В начале ноября 2023 года российские СМИ облетела новость о том, что авиационное проектно-конструкторское бюро «Туполев» «оформило патент» на гиперзвуковой самолет, оборудованный комбинированной силовой установкой, в которой используется криогенное топливо.
Реакция российской общественности, в особенности среди пользователей Интернет-форумов и социальных сетей, была несколько неоднозначной ввиду того, что многие сразу «вспомнили» о проекте самолёта Ту-155, который в 1988-1989 гг. совершил несколько десятков полётов с использованием двигателя, работавшего на сжиженном природном газе, но не получил дальнейшего развития ввиду недостаточно высокого уровня необходимых технологий в то время. «Популярным» тезисом сетевых комментаторов стало что-то вроде «изобрели технологию 30-летней давности».
В основной массе публикаций в СМИ содержался краткий (но не всегда точный) пересказ сущности запатентованного технического решения, но не была приведена ссылка на саму публикацию патента. Чтобы разобраться в сути события, вызвавшего резонанс в СМИ, обратимся к первоисточнику.
Сопоставив известные данные, найдем, что патент, упоминавшийся в СМИ — это патент РФ № 2 805 427 на имя Акционерного общества «Туполев», выданный 16 октября 2023 г., на изобретение «Гиперзвуковой самолет, оборудованный комбинированной силовой установкой, и способ ее работы в полете».
Патент охраняет следующие объекты изобретения:
— «гиперзвуковой самолет, оборудованный комбинированной силовой установкой, включающей два турбореактивных двигателя, использующих в качестве топлива авиационный керосин, и один турбореактивный двигатель, использующий в качестве топлива криогенное топливо…»,
и
— «способ работы комбинированной силовой установки в полете гиперзвукового самолета, в котором перед взлетом подводятся используемые топлива ко всем турбореактивным двигателям (ТРД) и запускают их, при этом работа ТРД, использующего криогенное топливо, происходит на режиме малого газа без участия в создании взлетной тяги, которую создают при помощи ТРД, использующих авиационный керосин, которые также используют для взлета, набора высоты и выведения самолета на полетный курс».
— «гиперзвуковой самолет, оборудованный комбинированной силовой установкой, включающей два турбореактивных двигателя, использующих в качестве топлива авиационный керосин, и один турбореактивный двигатель, использующий в качестве топлива криогенное топливо…»,
и
— «способ работы комбинированной силовой установки в полете гиперзвукового самолета, в котором перед взлетом подводятся используемые топлива ко всем турбореактивным двигателям (ТРД) и запускают их, при этом работа ТРД, использующего криогенное топливо, происходит на режиме малого газа без участия в создании взлетной тяги, которую создают при помощи ТРД, использующих авиационный керосин, которые также используют для взлета, набора высоты и выведения самолета на полетный курс».
Согласно запатентованному изобретению, ТРД, использующий криогенное топливо, выводят на работу в режиме максимальной тяги с возможностью разгона и полета самолета по курсу с гиперзвуковой скоростью. В качестве криогенного топлива может быть использован, в частности, сжиженный природный газ или сжиженный водород.
Согласно описанию патента, «при работе ТРД, использующего криогенное топливо, происходит разгон самолета с М=2,5-2,8 до гиперзвуковой скорости. При этом за счет повышенного трения внешних частей планера об воздух происходит их интенсивный нагрев. Для продолжения длительного полета с гиперзвуковой скоростью необходимо их охлаждение. С этой целью криогенное топливо поступает из бака по трубопроводам к наиболее нагретым частям планера самолета и двигателя, вследствие чего в трубопроводах происходит интенсивная газификация криогенного топлива. Данный процесс носит эндотермический характер, при котором производится поглощение тепла от нагретых частей планера самолета и двигателя. Нагретое криогенное топливо переходит в газообразную форму и подается в камеру сгорания двигателя и форсажной камеры для создания тяги». Таким образом по существу решается проблема нагрева криогенного топлива для обеспечения возможности его подачи в соответствующий ТРД на режиме крейсерского полёта со сверхзвуковой-гиперзвуковой скоростью.
Схематичные изображения гиперзвукового самолёта из патента РФ № 2805427. Чертежи и схемы в патентной литературе, как правило, носят исключительно иллюстративный характер и не отражают внешний вид или геометрические размеры реального изделия, в котором воплощено изобретение. Однако автору трудно отделаться от мысли, что внешний вид показанного летательного аппарата напоминает кое-что, виденное в реальности
Из прочитанного следует, что изобретение, раскрытое в обсуждаемом патенте, не имеет отношения к «технологии 30-летней давности», которая была в порядке эксперимента реализована на дозвуковом пассажирском самолёте и не имела отношения к гиперзвуковым летательным аппаратам. Соответственно, все подобные комментарии сетевых «экспертов» - мимо цели.
Применение криогенного топлива в силовых установках летательных аппаратов интересует не только российских инженеров. Об этом свидетельствует ряд иностранных патентных публикаций (см., например, патент Великобритании № GB 2587557 на имя компании GKN Aerospace Services Limited, публикацию международной заявки № WO 2022189157 на имя компании Safran, публикацию международной заявки № WO 2022079435 на имя компании Airbus Operations Limited). Они также посвящены комбинированным силовым установкам летательных аппаратов, в которых используются различные виды криогенного топлива, в частности сжиженный природный газ или жидкий водород.
К слову, в иностранных источниках предлагается применять двигатели на криогенном топливе на летательных аппаратах традиционной схемы с целью сокращения выбросов парниковых газов. Тема использования криогенного топлива для достижения сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростей на крейсерском режиме полёта представляет для зарубежных инженеров меньший интерес.
Какова значимость российского патента АО «Туполев» в мире высоких авиационных технологий? Запатентованное изобретение описано на уровне общей концепции и, согласно патенту, охраняется довольно широко. Если обратиться к фондам российских патентных публикаций, напрашивается вывод, что в области гиперзвуковых самолётов данный патент является едва ли не единственным в России, выданным на имя предприятия авиационной промышленности, среди большого количества патентов, полученных «частными лицами».
То, что патент на перспективную технологию, сочетающую в себе гиперзвуковой полёт и комбинированную силовую установку с криогенным топливом, получило крупное государственное предприятие авиационной промышленности, само по себе является знаковым. Среди ведущих мировых компаний в аэрокосмической отрасли общепринятой практикой является патентование различных перспективных технологий, пусть даже проработанных на уровне общей идеи, в том числе и при отсутствии конкретных планов на промышленное применение таких технологий в обозримом будущем.
Российские организации, в особенности государственные, в этом плане гораздо менее активны. В этом смысле патент, полученный АО «Туполев», является заметным исключением. Факт его получения может указывать на серьёзные планы по продолжению разработок в области гиперзвуковых самолётов и применения криогенного топлива или, по меньшей мере, на некоторое изменение отношения российских авиастроительных компаний к использованию отечественной патентной системы как инструмента создания нематериальных активов, получения конкурентного преимущества и научно-технологического обмена.