “vàng lỏng đen” sẽ kết thúc, và điều gì tiếp theo? Đúng như vậy, theo các nhà địa chất, tài nguyên khí đốt tự nhiên trên Trái đất vượt quá lượng dầu và than hàng chục lần! Nhưng bạn vẫn cần tìm kiếm các loại nhiên liệu khác.


Ở đây chúng ta sẽ nói về nhiên liệu đông lạnh (có nghĩa là “sinh ra do lạnh”). Bản chất của nó là chất khí tiếp xúc với nhiệt độ cực thấp (gần độ không tuyệt đối), khiến nó trở thành chất lỏng. Hydro được sử dụng để tiến hành thí nghiệm và sau đó là LNG.

bắt đầu

Vào những năm bảy mươi, Liên Xô đã trở thành nước dẫn đầu thế giới về khối lượng trữ lượng “nhiên liệu xanh” đã được khám phá. Đồng thời, công việc liên quan đến việc chế tạo máy bay chở khách (trong tương lai) với động cơ máy bay đông lạnh sẽ bắt đầu. Chính xác hơn, họ không cố ý tạo ra một chiếc ô tô mới: họ sử dụng chiếc Tu-154B nối tiếp, được sửa đổi cho phù hợp. Việc phát triển động cơ máy bay đông lạnh được thực hiện bởi Cục thiết kế kỹ thuật động cơ (Kuibyshev) dưới sự lãnh đạo của Kuznetsov N.D.


Một động lực thúc đẩy việc chế tạo máy bay là chương trình R&D do Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô phát triển. Bản chất của nó là nghiên cứu khả năng sử dụng hydro làm nguồn năng lượng trong nền kinh tế quốc gia. Trong ngành hàng không, chương trình này được gọi đơn giản là “Cold”. Theo đó, người ta đã lên kế hoạch phát triển các nhà máy điện hoạt động bằng nhiên liệu đông lạnh.


Một “động cơ” khác là sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp vũ trụ: khi đó Buran đang được thiết kế và một trong những giai đoạn phóng của nó được “cung cấp năng lượng” bằng hydro đông lạnh. Việc chế tạo Tu-155 bắt đầu sau năm 1980. Nó được dự định là một phòng thí nghiệm bay.


Nhiều người tin rằng hydro không “làm hỏng” bầu khí quyển. Câu hỏi đang gây tranh cãi. Đúng, khi cháy, nó giải phóng nước và một ít oxit nitơ. Nhưng khí này được sản xuất như thế nào? Trong quá trình này, ô nhiễm không khí có thể xảy ra không kém gì khi sử dụng dầu hỏa hàng không.

Bố cục của Tu-155

Nó được thiết kế lại một chút và một số vấn đề kỹ thuật đã được giải quyết trong quá trình thực hiện. Ở phía sau máy bay, một khoang kín được lắp đặt, nơi đặt thùng nhiên liệu 20 mét khối. m) Thùng chứa được che chắn bằng vật liệu cách nhiệt và chân không để duy trì nhiệt độ của hydro lỏng ở -253°.


Sẽ không hoàn toàn chính xác khi nói rằng máy bay chỉ bay bằng hydro lỏng. Nó chỉ được sử dụng ở một (chỉ số NK-88) trong số ba động cơ - động cơ bên phải. Nhiên liệu được cung cấp cho nó không phải bằng máy bơm thông thường mà bằng máy bơm tăng áp áp suất cao (máy bơm tương tự được sử dụng trong động cơ tên lửa). Hai động cơ máy bay còn lại là động cơ tiêu chuẩn của loại Tu-154B thông thường.


Đến năm 1988, động cơ hydro được lắp đặt ở vị trí thông thường, bên phải. Chiếc Tu-155 hoàn thiện được lăn ra khỏi xưởng. Các cuộc thử nghiệm đã thành công và cho thấy việc sử dụng LNG, khi so sánh với nhiên liệu máy bay phản lực, là khả thi về mặt kinh tế. Tu-155 lần đầu tiên cất cánh từ mặt đất vào ngày 15.04.1988/XNUMX/XNUMX. Phi hành đoàn do phi công thử nghiệm nổi tiếng V. Sevankaev chỉ huy lúc bấy giờ. Lần đầu tiên trong lịch sử loài người, chuyến bay sử dụng nhiên liệu đông lạnh được thực hiện. Thí nghiệm kết thúc thành công: máy bay hạ cánh an toàn. Đúng vậy, phi hành đoàn lại phải “cất cánh”: các phi công bị đu đưa trên tay, ném lên.

Về bảo mật

Hydro là một loại khí dễ nổ và kể từ thảm họa khí cầu Hindenburg khét tiếng năm 1937, nhân loại đã cảnh giác với nó. Tình trạng này đã cản trở sự phát triển của năng lượng đông lạnh trong một thời gian dài. Thậm chí còn có một thuật ngữ: “hội chứng Hinderburg”.


