Что если самое «энергетичное» ракетное топливо — не всегда самое выгодное? Новое исследование, проведённое специалистами РКК «Энергия» и НПО «Энергомаш», бросает вызов устоявшимся представлениям о выборе горючего для ракет-носителей. Речь идёт о керосине, водороде и метане — трёх китах современной космонавтики. И выводы оказались неожиданными.
Принято считать, что водород — чемпион по удельной энергии. Да, он даёт высокий импульс, но у него есть огромный минус: крайне низкая плотность. Чтобы заправить им ракету, нужны гигантские баки. А если габариты ракеты ограничены — например, из-за требований транспортировки по железной дороге или размера стартового комплекса, — преимущества водорода тают на глазах. Оказывается, для таких «компактных» ракет, как отечественный «Зенит», водородное топливо проигрывает обычному керосину — масса полезной нагрузки может снизиться более чем на 20%.
А что же метан? Модное, перспективное, многообещающее… Но и здесь исследователей ждал сюрприз. Метан почти не уступает керосину по эффективности, однако заметно отстаёт от высокоэнергетических синтетических горючих, таких как «Боктан». Последнее, кстати, позволяет увеличить полезную нагрузку без изменения объёма баков.
Любопытно, что даже для американской тяжёлой ракеты Delta 4 Heavy, которая исторически использует водород, анализ показал: будь у США мощные кислородно-керосиновые двигатели, подобные российскому РД-171, выбор в пользу водорода был бы баллистически неоптимальным.
Почему же тогда водород до сих пор в ходу? Ответ — в истории. В СССР сделали ставку на высокоэффективные замкнутые схемы двигателей, работающих на керосине. А в США, не имея таких технологий, компенсировали отставание за счёт водорода, несмотря на все сложности его применения: взрывоопасность, необходимость криогенных систем, большие затраты на испытания.
Что в сухом остатке? Для ракет, чьи размеры жёстко ограничены, керосин и его синтетические аналоги остаются королями горючего. Они обеспечивают лучшую баллистическую эффективность, большую грузоподъёмность и — что важно — проверены десятилетиями. И даже при создании ракет сверхтяжёлого класса, как показали расчёты, керосиновое топливо может успешно заменять водородное без потерь в возможностях.
Так что в споре «Керосин, водород или метан?» побеждает не то топливо, у которого выше импульс, а то, которое лучше вписывается в заданные рамки — в прямом и переносном смысле.
Исследование опубликовано в журнале «Космическая техника и технологии».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
