Gara Methalox ka të ngjarë të fitohet në vitin 2022, por fituesi nuk është ende i qartë

Tani për tani, disa raketa me lëndë djegëse metani janë në një garë për orbitë. Me Starship nga SpaceX, Vulcan nga United Launch Alliance (ULA) dhe Neutron nga Rocket Lab, të gjithë ofruesit më aktivë të lëshimit në SHBA janë të përkushtuar të përdorin metaloks-metan dhe oksigjen.

Lashuesit e ardhshëm si New Glenn nga Blue Origin dhe familja Terran nga Relativiteti Space janë gjithashtu në rrugë drejt fluturimit, ndërsa raketa kineze ZhuQue-2 nga Landspace mund të jetë edhe e preferuara për të fluturuar para ndonjë prej automjeteve amerikane.

Përgjigja se pse raketat me lëndë djegëse metani nuk kanë fluturuar më parë është një çështje kimie dhe kompleksiteti inxhinierik. Por ndërsa dizajnet e reja i japin përparësi ripërdorimit, si dhe shfrytëzimit të burimeve në vend (ISRU) për misionet në Mars, kombinimi i metanit dhe oksigjenit është bërë standardi për automjetet lëshuese të gjeneratës së ardhshme.

Stabiliteti i djegies është veçanërisht problematik në krahasim me dy kombinimet më të zakonshme të shtytësve të lëngshëm: keroloks (vajguri dhe oksigjeni) dhe hidroloksi (hidrogjen dhe oksigjen). Pikat e vlimit të hidrogjenit dhe vajgurit Rocket Propellant-1 (RP-1) janë shumë të ndryshme nga ato të oksigjenit të lëngshëm (LOX). Megjithatë, pika e vlimit të metanit është shumë afër oksiduesit të tij.

Për një motor hidrogjeni, djegia ndodh në një gjendje ku pikat e oksigjenit janë të rrethuara nga molekula të gazit të hidrogjenit gjatë ndezjes, dhe e kundërta ndodh për RP-1. Për metanin, pikat e vlimit janë të ngjashme, që do të thotë se nuk ka një gjendje të dukshme në të cilën të dy molekulat do të jenë gjatë avullimit dhe djegies. Kjo mund të çojë në paqëndrueshmëri në djegie dhe e bën më të vështirë punën me metanin si lëndë djegëse raketash.

Ndërsa zhvillimi i motorëve që do të fuqizojnë këto automjete të gjeneratës së ardhshme nuk ka qenë pa pengesa dhe sfida, përparimet e fundit në teknologjinë e shtytjes së raketave i kanë bërë motorët e metanit të realizueshëm. Këto përpjekje të reja zhvillimi janë nxitur nga qëllime të reja të ripërdorimit dhe destinacione të reja hapësinore, si Marsi.

Metani është shtytësi më i mirë i mundshëm për t’u përdorur në një situatë që kërkon furnizim me karburant në Planetin e Kuq. Prodhimi i karburantit të raketave me metan është një mundësi në Mars me ndihmën e “reaksionit Sabatier”, i cili mund të prodhojë ujë dhe metan nga hidrogjeni dhe dioksidi i karbonit. Kjo do të lejonte ISRU të burimeve natyrore të Marsit të mundësojë misione të reja duke mos pasur nevojë të sjellë të gjithë karburantin e kërkuar nga Toka.

Një arsye tjetër për përdorimin e metanit është kostoja. Pothuajse të gjithë lëshuesit e gjeneratës së ardhshme që do të përdorin metanin po ndjekin një ide të ripërdorimit në një formë ose formë. Neutron dhe New Glenn janë të dyja, të paktën fillimisht, duke synuar për automjete pjesërisht të ripërdorshme, duke përdorur shkallët e para të uljes me shtytje dhe shkallët e sipërme të shpenzueshme. Starship dhe Terran R, nga ana tjetër, janë planifikuar për ripërdorim të plotë pa faza të shpenzueshme. Edhe Vulcan mund të ketë ende rikuperimin e motorit në planet e tij të ardhshme të evolucionit.

Përveç ripërdorimit, përmirësimet e prodhimit kanë ulur gjithashtu koston e ndërtimit dhe funksionimit të mjeteve lëshuese. Dhe ndërsa këta faktorë ulen, faktori që rritet në rëndësi është ekonomia e karburantit. Nëse një lëshim rakete kushton 250 milionë dollarë, nuk ka rëndësi nëse karburanti është dy apo katër milionë dollarë për lëshim. Por nëse totali është 25 milionë dollarë për lëshim, karburanti bëhet një përqindje shumë më e madhe e kostove të përgjithshme të nisjes. Dhe metani është më i liri nga tre lëndët djegëse të lëngshme, duke mposhtur hidrogjenin dhe RP-1 deri tani.

