俄罗斯发展低温航空航天技术的目标规划

规划名称发展低温航空航天及其他交通工具。决定编制本规划的时间、标准文件名称及编号俄联邦法规“1999年联邦预算”，附件№4.第9.21.1款—编制规划。俄联邦法规“2000年联邦预算”，附件№4.第9.22.1款—修改规划。国家发包人俄罗斯航空航天局（总协调人）以及俄联邦工业部、科技部、交通部、能源部主要规划者国家系统研究中心、军事航空技术大学、图波列夫无限股份公司、柯尔德施实验中心、中央机器制造科研所、氢能源及技术协调委员会、巴尔明普通机器设计局、国家民用航空科研所、低温机械股份公司、天然气科研所、中央巴拉诺夫航空发动机制造研究所、国防部第25国家科研所、国防部第30中央科研所以及中央经济、信息技术、系统控制科研所规划的目的、任务以及重要的目标指标本规划的目标在于提高俄罗斯的经济、环保及军事安全性，通过开发及发展低温航空及其他交通工具，推广及完善低温燃料的生产，扩大低温基础设施的建设，创造在陆路积水路交通工具上使用低温燃料的前提条件，来改善俄罗斯的社会经济条件。本规划确立了要达到以下重要目标指标： l 通过在货运飞机及其他飞行器上使用液化天然气，把航空燃油的成本见少1／3～1／2； l 保证在规划期以后航空货运量稳定增长； l 把航空、陆路、水路交通工具以及火箭航天装置对环境的负面影响降至原来的1／2～1／10； l 通过使用液氢及液化天然气，极大提高火箭发动机的动力性、环保性以及经济性，提高俄罗斯运载火箭的国际竞争力； l 为在规划期以后在航空、火箭航天装置以及陆路、水路交通工具上广泛使用液化天然气（之后是液氢）积累设计、技术方面的储备； l 开发保障低温燃料生产、存储、运输以及加注配套基础建设的基本工艺及设备； l 保证到规划结束期创立大约10万个工作岗位。规划实施期 2001～2010年规划子项目及主要措施 1. 开发液化天然气飞机及直升飞机的子项目 — 研制飞机及直升飞机； — 进行科研试验； 2. 科研和试验设计工作子项目。保证开发低温燃料火箭航天装置所需的科技支撑。 —开发液化天然气火箭航天装置； —开发液氢火箭航天装置； —搞好未来液态燃料火箭发动机的科研开发工作； 3. 创建陆路低温基础设施的子项目。 —生产低温燃料，搞好配套基础建设，保障低温燃料飞行器以及其他交通工具的正常试验及使用； —进行与配套基础建设相关的科研、实验， 4. 系统分析、信息集成、技术保障、组织保障以及未来计划的子项目。 5. 针对陆路交通工具的一些措施。规划的执行者及主要措施图波列夫无限股份公司、萨马拉科技综合体股份公司、别尔米航空发动机无限股份公司、柯尔德施研究中心、中央机器制造科研所、化学自动装置设计局、化工机械制造设计局、“能源”火箭航天综合体、赫鲁尼切夫国家宇航科研生产中心、格洛莫夫飞行研究所、国家民用航空科研所、中央茹科夫斯基空气流体动力学研究所、中央巴拉诺夫航空发动机制造研究所、克里莫夫科研生产企业、氢能源及技术协调委员会、莫斯科米利直升机厂、普通机械制造设计局、国防部第30中央科研所、国防部第25国家科研所、军事航空技术大学、国家系统研究中心、国家航天系统科研所、国防部第13国家科研所、低温机械制造无限股份公司、天然气工业无限股份公司、天然气科研所、化工机械科研所、科学院高温研究所、科学院托普奇耶夫石油化学合成研究所以及一些协作企业。投资金额及来源规划总投资33.804亿卢布其中包括联邦财政拨款24.354亿卢布；地方财政拨款1亿卢布；预算外资金8.45亿卢布。规划实施后的预计成果 1. 