Институт криогеники

Институт криогеники — это научно-исследовательское учреждение, специализирующееся на изучении, получении и применении сверхнизких температур (обычно ниже −150 °C), а также на разработке криогенного оборудования и технологий. В России основным профильным центром является Акционерное общество «Научно-исследовательский институт криогеники» (АО «НИИ криогеники») — головная организация в области криогенной техники и технологии сжиженных газов, расположенная в Москве.

История

Предпосылки создания

Развитие криогеники в СССР началось в 1930-х годах в связи с потребностями промышленности в кислороде для металлургии, а позднее — для ракетно-космической отрасли. Первые советские установки по сжижению воздуха были созданы в Ленинградском физико-техническом институте под руководством академика Петра Капицы. Однако системный подход к криогенным исследованиям потребовал создания специализированного института.

Основание и развитие

Научно-исследовательский институт криогеники (НИИ криогеники) был основан в 1943 году в Москве на базе Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ). Первоначально он назывался Государственный институт по проектированию и исследованию кислородных установок (ГИПРОКИСЛОРОД). Основной задачей института стало проектирование и внедрение крупных воздухоразделительных установок для получения кислорода, азота и аргона.

В 1950-е — 1960-е годы институт активно участвовал в создании криогенного оборудования для ракетно-космической программы СССР. В частности, разрабатывались системы хранения и подачи жидкого кислорода и водорода для ракет-носителей «Восток», «Союз» и «Протон». В 1970-е годы институт получил современное название — НИИ криогеники.

В 1990-е годы, после распада СССР, институт был преобразован в акционерное общество, сохранив научно-технический потенциал. В настоящее время АО «НИИ криогеники» входит в структуру Госкорпорации «Роскосмос» и продолжает разработки в области криогенной техники.

Основные направления деятельности

Разработка криогенного оборудования

Институт занимается созданием:

• Воздухоразделительных установок (ВРУ) для получения технических газов (кислород, азот, аргон) в жидком и газообразном виде.
• Криогенных резервуаров и цистерн для хранения и транспортировки сжиженных газов (кислород, азот, водород, природный газ).
• Криогенных насосов, теплообменников, арматуры и средств автоматики.
• Установок для сжижения природного газа (СПГ) — как крупнотоннажных, так и малотоннажных.

Космическое и ракетное направление

Одно из ключевых направлений — обеспечение ракетно-космической техники криогенными компонентами топлива:

• Системы заправки ракет-носителей жидким кислородом и водородом.
• Наземное оборудование для хранения и перекачки криогенных продуктов на космодромах (Байконур, Восточный, Плесецк).
• Разработка криогенных систем для космических аппаратов (тепловые трубы, криостаты).

Криогенная медицина и биология

Институт участвует в создании медицинского криогенного оборудования:

• Криохирургические аппараты (криодеструкторы) для лечения онкологических заболеваний.
• Криохранилища для биологических материалов (кровь, ткани, стволовые клетки).
• Установки для криоконсервации и длительного хранения биопрепаратов.

Энергетика и промышленность

• Разработка криогенных систем для сверхпроводящих устройств (кабели, трансформаторы, магниты).
• Создание оборудования для утилизации и разделения газов в нефтехимической и металлургической промышленности.
• Проектирование установок для получения гелия из природного газа.

Классификация криогенных технологий

По температурному диапазону

• Умеренный криогенный (от −150 °C до −200 °C) — сжижение кислорода, азота, аргона.
• Глубокий криогенный (от −200 °C до −253 °C) — сжижение водорода, неона.
• Сверхглубокий криогенный (ниже −253 °C) — сжижение гелия, получение сверхпроводимости.

По типу установок

• Воздухоразделительные установки — производство технических газов из атмосферного воздуха.
• Установки сжижения природного газа — получение СПГ для транспортировки и хранения.
• Криогенные системы заправки — для ракетной техники.
• Криостаты — устройства для поддержания сверхнизких температур в лабораторных и промышленных условиях.

Ключевые разработки и достижения

Воздухоразделительные установки

НИИ криогеники разработал серийные ВРУ производительностью от 100 до 10 000 м³/ч кислорода. Установки типа К-1, К-2, К-3 и их модификации эксплуатируются на металлургических комбинатах, химических заводах и предприятиях оборонной промышленности.

Криогенные резервуары

Институт создал линейку криогенных цистерн для транспортировки жидкого кислорода, азота и аргона объёмом от 10 до 100 м³. Эти резервуары используются в системах обеспечения космодромов и промышленных объектов.

Системы для ракет-носителей

• Разработка наземного оборудования для заправки ракет «Союз-2» жидким кислородом.
• Создание криогенных систем для хранения и подачи жидкого водорода на космодроме «Восточный».
• Участие в проекте «Ангара» — создание криогенной инфраструктуры для нового семейства ракет.

Криогенные насосы

Институт разработал поршневые и центробежные криогенные насосы с производительностью до 500 м³/ч при температурах до −253 °C. Эти насосы используются для перекачки жидкого водорода и гелия.

Интересные факты

• НИИ криогеники участвовал в создании криогенного оборудования для первого в мире атомного ледокола «Ленин» (1959 год) — системы сжижения кислорода для судовой энергетической установки.
• В 1960-е годы институт разработал установки для получения жидкого гелия, которые использовались в советской программе по созданию сверхпроводящих магнитов для ускорителей элементарных частиц.
• В 2000-е годы институт создал малотоннажные установки сжижения природного газа, которые позволили газифицировать удалённые населённые пункты в Сибири и на Дальнем Востоке.
• Криогенные технологии института применяются в производстве спортивного инвентаря — например, для обработки лыж и сноубордов жидким азотом с целью улучшения скольжения.

Современное состояние

АО «НИИ криогеники» продолжает активную научно-исследовательскую и проектную деятельность. В институте работают доктора и кандидаты наук, инженеры-конструкторы, технологи. Основные заказчики — предприятия Госкорпорации «Роскосмос», Министерства обороны РФ, нефтегазовые и металлургические компании. Институт также участвует в международных проектах, в том числе в создании криогенного оборудования для Международной космической станции (МКС) и перспективных лунных программ.

Критика и проблемы

• Высокая энергоёмкость криогенных установок — процесс сжижения газов требует значительных затрат электроэнергии, что делает продукцию дорогой.
• Износ оборудования — многие установки, разработанные в советское время, морально и физически устарели, требуют модернизации.
• Конкуренция с зарубежными производителями — на российском рынке присутствуют компании из Германии (Linde), Франции (Air Liquide) и США, предлагающие более современные и энергоэффективные решения.

Источники

• АО «НИИ криогеники» — официальный сайт предприятия.
• «Криогенная техника: история и современность» — сборник статей, издательство «Машиностроение», 2005.
• «Развитие криогеники в СССР» — журнал «Химическое и нефтегазовое машиностроение», № 4, 1988.
• Материалы Госкорпорации «Роскосмос» о криогенной инфраструктуре космодромов.
• «Криогенные технологии в энергетике» — учебное пособие, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017.