Để đảm bảo an toàn cho khoang chứa nhiên liệu, gần như toàn bộ hệ thống dây điện đã được tháo ra khỏi đó để loại bỏ khả năng phát ra tia lửa điện. Một hệ thống thoát nước cũng được phát triển để loại bỏ hơi khí ra khỏi động cơ máy bay và nguồn điện. Để kiểm soát hoạt động của khoang nhiên liệu, hơn ba mươi hệ thống trên tàu đã được lắp đặt bổ sung.

Dự án Tu-156

Chiếc máy bay vẫn được giữ nguyên, nó chỉ được đổi tên trong tài liệu, nguyên nhân là do việc chuyển đổi sang loại nhiên liệu thuận tiện hơn để sử dụng - khí tự nhiên hóa lỏng, hay LNG. Động cơ sửa đổi nhận được chỉ số NK-89. Việc sử dụng hydro có liên quan đến một số vấn đề. Ví dụ, do khí gas có khả năng nổ cao tại sân bay nên cần trang bị các phương tiện bảo quản đặc biệt và có thiết bị vận chuyển, tiếp nhiên liệu cho máy bay. Và hydro đắt hơn nhiều so với LNG.


Hơn nữa, khí tự nhiên được chiết xuất đơn giản mà không gây hại cho bầu khí quyển. Ngoài ra, nó còn được bảo quản và sử dụng ở nhiệt độ -160°, cao hơn hydro một trăm độ. Nếu chúng ta nói về nhiên liệu máy bay phản lực thì LNG thải ra năng lượng nhiều hơn 15%. Mức tiêu thụ nhiên liệu giảm cùng một lượng.


Tổng cộng, Tu-155 đã bay lên bầu trời bảy mươi lần. Hơn nữa, chỉ trong năm chuyến bay thử nghiệm, hydro mới đóng vai trò làm nhiên liệu: trong các trường hợp khác là LNG. Trong các thử nghiệm, không quan sát thấy một lỗi nào của hệ thống đông lạnh. Sử dụng nhiên liệu thay thế, Tu-155 bay từ Moscow đến Hanover, Bratislava và Nice. Một điểm cộng nữa được chú ý: bên trong động cơ và vòi phun vẫn sạch sẽ. Hãy nhớ đến bức tranh “kinh điển”: một chiếc máy bay với động cơ máy bay chạy bằng dầu hỏa bị nhiễm bồ hóng!

Triển vọng cho hàng không đông lạnh

Nếu trước đây ở phương Tây họ ít chú ý đến nhiên liệu hydro thì ngày nay tình hình đã khác. Khá nhiều ô tô sử dụng nhiên liệu thay thế đã được sản xuất và các trạm xăng đặc biệt đã được xây dựng. Đối với máy bay, năm 2020, động cơ máy bay hydro do một công ty ở California phát triển đã được đưa vào danh sách những phát minh xuất sắc nhất của năm. Một chiếc máy bay sáu chỗ đã được chế tạo và đến năm 2024, người Mỹ hứa sẽ trình làng một mẫu máy bay 19 chỗ. Và đến năm 2028 - ô tô chở 50 hành khách. Ở Đức, các cuộc thử nghiệm đang được thực hiện trên máy bay chở khách HY4, động cơ của chúng chạy một phần bằng hydro. Các nghiên cứu tương tự đang được tiến hành ở Nhật Bản và Trung Quốc.


Ở Liên Xô vào cuối những năm 80, công việc chế tạo máy bay sử dụng nhiên liệu đông lạnh được tiến hành rất chuyên sâu: các chuyên gia Liên Xô đã đi trước các đối thủ cạnh tranh ít nhất một thập kỷ. Ví dụ, một dự án máy bay sử dụng nhiên liệu kép bay bằng khí tự nhiên hoặc dầu hỏa đã sẵn sàng. Một giải pháp kỹ thuật tương tự có thể được triển khai cho máy bay trực thăng. Nhưng sự sụp đổ của Liên minh đã phá bỏ mọi kế hoạch.

Số phận xa hơn của Tu-155

Chiếc máy bay sống sót một cách kỳ diệu: nó gần như bị đốt cháy trong quá trình quay một trong những bộ phim. Hơn nữa, có mục đích, chỉ để có một cảnh quay ngoạn mục. Tuy nhiên, chiếc xe vẫn sống sót và ngày nay đang ở sân bay Zhukovsky. Đúng là động cơ hydro đã bị loại bỏ khỏi nó. Hầu hết người hâm mộ hàng không Liên Xô đều cho rằng Tu-155 nên được biến thành bảo tàng để giới trẻ có thể chiêm ngưỡng và tự hào về những thành tựu của đất nước mình.