Historiaa
“1. Avaruusmatkustus on mahdollista.
2 . Tämä voidaan saavuttaa, vain ja ainoastaan rakettipropulsiolla, sillä raketti on ainoa propulsioväline joka toimii tyhjiössä.
3. Mustaruutiraketeilla tämä ei onnistu, sillä mustaruudilla tai sen johdannaisilla ei ole riittävästi energiaa.
4. Joillakin nesteillä on riittävä energeettisyys kiertoratanousuun”.
5. Nestemäinen vety on hyvä polttoaine ja nestehappi hyvä hapetin. Tämä muodostaisi ideaalisen polttoaineparin.
Yhteenveeto Konstantin Tsiolkovskin alkuperäisartikkelista: “Exploration of Space with Reactive Devices”, vuosi 1903.
Näin modernista vinkkelistä katsottuna Tsiolkovskin lausunnoissa ei ole mitään ihmeellistä, kunnes huomaa vuosiluvun 1903 ja tajuaa, että vety oli saatu nesteytettyä vain pari vuotta aikaisemmin (1901). Ennen sitä, vedyllä oli ollut vain paikka jaksollisessa järjestelmässä.
Huomattava määrä fysikaalista kemiaa piti toteutua ennen kuin Tsiolkovski saattoi kirjoittaa pöyristyttävät lauseensa. Myöhemmissä papereissaan Tsiolkovski pohtii toista merkittävää moottoritekniikan haaraa, hiilivetymoottoreita, polttaen reaktioissaan milloin metaania, milloin etyleeniä, metyyliä, etyylialkoholia, tärpättiä, bensiiniä, kerosiiniä- jos se haisi ja se kaatui pullosta, niin oli todennäköistä, että Tsiolkovskillä oli stoikiometrinen yhtälö sen polttoreaktiolle.
Tsiolkovskin raketit lensivät vain paperilla. Ensimmäinen lentävä nesteraketti oli Robert H. Goddardin rakentama. Raketti laukaistiin 1926. Kehitys tuosta hetkestä eteenpäin on ollut huimaava.
Nesteraketin kemian lyhyt oppimäärä
Periaatteessa mikä tahansa raketti, jonka propellanttivarasto on tankeissa nestemäisenä on nesteraketti, mutta yleensä nestepolttoaineita käyttävät raketit käsittävät raketit joissa polttoaine ja hapetin ovat kahtena erillisenä kemikaalina omissa tankeissaan. Esimerkiksi hydratsiini (N2H4) reagoi kyllä iridium päällysteiseen alumiinioksidikatalyytiin pelkistyen väkivaltaisesti typeksi ja vedyksi, mutta säästetään monopropellantti- eli yksipolttoainemoottorit omaksi artikkelikseen. Samoin kolmea polttoainekomponenttia käyttävät moottorit (tri-propellantit) jätetään syrjään, niistä voidaan keskustella eksoottisista kemiallisista moottoreista kertovassa artikkelissa.
Propellanttikemiaa
Kuten mainittu, keskitytään kahta polttoainekomponenttia käyttäviin nesteraketteihin (bi-propellantit). Tämä jakautuu karkeasti kolmeen eri arkkittyyppiin:
- Vety + Happi
- Hiilivety + Happi
- Myrkky + Myrkky
Raketeissa kiinnostavampia vaihtoehtoja ovat hiilivetyjä tai vetyä ja happea käyttävät moottorit. Robert R Goddard poltti raketissaan nestehappea ja bensiiniä. Tohtori Goddard tiesi hyvin, että vety olisi parempaa, mutta vuonna 1909 nestevetyä ei ollut saatavilla.
Hiilivedyistä yleisin rakettipolttoaine tänä päivänä on RP-1 (Rocket Propellant – 1) joka on vain jalostettua lentokerosiinia. Kerosiini itsessään ei palaisi moottoreissa kovinkaan kaksisesti, koska lentokerosiini on molekyyli-isometrialtaan hyvinkin vapaata; Kerosiinin hiilimolekyylien sisältö (päähiiliketjun pituus) vaihtelee 6 ja 20 välillä (tyypillinen merkintätapa tälle on C6 – C20), ja suurin osa massassa on välillä C9 – C16. Mukana on myös syklisiä yhdisteitä, yksirenkaisena alkylibensiininä tai kaksirenkaisena alkyylinaftana, eikä tämä haittaa yhtään suihkumoottorissa. Rakettimoottori on huomattavasti tarkempi polttoaineensa suhteen, koska hapettimen ja polttoaineen suhde on tunnettava etukäteen tarkasti, eikä palamisesta saa jäädä merkittäviä kiinteitä palojätteitä. Alkaanit muodostavat polymeerejä ja aromaattiset yhdisteet ovat alttiita pyrolyysille, eli muodostavat spontaanisti hiilikerrotumia korkealämpöisissä kohteissa.