通过采取以下措施，创造广泛使用液化天然气航空装置的先决条件： —开发搭载ПС-90АК型发动机的Ty-204K型中程客机，并完成工厂试验及通过认证，保证在2009年投入批量生产； —建立低温燃油、部件以及设备的认证中心； —建立确保液化天然气飞机试飞的机场设施，并在4个机场投入使用； —编制搭载TB-7-117СФ发动机的Ty-136型区域客货飞机以及在Mи-17型直升飞机基础上研制的搭载TB-3-117型液化天然气发动机的直升飞机的技术文件。开发成套试验台架，以测试在TB-3-117/TB-7-117系列发动机基础上研制的低温动力装置。 —起草液化天然气制取、存储，液化天然气飞机的加注以及维护的有关标准。 —进行科研和试验设计工作，以保证液化天然气飞行器的顺利开发以及相应的地面基础设施的建设。 2.通过采取以下措施，在火箭航天装置上推广使用液氢及液化天然气： —以化工机械制造研究所为龙头，改进液氢生产工艺，扩大液氢产能； —为“质子-M”运载火箭开发氧-氢加速装置，并于2004年前投入使用； —为“雅玛尔”、“联盟”、“安格拉-1”运载火箭开发发动机及相关装置，并于2005年投入使用； —建立确保航空及火箭航天装置所需液化天然气的地面配套设施，并使之统一化； 3.制定为火箭航天装置、航空以及其他国民经济领域，甚至出口目的大规模生产液化天然气生产的发展规划。 4.通过进行针对地面低温基础设施的科研和试验设计工作，为将来大规模发展低温技术奠定基础。 5.应用科技工艺储备，争取在2010年后在航空装置上大范围使用低温燃料。监督规划执行情况的组织体系本规划由俄罗斯航空航天局副局长领导的管理机构进行管理。该管理机构成员包括俄联邦工业部、科技部、其他相关联邦主管机关以及负责完成规划主要任务的机构。俄罗斯国家航天系统科研中心下属的国家系统研究中心为协调委员会的工作机构，以实现对本规划的系统分析，并提供信息保障。国家系统研究中心设立专家组。通过竞赛抽查规划各项目的完成情况。存在的问题以及必须采用规划中所指明的方法加以解决的理由发展低温航空航天及其他交通工具的俄联邦目标规划草案是在俄联邦法规“1999年联邦预算”中的附件№4.第9.21.1款的基础上编制的，并在俄联邦法规“2000年联邦预算”中的附件№4.第9.22.1款中作了进一步修改。本规划旨在保障未来几十年在俄罗斯的航空、火箭航天装置上开始推广低温燃料，并为在陆路、水路交通工具以及其他国民经济领域推广低温燃料奠定良好的科技条件。在本规划中低温燃料是指液化天然气及液氢。同传统石油燃料相比以及火箭所用的含氮燃料相比，低温燃料具有极大的优势，因此发展使用低温燃料的航空航天及陆路水路交通工具，扩大火箭装置低温燃油的使用量是一个比较迫切的问题。 l 具有更好的热物理性能。因此可能研制出使用传统石油燃料不能获得的、飞行技术性能更好的飞行器及其他交通工具。 l 俄罗斯的天然气探明储量巨大，而氢在自然界实际上也是取之不竭的。俄罗斯的石油储量为80亿t左右，占世界储量的7％，而天然气储量占世界储量的40％，当量于1500亿t石油。从石油只能获得6％左右的航空煤油，而天然气几乎全部能用作飞机的低温燃料。氢则可以从水中获得，而且一些大型工业的副产品也是氢气。 l 更好的环保性。在环保法规日益严厉的形势下，燃料环保性的好坏已经成了至关重要的因素。液化天然气发动机几乎不排放致癌物、烟尘，NOx、CO2的排放也分别减少了50％及25～30％。而使用氢气则完全不排放污染物。此外，使用低温燃料解决了以往石油燃料在运输、存储过程中出现泄漏所产生的问题，低温燃料在泄漏后，在大气环境下能迅速完全蒸发。 