Një faktor tjetër, krahasuar veçanërisht me motorët RP-1, është koks. RP-1 nuk digjet pastër si hidrogjeni ose metani, por lë pas vetes substanca të tjera, të krahasueshme me gazin në një makinë. Këto mbetje mund të ngecin në motor dhe grykë dhe ta mbulojnë atë gjatë përdorimeve të shumta. Ky efekt është i dukshëm në fazat e përdorura Falcon 9, pasi raketa po fluturon përmes shkarkimit të saj gjatë djegies së rihyrjes dhe uljes, duke lënë mbetjet e djegies në pjesën e jashtme të raketës.

Para epokës së ripërdorimit, këta motorë kerolox përdoreshin vetëm një herë, kështu që koksimi nuk u bë problem pasi ndërtoheshin motorë të rinj për çdo fluturim. Koksimi nuk është një ndalues ​​për ripërdorim; në fund të fundit, Falcon 9 i SpaceX me vajguri vazhdon të thyejë rekorde të ripërdorimit. Por ndërsa dizajnet shtojnë ripërdorimin e shpejtë dhe të plotë, reduktimi i koksit do të reduktojë kohën dhe përpjekjen e nevojshme për përgatitjen e automjeteve të rikuperuara për ri-fluturim.

Ndërsa hidrogjeni është një lëndë djegëse shumë më e pastër që digjet, ai ka problemet e veta për ripërdorimin, veçanërisht densitetin. Hydrolox është shtytësi më pak i dendur me energji nga të tre, që do të thotë se një fazë hidroloksi e ripërdorshme duhet të jetë shumë më e madhe se ato që ushqehen nga kerolox ose metalox. Pikërisht këtu del në pah një tjetër avantazh i metaloksit: ai është një lëndë djegëse e pastër, e dendur dhe efikase. Jo vetëm që metani ofron një densitet të ngjashëm me vajgurin, por gjithashtu ofron një impuls (eficencë) specifike që është më afër atyre të motorëve të raketave me hidrogjen.

Meqenëse temperatura e oksigjenit të lëngshëm dhe metanit të lëngshëm janë kaq të ngjashme, aplikimi i një ndarje të përbashkët midis dy rezervuarëve brenda një faze bëhet gjithashtu më i lehtë. Me hidrogjen dhe LOX dhe temperaturat e tyre shumë të ndryshme të vlimit, zona e përbashkët e rezervuarit mund të shkaktojë probleme termike. Me metanin ky nuk është rasti, që do të thotë se dizajni i përbashkët i pjesës më të madhe është një mënyrë e mundshme për të reduktuar masën e automjeteve.

Këto automjete të reja lëshuese metaloks janë planifikuar të fillojnë të bëjnë debutimin e tyre në orbital këtë vit. Ndërsa disa prej tyre kanë mbetur një sasi e konsiderueshme e punës zhvillimore, të tjerat janë tashmë afër gatishmërisë për fluturim, megjithëse nuk është ende e qartë se cili do të jetë mjeti i parë me motor metaloks që do të arrijë në orbitë.

Ndoshta më i shquari është Starship, i ndërtuar nga SpaceX. Me 33 motorët e tij Raptor me lëndë djegëse metani, ai është një shembull kryesor i avantazheve të metaloksit. Jo vetëm që është projektuar për të sjellë ngarkesa në Mars dhe për të përdorur reagimin Sabatier për të rikthyer njerëzit dhe ngarkesat, por gjithashtu është projektuar për të fluturuar shumë herë pa rinovim të madh. Aktualisht, i gjithë sistemi Starship është planifikuar të provojë fluturimin e tij të parë në 2022 dhe është një kandidat për raketën e parë me karburant metan për të arritur në orbitë.

Një tjetër kandidat është Terran 1 i Relativitetit Space. Automjeti lëshues i satelit të vogël fuqizohet nga motori Aeon 1, i cili do të informojë dizajnin e motorit më të madh dhe të ripërdorshëm Aeon R. Ky version më i madh do të fuqizojë raketën e dytë të Relativitetit, Terran R, e cila do të jetë plotësisht e ripërdorshme dhe do të fluturojë jo më herët se 2024. Automjeti më i vogël, i shpenzueshëm Terran 1, është planifikuar ende të fluturojë në vitin 2022.