kysyntä RP-1:selle ei ole korkea muihin hiilivetyihin verrattuna, joten prosessia on helpotettu etsimällä öljylähteitä joissa on riittävän laadukas raaka-aine joka voidaan jalostaa erikoisjalostamoissa propellantiksi. Tuotantoketju on hintava, mutta ei ylettömän kallis, mutta ongelma on erityisesti pitkäketjuisia hiilivetyjä polttavan moottorin matala ominaisimpulssi (specific impulse, Isp).
| Ominaisimpulssi tai spesifinen impulssi (Isp) on mittayksikkö jolla mitataan miten hyvä rakettimoottori oikein on. Sen luonteesta on useita selityksiä, mutta yksinkertaistettuna se tarkoittaa, että montako sekuntia yksi propellanttikilo tuottaa yhden (1) kilogramman työntöä. Näin ollen sen mittayksikkö on sekunti ja mitä suurempi luku on, sitä parempi moottori on. |
Kiinnostus hiilivetymooreiden seuraavaan sukupolveen on kuitenkin hyvin tiedossa. Metaanin (CH4) käyttö propellanttina mahdollistaa korkeamman Isp:n ja se tarjoaa hyvän kompromissin suorituskyvyn, säilytettävyyden ja saatavuuden välillä. Nestevety (H2) ja -happi (O2) ovat kuitenkin korkeimman Isp:n moottorien propellanttipari, jonka pakokaasu on vesihöyryä ja siten kevyempää kuin kerolox-rakettien palotuotteet.
“Myrkky ja Myrkky”-propellantit kehitettiin alkujaan lähinnä ohjuksille, ajalta ennen suuria kiintopolttoaineisia moottoreita. Toki raketteja on tällä propellanttityypillä ammuttu, ja ammutaan edelleen; ei vain ensimmäisenä vaiheena. Lisäksi monet tämän päivän ohjausraketeista käyttävät hydratsiinia polttoaineenaan. Hydratsiinihydraatti, etenkin sen yleisesti tunnettu muoto MMH (Monomethyl Hydrazine Hydrate) on tuttu avaruussukkulasta ja rakettien ohjausmoottoreista. Näissä MMH on polttoaine ja typpitetroksidi toimii hapettimena. Näiden polttoaineyhdistelmien kiinnostavuus perustuu niiden hypergolisuuteen (kotoisammin itsesyttyvyyteen). Ei tarvita sytyttimiä, kaksi reagenssia puhalletaaan kammioon ja moottori käynnistyy itsestään aineiden reagoidessa keskenään. Ehkä. Huonolla onnella tuloksena voi olla “kova startti”, kun painetta on paljon ja kemikaalissa on syttymisviive. Tällöin seosta ehtii kertyä kammioon liikaa, ja tuloksena tulee metallisilppua.
Kaikissa palamisreaktoissa tarvitaan hapetin. Tähän Tsiolkovski sanoi hapen olevan hyvä vaihtoehto, eikä Tsiolkovski julkaisemissaan papereissa edes miettinyt muita vaihtoehtoja hapettimelle kuin nestehappi. Suurimmassa osassa kantoraketteja tämä onkin täysin hyväksyttävä hapetin, mutta “myrkkypareissa”, ehei. Tarvitaan happoja. Vahvoja happoja ja niiden mukana tulevat sitten aivan omat ongelmana. Mutta, niiden hyvänä puolena on propellantin pysyvyys ja kryostaattien tarpeettomuus. Teoriassa myrkkyraketti voidaan ladata kun laukaisuikkuna on vaikkapa viikon päässä. Tämä ei todellakaan päde nestehappeen, joka alkaa lopulta kiehua tankissaan ja poistuu painetasauksen kautta ulos.
Jos haluaa lukea enemmän itse polttoaineista, niin propellanttikemiasta on saatavana äärimmäisen hyvä teos, John D. Clarkin “Ignition!”. Kyseinen teos on myös tämän artikkelin keskeinen lähde.
Kaasuntuotto ja hyötyluvut
Heitetäänpä ongelmaan vielä pari lisämuuttujaa. Propellantti vaikuttaa vahvasti moottorin suorituskykyyn, mutta toisaalta tehtävän laatu ratkaisee, millaisia ominaisuuksia tarvitaan propellantin säilyvyydeltä. Tässä kohdassa on jälleen tuotava esiin Tsiolkovskin yhtälö, joten mitä kevyempi pakokaasu moottorissa on ja mitä suurempi moottoripaine ja mitä pienempi on suuttimen kurkun pinta-ala, sitä tehokkaampi raketti on. On siis optimoitava propellantin energiatiheys, reaktiivisyys hapettimen kanssa ja ulosvirtauskaasun massa.
