Mehrere Raketen, wie die Atlas V oder Saturn V, haben die Kombination einer unteren Stufe aus Kerosin/flüssigem Sauerstoff (Kerolox) für höhere Dichte und Schub in der Atmosphäre und einer oberen Stufe aus flüssigem Wasserstoff/Sauerstoff (Hydrolox) für eine bessere Effizienz oder verwendet spezifischer Impuls in einem Vakuum.
SpaceX hat beschlossen, die Verwendung von Wasserstoff auf seiner Falcon 9-Rakete zu vermeiden, was als "Kostenoptimierung" bezeichnet wird, da flüssiger Wasserstoff sehr kalt und daher teurer in der Handhabung ist. Der Falcon 9 verwendet auf beiden Stufen denselben Kerolox-Kraftstoff und größtenteils denselben Motor, um die Vorteile der Gemeinsamkeit und Massenproduktion zu nutzen. Der geringere spezifische Impuls ist jedoch ein Nachteil, wenn Sie eine Sonde auf eine interplanetare Flugbahn schicken, aber die Reduzierung der System-, Herstellungs- und Betriebskosten soll sich für die meisten Starts lohnen.
( Warum verwendet der Falcon 9 RP-1/LOx und nicht LH2/LOx? )
Die derzeit in der Entwicklung befindliche Starship-Rakete von SpaceX plant die Verwendung von Methan in allen Phasen, da es über lange Zeiträume gelagert werden kann (flüssiger Wasserstoff kann verdampfen und austreten), auf dem Mars leichter hergestellt werden kann und sich gut für wiederverwendbare Motoren eignet erzeugt im Vergleich zu Kerolox weniger Kohlenstoffablagerungen (Verkokung) und im Vergleich zu Hydrolox weniger Wasserstoffversprödung.
Die meisten anderen Anbieter von Startdiensten, die bereits Hydrolox-Motoren entwickelt haben, planen jedoch weiterhin, sie zu verwenden, wie beispielsweise Blue Origin. Wenn ein anderes Unternehmen oder eine Raumfahrtbehörde bereits Hydrolox-Motoren entwickelt hat, wäre ein Wechsel von Hydrolox zu Methalox ein Rückschritt, da ein neuer Motor (der im Vergleich zu Hydrolox einen weniger spezifischen Impuls hat) entwickelt werden muss, oder ein Schritt nach vorne in Bezug auf die Reduzierung Gesamtkosten auf lange Sicht?
Das ist eine komplexe Frage, die unter anderem von den Zielen des Unternehmens abhängt. Wenn es darum geht, eine Rakete mit dem höchsten spezifischen Impuls zu bauen, dann ist Wasserstoff der richtige Weg. Warum das selbst das Ziel wäre, ist jedoch unklar.
Hydrolox-Motoren haben einen potenziellen Leistungsvorteil in oberen Stufen. Allerdings sind die Vorteile nicht so groß wie man denkt. Flüssiger Wasserstoff ist nicht nur wegen extrem niedriger kryogener Lagertemperaturen und Versprödung problematisch; Es hat auch eine extrem niedrige Dichte, so dass ein sehr großer Tank zur Lagerung erforderlich ist, was die Masse des Tanks erhöht. Ein Problem, das durch die Notwendigkeit, ein treibstoffreiches Gemisch zu verwenden (wie bei allen Raketentriebwerken), nur noch verschlimmert wird. Es ist auch notwendig, das gemeinsame Schott zu isolieren, um zu verhindern, dass der Lachs festgefroren wird.
Die meisten Unternehmen haben letztendlich das Ziel, Geld zu verdienen. Aber das gilt nicht für SpaceX, ihre Mission ist es, „die Menschheit zu einer Multi-Planeten-Spezies zu machen“. So fantastisch das klingt, es ist wirklich das, worum es bei SpaceX geht. Für SpaceX ist Geld nur ein lebenswichtiges Mittel zum Zweck, kein Selbstzweck.
Um die Menschheit zu einer Multi-Planeten-Spezies zu machen, wird eine große Anzahl von Raumfahrzeugen erforderlich sein, die eine riesige Tonnage an Fracht transportieren, und dies wird nur annähernd machbar sein, wenn diese Raketen erschwinglich sind. Und der einzige Weg, dies zu tun, besteht darin, sie wiederverwendbar zu machen und die Kosten zu optimieren. Aus diesem Grund verwendet Starship Vollstrom-Verbrennungsmotoren, die Methan verbrennen.
Wäre es für andere Unternehmen ein Rückschritt, von einem bereits entwickelten Hydrolox-Motor auf einen Methalox-Motor umzusteigen? Es hängt von den Zielen des Unternehmens ab, wie viel es bereits ausgegeben hat und wie viel mehr ausgegeben werden müsste. Aber meiner Meinung nach wäre es in vielen Fällen kein Rückschritt.
Das Streben nach maximaler Nutzlast um jeden Preis ist nicht mehr der einzige Weg nach vorne und in gewisser Weise ein Rückschritt. Der Vorteil des spezifischen Impulses von Wasserstoff und des zusätzlichen Schubs, der dadurch entsteht, dass ganze Raketenstufen in den Ozean stürzen, kann durch die Verwendung einer größeren Methalox-Stufe und das Nachtanken im Orbit zunichte gemacht werden. Und ab einem bestimmten Punkt stellt sich die Frage, warum man so viel als eine monolithische Masse in die Umlaufbahn bringen muss?
Christopher James Huff
Mikusingularität
Robert DiGiovanni
Christopher James Huff