l 火箭航天装置，特别是在多次返回式飞行装置可以不再使用具有污染成分的传统燃料，而使用低温燃料，这就可以不必专门为飞行装置分离的返回部分着陆征地，并且降低了飞行器的故障率及发射支出。 l 同煤油与汽油相比，低温燃料具有更好的防燃防爆性。低温燃料储罐不要求做成防燃防爆型，因为采用的工艺已经使燃料中不含氧。一旦低温燃料在系统中发生较小的泄漏，可以在还没形成危险浓度前被监测仪发现，从而杜绝了燃烧及爆炸的发生。而如果飞机在使用煤油时发生泄漏，只有已经发生燃烧才能被发现。当飞机携带煤油的燃料箱出现泄漏并燃烧时，事实上很难保全飞机及挽救乘客的生命。如果使用低温燃料的飞机出现燃料箱泄漏，低温燃料会很快蒸发并吹走正在泄露或者燃烧的低温燃料，因此就能够使乘客及飞机都安然无恙。根据俄罗斯天然气科研、消防科研所以及Lokhid公司的研究结果，液化天然气的易燃性低于煤油，而液氢的易燃性低于液化天然气。在未来15～20年内，在交通工具上使用液化天然气将会获得较好的经济效益。这是因为液氢的价格在这一时期预计将比传统石油燃料及液化天然气高出许多。液化天然气的价格仅为煤油的2/3～1/2。因此在石油燃料价格高涨、甚至有时出现短缺的情况下，考虑到以上液化天然气的众多优点，实在是有必要在未来几十年内在航空、火箭航天装置上推广使用液化天然气。另一方面，液氢具有较高的能量，将来随着液氢生产工艺的改进及产能不断增大，碳氢燃料价格的高涨，液氢必将获得自身的优势，并将首先作为燃料用于航空航天系统。由于火箭航天装置使用液氢能够明显增大火箭向轨道运送的有效载荷质量，因此在火箭航天装置上扩大使用液氢燃料将会获得极大的经济效益，这在今天就已经显现出来。低温燃料具有较高的热值、可以用作制冷剂及发动机的工作介质（以在燃烧前后被加热的形式），采取燃料管路回热，对其工作过程进行完善，都极大地降低了燃料的消耗及所需储备。虽然俄罗斯目前在低温燃料的研究方面已经达到了相当高的科技水平，但是为了保证更有效地使用低温燃料，必须继续展开相关的科研和试验设计工作，以更合理的利用它们的特性。低温燃料最明显的一个缺点就是温度较低，液化天然气为-162℃，液氢为-253℃，而且密度较小。以现有的科技水平，低温燃料的这些缺点都将不会成为推广低温燃料障碍。现在美国、日本、西欧的一系列公司都预言，液氢及液化天然气将来会被用作航空燃料。他们一致认为，从2010～2020年开始，世界航空领域将会广泛使用低温燃料。因此，近年来国际上纷纷大规模展开低温飞行器及相关基础设施（生产、运输、存储以及加注等）的科研和试验设计工作。一旦飞行器上携带了低温燃料，就可以广泛采用低温电子系统，以此开发出新的武器。有资料表明，美国已经研制出了“Avrora”液化天然气超音速战略侦察机。应当看到，目前马来西亚、阿尔几里亚、印度尼西亚以及利比亚等国每年向欧洲、美国、日本出口了1.5亿t液化天然气，占世界天然气出口量的25％。目前俄罗斯在低温航空航天装置方面的科技理论储备以及工程技术、设计以及工艺水平上处于世界前列。1988～1990年首次在世界上试飞了搭载HK-88型发动机的Ty-155型低温燃料飞机，飞行时间达120小时。该飞机既可以使用液氢，也可以使用液化天然气。实验表明，低温燃料航空领域的技术问题是可以解决的。在俄罗斯航空及火箭规划（开发Ty-155型低温燃料飞机、“能源-雪暴”火箭）框架下，已经成功解决了许多涉及保障飞行器在机场及宇宙空间站加注低温燃料的问题，以及从生产到使用各个环节的防燃防爆问题。从1991年开始俄罗斯中央巴拉诺夫航空发动机制造研究所与俄罗斯其同企业在国外合作伙伴的支持下，对速度为6马赫的高超音速冲压式空气喷气液氢飞机进行了试飞，堪称世界上该领域的领先者。