Z metanem to jest taki "złoty środek". Pod względem teoretycznych osiągów jest to pierwsze paliwo po wodorze. Nadal jest to kriogen, ale ma o niebo lepsze parametry przechowywania niż ciekły wodór (ten ostatni ma ekstremalnie małą gestość i niską temperaturę), lepsze nawet niż ciekły tlen. Baardzo odległym argumentem zastosowania metanu są też przyszłe misje międzyplanetarne, gdzie wraz z tlenem byłby wytwarzany i tankowany "na miejscu". Ważne też jest to, że w odróżnieniu od wodoru nie jest to paliwo syntetyczne -występuje w naturze, tak jak nafta.
Pozostaje z miejsca fundamentalne pytanie:
dlaczego rakiety na metan wchodzą dopiero teraz? Myślę, że można by z tego może nie doktorat, ale pracę dyplomowa napisać
Moim zdaniem przyczyny są natury techniczno-historyczno-ekonomicznej. W skrócie:
Dawniej koncentrowano się na technicznej stronie, podchodząc z 2 przeciwstawnych kierunków. Czyli:
1a) Prostota konstrukcji silnika i dostępność paliwa, nieco kosztem wydajności (możliwy Isp) = rakiety na naftę i ciekły tlen
1b) Prostota konstrukcji silnika i łatwe przechowywanie paliwa, też kosztem wydajności = rakiety na pochodnych hydrazyny i tlenkach azotu
2) Absolutna maksymalizacja osiągów kosztem innych cech użytkowych = drogie rakiety na ciekły wodór i tlen
Tyle teoria, a jak to wyglądało w praktyce? Pierwsze użytkowe orbitalne rakiety nośne na ciekłe materiały pędne korzystały z 1a i 1b, w obu (mocniej w tym drugim) widać echo pierwotnych zastosowań militarnych (ICBM). 1b wydaje się całkiem ślepą uliczką pod kątem optymalizacji ekonomicznej, mordowali się z tym Rosjanie (Proton i trochę innych rakiet), ESA (Ariane 4 i wcześniejsze), do dzisiaj Chińczycy i Hindusi. Dziś to łabędzi śpiew.
A co z 2, czyli wodór? Zauważcie, że
nie było nigdy rakiety nośnej
wyłącznie na ciekły wodór/tlen. Tylko górne stopnie! Atlas-Centaur, Ariane 4, Ariane 5, HII, SLS, STS, sowiecka Energia itd. Wszystkie używały mniej wydajnych paliw w stopniach startowych (wliczam boczne odrzucane boostery). Zasada była taka, że do wyniesienia nad atmosferę używamy paliwa o mniejszym Isp, a za pomocą wodoru o wysokim Isp uzyskujemy prędkość orbitalną, co daje zmniejszenie masy II/III stopnia rakiety i/lub wzrost jej osiągów. Skrajną wersja tego podejścia był STS, Ariane 5, H II, SLS -boostery stałopaliwowe + ciekły wodór.
Konstrukcyjnie i ekonomicznie to koszmar, także ze względu na infrastrukture naziemną - 3 do 4 różnych materiałów pędnych dla 1 rakiety. Dla Ariane 4 to były: mieszanka pochodnych hydrazyny, N2O4, LH2, LO2.
Zmierzam do tego, że w celu optymalizacji ekonomicznej komercyjnej rakiety tak nie można. Dlatego Falcon 1/9 lata(ł) wyłącznie na taniej nafcie, optymalizując tę technologię do granic technicznych możliwości. Na wodorze tak się nie da, ze względu na koszty. I tu wchodzi metan - osiągi lepsze niż na nafcie, paliwo równie tanie i dostępne, wszystkie stopnie rakiety też można zrobić na tym samym materiale pędnym. A osiągi niewiele gorsze od wodoru. Tylko wcześniej nikt z tym nie eksperymentował na szerszą skalę, koncentrowano się na powielaniu już istniejących technologii. Teraz Musk i Bezos robią mała rewolucje, od dawna uzasadnioną z technicznego ale i ekonomicznego punktu widzenia.
Pozdrawiam
-J.