Перевод интересного материала о топливном разнообразии в сегодняшней ракетной индустрии.
Одна из самых интересных вещей в космических перелётах — это выбор ракетного топлива. У нас существует довольно много вариантов, так что выбирать есть из чего. В основном, когда речь заходит о выборе топлива, то большинство ракетостроителей сразу же обращаются к тому, в котором окислителем является кислород. А затем подбирают к нему горючее, пытаются получить правильные соотношения и так далее.
Выбор компонентов топлива напрямую зависит от ваших целей. Ракета-носитель Сатурн-5, которая доставила первых людей на Луну, использовала более двух миллионов литров керосина (также известного как RP-1) и жидкого кислорода (также известного как LOX) – этого почти что хватит для заполнения 50-метрового олимпийского бассейна.
И после сотни лет исследований в области ракетного топлива, в которых рассматривалось огромное количество вариантов – от водорода до парафина – мы пришли к кое-чему новому. Метан – одно из самых распространённых веществ на нашей планете – наконец-то находится в центре внимания ракетостроителей. И, возможно, что именно метан приведёт нас на Марс.
Более эффективный двигатель
Эффективность ракетного топлива измеряется понятием удельного импульса. Чем больше удельный импульс, тем меньше топлива вам придётся потратить для получения определённого количества движения. Это космическая версия литров на сотню километров.
Джейк Тюферт, который работает в американской космической компании Tesseract Space, отмечает, что комбинация жидкого кислорода и жидкого метана даёт на 5% большую производительность, нежели комбинация жидкого кислорода и керосина. И это при одном и том же давлении в камере сгорания. Но:
Двигатели, работающие на метане, могут быть спроектированы для работы при более высоких давлениях. Если учитывать увеличение эффективности, которую даёт повышенное давление в камере сгорания, то метановый двигатель будет на 20% более производительным, чем керосиновый.
Такое увеличение эффективности означает значительную экономию средств, а значит потенциально может сделать космические перелёты дешевле. При увеличении удельного импульса уменьшается количество метана, необходимого для отрыва ракеты от стартового стола. Меньшее количество метана — меньшие топливные баки. Метан также облегчает процесс собственного хранения перед запуском и упрощает конструкцию топливных насосов.
Ещё одно преимущество метана как компонента топлива — он создаёт избыточное давление в баках, в которых находится. Это называется автогенный наддув. И он позволяет не использовать какие-либо сторонние системы наддува для своих топливных баков.
Лёгкий и дешёвый в производстве
Метан может сделать космос доступнее и иным путём. По словам Патрика Неймана, работающего в компании Neumann Space, производство метана гораздо проще по сравнению с производством керосина.
Убрать всё ненужное в ракетном горючем — достаточно сложная задача. И с керосином возникает гораздо больше проблем.
Джейк Тюферт с ним согласен:
Керосин изготавливается небольшими партиями по высокой цене. Ракеты не метане могут использовать сжиженный природный газ — а у него широкая промышленная база.
Один из самых больших недостатков перехода на метан в качестве горючего состоит в том, что приходится создавать очень дорогое пусковое оборудование для новых ракет. Но новые космические компании (такие как Blue Origin и SpaceX) пытаются получать прибыль на развитие инфраструктуры. Их создатели хотят перенести человечество в новую космическую эпоху — и они могут заставить всю отрасль изменяться и адаптироваться быстрее, чем это может сделать неповоротливый гигант вроде NASA.
На пути к Марсу
Самое большое изменение, которое мы заметим в новом поколении ракет состоит в том, что они будут способны возвращаться обратно на Землю. В упрощённом виде это будет выглядеть так: ракета возвращается, мы втыкаем в неё топливный шланг, а затем она летит снова. Как самолёт.
Илон Маск — один из тех людей, который говорит об уменьшении цены на запуск постоянно. Совсем неудивительно то, что его компания SpaceX (как и Blue Oirgin Джефф Безоса) разработала собственный метановый двигатель. Речь идёт о двигателях Raptor и BE-4 .
Сокращению затрат на запуск способствует и тот факт, что продукты сгорания в метановом двигателе гораздо чище, чем в керосиновом. В выхлопе последнего образуется много сажи, которая ограничивает возможность использовать двигатель многократно. Но будущее метановых ракет выходит далеко за рамки повторного использования.
Представленный в 2013-м году двигатель Raptor был объявлен как многоразовый метановый двигатель, который будет устанавливаться на следующем поколении ракет SpaceX, предназначенных для колонизации Марса.
Метановые заводы на Красной планете
Посмотрите на Марс. Атмосфера на 95% состоит из углекислого газа. Под поверхностью планеты скрывается водяной лёд. А вода и углекислый газ — всё, что необходимо для производства метана!
С правильными технологиями марсианская колония может стать полностью самодостаточной в плане энергоснабжения. А при должном объёме производства — иметь лёгкую возможность вернуться на Землю. Метановые двигатели многократного использования могут сделать Марс не просто пунктом назначения. Мы может остановиться там очень надолго.
Патрик Нойманн считает, что метан — это краеугольный камень в наших попытках попасть на Марс.
Я полагаю, что кислород-водородное топливо найдёт собственную нишу благодаря своей высокой эффективности. Но смесь жидкого метана и жидкого кислорода выглядит как очень серьёзный конкурент для этой топливной пары. Если повторное использование снизит стоимость запуска до такой степени, что выгоднее будет использовать метановую ракету дважды, чем водородную единожды, то почему бы и нет?
Всё это может быть намного ближе, чем мы с вами полагаем. Так что метан, на который так надеется небольшое количество очень богатых людей, может открыть для нас новую эпоху в освоении космоса.
Автор перевода ведёт в Telegram собственный канал, в котором ежедневно появляются новости из мира частной космонавтики. Так что заглядывайте — не одними SpaceX и Blue Origin богаты.
Источник