俄罗斯还制定了在多次返回式航空航天装置上使用低温燃料的计划。该计划能把向轨道发送有效载荷的费用降至原来的几分之一，并明显改善航天装置的环保性能。俄罗斯同样也制定了把低温燃料用于高超音速飞机的计划。地面基础设施中的一些低温装置投入成功使用表明，完全有可能建立低温燃料的大型配套设施，满足航空对低温燃料的需求。并且可在俄罗斯天然气工业无限股份公司建立的分布广泛的天然气配送站及加气站制取液化天然气。可以从整体上说，俄罗斯各主要航空、航空航天、火箭航天公司所进行的科研工作为开创高效、经济、环保的航空航天及火箭航天装置的低温燃料新时代创造了条件。低温航空工艺具有一切实用工艺的特点，在未来多年内具有前景，能推动航空装置的发展以及加快航空运输量的增长幅度，扩大航空运输的规模。解决低温燃料的问题，也将对俄罗斯的国家安全以及各国各地区之间的交往起到积极作用。低温燃料技术的发展水平在很大程度上决定着国家经济的发展水平以及居民的生活质量。目前在低温航空航天领域所进行的研究将来可以推广到其他交通工具上，以及农业、能源（具有很高的生产效率，可用作电力调峰）、冶金、化工、医药等领域。使用低温燃料所带来的能源改变同样也将作用于社会，并影响许多人的职业定位。由此可能提供数万个条件更好的工作岗位，使大量的从工业原料领域解放出来的干部转向液化天然气的生产、液化天然气飞行器相关配套基础设施的建设和维护。之后建设、维护能满足各种交通工具的地区性的或将来全国统一性的低温燃料基础设施。发展低温航空航天装置的经验还可以为研制使用低温燃料的军用航空及航空航天装置奠定基础。这就意味着可以研制出新式的武器，在很大程度上对减少的战略导弹起到补偿作用，并且在解决国防问题上可以使用更为有灵活的战术。在解决在航空航天及其他交通工具上推广低温燃料的问题时必须采取以下方法，这取决于： l 发展低温交通工具的任务艰巨，要经过较长时间才能达到既定目标； l 需要俄联邦预算拨款，以解决目前存在的问题，并且必须把这些费用降至最低，保证投资尽快回收。 l 在紧迫的时间内把俄罗斯在开发未来低温航空设施、航空航天及火箭装置方面所积累的经验（包括科技、工艺生产等储备）加以系统化。制定可行的工作计划，完成既定目标。确保有效的检查及管理各项工作的进度，并制定下一步工作规划。为制定俄联邦发展低温航空航天及其他交通工具的目标规划，俄罗斯采取的措施有： 1997年10月国家杜马举行的圆桌会议，建议制定俄联邦发展低温航空航天及其他交通工具的目标规划。 1997年11月13日根据№ВЧ-1 17-36369Д号文件，俄联邦政府主席委托制定本规划。俄联邦法规“1998年联邦预算”，附件№4.第9.25.1款—开始制定俄联邦发展低温航空航天及其他交通工具的目标规划构想。 1998年11月13日俄罗斯国家杜马工业、建筑、交通及能源委员会同意俄联邦发展低温航空航天及其他交通工具的目标规划构想。 1999年1月19日俄联邦经济部发文批准本规划构想。俄联邦法规“1999年联邦预算”，附件№4.第9.21.1款—编制规划。1999年12月，规划草案上报俄联邦经济部。俄联邦法规“2000年联邦预算”，附件№4.第9.22.1款—向本规划的首期工作拨款。俄联邦经济部与俄罗斯航空航天局达成协议，赋予俄罗斯航空航天局国家发包人的职能。并对本规划进行修改。实现本规划能使俄罗斯保持在低温航空航天领域领先地位，扩大俄罗斯作为世界主要航空航天大国的作用，有利于保障俄罗斯的国家安全，保证俄罗斯与世界其他强国并驾齐驱，并从整体上改善俄罗斯的经济及环保状况。为完成以下任务，在编制本规划时，对俄罗斯在开发未来低温航空装置、航空航天及火箭系统中所积累的经验，以及在科技、工艺、生产方面的技术储备进行了系统化整理。 l 有目标的完成科研工作，以开发及使用低温燃料飞行器、保证飞行安全，培养低温系统的专家，以及创立法规基础及制定标准技术文件。 l 进行相关实验，以部分或整体上研制飞行器的低温系统，以及开发低温燃料飞行器的加注及维护设施。 l 实验、认证，并开始批量生产低温飞行器以及地面低温燃油的保障设施。 l 建立把低温技术推广到其他交通工具、工业、医药及农业的机构。为了创造在2010年后更好地发展低温技术（包括液氢）的科技、工艺、生产储备，规划草案规定了为了开发必须的低温技术及全新的技术方案所要完成的科研及试验设计工作。规划初步还拟定了2010～2020年所应采取的举措。技术经济分析表明，完成本规划所需的投资回收期在2011年。完成2000～2010年规划以及之后的2010～2020年规划能保证在国家燃油能源发展总战略框架下缓和（并在之后完全消除）军、民用航空及其他交通工具燃料的短缺现象。提高空运周转量，获得较好的经济效益。把有效载荷发送至近地轨道的费用减少一半。掌握目前俄罗斯航天器所不能达到的近地宇宙空间领域。在航空及其他交通工具上使用低温技术所带来的收益应明显超过其投资。并将具有大量出口低温燃料、低温飞行器以及其他低温工艺技术的可能性。规划的基本目标及任务以及实现规划的时间及步骤本规划的目标在于提高俄罗斯的经济、环保及军事安全性，通过开发及发展低温航空及其他交通工具，推广及完善低温燃料的生产，扩大低温基础设施的建设，创造在陆路积水路交通工具上使用低温燃料的前提条件，来改善俄罗斯的社会经济条件。本规划确立了要达到以下重要目标指标： l 通过在上用货运飞机及科技上使用液化天然气，把航空燃油的成本见少1／3～1／2； l 保证在规划期以后航空货运量稳定增长； l 把航空、陆路、水路交通工具以及火箭航天装置对环境的负面影响降至原来的1／2～1／10； l 通过使用液氢及液化天然气，极大提高火箭发动机的动力性、环保性以及经济性，提高俄罗斯运载火箭的国际竞争力； l 为在规划期以后在航空、火箭航天装置以及陆路、水路交通工具上广泛使用液化天然气（之后是液氢）积累设计、技术方面的储备； l 开发保障低温燃料生产、存储、运输以及加注配套基础建设的基本工艺及设备； l 保证到规划结束期创立大约10万个工作岗位。为了达到2001～2010年规划的既定目标必须完成以下任务： 1. 通过采取以下措施，创造广泛使用液化天然气航空装置的先决条件： —开发搭载ПС-90АК型发动机的Ty-204K型中程客机，并完成工厂试验及通过认证，保证在2009年投入批量生产； —建立低温燃油、部件以及设备的认证中心； —建立确保液化天然气飞机试飞的机场设施，并在4个机场投入使用； —编制搭载TB-7-117СФ发动机的Ty-136型区域客货飞机以及在Mи-17型直升飞机基础上研制的搭载TB-3-117型液化天然气发动机的直升飞机的技术文件。开发成套试验台架，以测试在TB-3-117/TB-7-117系列发动机基础上研制的低温动力装置。 —起草液化天然气制取、存储，液化天然气飞机的加注以及维护的有关标准。 —进行科研和试验设计工作，以保证液化天然气飞行器的顺利开发以及相应的地面基础设施的建设。 2.通过采取以下措施，在火箭航天装置上推广使用液氢及液化天然气： —以化工机械制造研究所为龙头，改进液氢生产工艺，扩大液氢产能； —为“质子-M”运载火箭开发氧-氢加速装置，并于2004年前投入使用； —为“雅玛尔”、“联盟”、“安格拉-1”运载火箭开发发动机及相关装置，并于2005年投入使用； —建立确保航空及火箭航天装置所需液化天然气的地面配套设施，并使之统一化； 3.制定为火箭航天装置、航空以及其他国民经济领域，甚至出口目的大规模生产液化天然气生产的发展规划。 4.通过进行针对地面低温基础设施的科研和试验设计工作，为将来大规模发展低温技术奠定基础。 5.应用科技工艺储备，争取在2010年后在航空装置上大范围使用低温燃料。 6.制定在本规划结束后在低温航空航天及其他交通工具领域继续发展的规划提案。到2010年年底前，完成本规划所取得的结果应能保证： l 通过从2009年开始使用Ty-204K型中程客机增加14亿卢布的利润。 l 通过从2006年开始，每年发射3次液化天然气及液氢运载火箭，增大发送至近地轨道的有效负荷，增加84亿卢布的利润。 l 制定2011～2020年规划。评价实施规划所带来的社会经济及环保效益完成俄联邦“发展低温航空航天及其他交通工具”的目标规划，能保证在国家燃油能源发展总战略框架下缓和（并在之后完全消除）军、民用航空及其他交通工具燃料的短缺现象。提高空运周转量，获得较好的经济效益。把有效载荷发送至近地轨道的费用减少一半。依靠使用液化天然气节省了燃油。就如技术经济计算表明的那样，完成本规划将具有重大的社会意义。显然，在2001～2010年的规划期内，投资较大（33.804亿卢布，其中预算拨款25.354亿卢布），而低温飞行器、低温燃料的产量及配套的基础设施相对较少，从而决定了本规划不能获得较高的净利润，仅为2250万卢布，利润率也较低，仅为1.01。但是，在本规划期内联邦及地方的预算税收为36.149亿卢布，超过这一时期的投资，预算盈余达到10.795亿卢布。这样在预算盈余的情况下，本规划的利润率可达1.43，高出俄联邦财政部关于投资利润率不得小于1的规定。投资回收期为9.3年，也就是说处于本规划的实施期内（10年）。在规划期内，在低温航空装置上使用液化天然气替代航空煤油能节省20亿卢布。此外，在规划期内依靠增大发送至地球静止轨道的有效载荷（2.5～4.5t），一年发送3次能累计节省84亿卢布。在社会效益方面，实施本规划能降低失业率，创造工作岗位10万个，并相应增加人均国民生产总值3万卢布／人。同时用石油燃料相比，使用天然气能极大地减少污染物的排放，明显地改善大气质量，具有极好的环保效益。而使用液氢能完全消除污染物的排放。在大气条件下，低温燃料在泄漏时能很快完全蒸发，因此使用低温燃料从整体上解决了以往石油燃料在其运输、存储过程中产生的环保问题。关于实施“发展低温航空航天及其他交通工具”的目标规划所带来的社会经济效益详见表1。 表1 俄罗斯“发展低温航空航天及其他交通工具”的目标规划所带来的社会经济效益效益指标在规划期内，百万卢布规划投资：其中：联邦及地方预算预算外3380.4 2535.4 845.0 生产低温装置的企业的利润2557.9 净利润22.5 根据净利润计算的利润率1.01 根据净利润计算的投资回收期10 预算盈余1079.5 预算及预算外资金所收取的税收及提留款3614.9 根据预算盈余计算的利润率1.43 根据预算盈余计算的投资回收期9.30 因增大发送至近地静止轨道的有效载荷所增加的利润8400.0 用液化天然气代替航空煤油所减少的费用2000.0 增加工作岗位10万个人均国民生产总值年增长3万卢布／人* *数据来源：俄罗斯1999年统计年鉴 因为俄联邦“发展低温航空航天及其他交通工具”的目标规划规模较大，并为下一规划期（2011～2020年）奠定了基础，预先的分析表明，本规划将从2011年开始获得大规模效益，之后净利润、预算盈余及其他指标将会很快增长.