Yksinkertaistetaan voimakkaasti ja tarkkaillaan vain hapen ja vedyn reaktiota, koska tällä propelanttiparilla on vain äärimmäisen rajallinen määrä tuottokaasuja. Palamistuotteet eivät kuitenkaan ole vain vettä, H2O. Tietysti olisi mukava ajatella, että kaikki kemikaalit jotka ottavat osaa paloreaktioon kuluvat paloreaktiossa ja heittämällä kaksi moolia vetyä ja yksi mooli happea moottoriin, tuloksena olisi yksi mooli vettä. Paloreaktiossa syntyy toki vettä (H2O), mutta korkea lämpötila (RS-25 käy 3300K lämmöllä), syntyy myös molekyylejä H, H2, O, O2 ja OH.
Näiden suhteet voidaan kirjoittaa kuuteen yhtälöön. Kaksi näistä ovat helppoja. Ensimmäisen yhtälön voi koostaa laskemalla vedyn ja hapen välisestä atomimassasta joka summaa osapaineet kaikista vetyliitännäisistä, kerrottuna vetyatomien määrällä. Tämä jaetaan summaamalla kaikki happiliitännäisten osapaineet kerrottuna hapen määrällä.
Toinen yhtälö on hieman vaikeampi, jossa summataan kaikkien polttoprosessiin ottaneiden kemikaalilajin osapaineet vastamaan polttokammion työpainetta. Loput neljä ovat tasapainoyhtälöitä (H)2 = (H2) ) K1, jossa H ja H2 edustavat tarkkailtavan lajin osapainetta ja jotta kammion lämpötasapaino säilyisi mukana on kerroin K1, joka edustaa tätä tasapainoa.
Happi ja vety edustavat reaktiona hyvin yksinkertaista prosessia. Mikäli polttoaine olisi hiilivety, yhtälöryhmä käsittäisi viisitoista, kuusitoista lajia. Ja tästä mennään aina vain enemmän mutkalle, jos mukaan heitetään lisäreaktantteja.
Pysytellään hapessa ja vedyssä. Summaamalla osapaineet pitää tulla kammion työpaine. Jos ei, niin silloin osapaineluvut eivät täsmää. Takaisin alkuun. Lopulta päästään tasapainoon ja työpaine on saavutettu, joten silloin on tiedossa oikea määrä vetyä ja happea.
SItten verrataan syntynyttä lämpöä joka näistä lajeista syntyy- ja verrataan lämpötuottoa kammion työlämpöön… ja jos luvut eivät täsmää, palaa takaisin lähtöruutuun, kenties kulkien jääkaapin kautta josta voi kaataa itselleen lasillisen virvoketta ja aloittaa alusta.
Lopulta entalpia (lämpö) summa täsmää, osapaineet täsmäävät ja kammio on työkiertopisteessä. Ollaan tultu suuren päätöksen eteen- pysytäänkö staattisessa yhtälössä (frozen equilibrium) edelleen vai mennäänkö dynaamiseen muotoon (shifting equilibrium).
Ensimmäinen olettaa reaktiomäärien putoavan nollaan ja toinen olettaa niiden olevan äärettömät ja molemmat oletukset ovat VÄÄRIÄ. Se on ansa josta juuri edellä mainitulla lauseella John D Clarke varoittaa kirjassaan “Ignition!”
Sen sijaan kammiotiedot voi syöttää yhtälöön jota pitää katsoa varovaisesti reunasta ja istualtaan.
Tässä R on universaali kaasuvakio, gamma on ominaislämpökapasiteetit Cp / Cv suhteelle kammiossa oleville kaasuille, M on keskimääärinen molekyylimassa TC on kammiolämpö. Pe on tuttu ympäristöpaine ja Pc on kammiopaine.
Onneksi tätä yhtälöä voi siivota hieman, muotoon:
Jossa H on entalpioiden summa. Nolla entalpiaa tulee kohdella täydellisenä kaasuna absoluuttisessa nollassa- mikä voi aiheuttaa fyysikoissa voimakasta närästystä.
Hyötysuhteeksi, kaikesta tästä saadaan lopulta:
Kiinteät ja nestemäiset polttojätteet tekevät laskennasta jonkin verran haastavampaa- tai näin John D Clarke kirjassaan sanoo. Hän esittää kirjassaan lisäyksenä CHON moottoreille (hiilivetymoottoreille) yksinkertaistetun yhtälön ja sen lisäksi dynaamisen tilan yhtälön.
Se riittäköön propellanttikemiasta.
Moottorin rakenne
Tarkastellaan sitten miten yllä olevat kemikaalit sitten saadaan reagoimaan keskenään, mittakaavassa jossa propellantti muunnetaan työntövoimaksi. Rakettimoottori on suurimmaksi osaksi vain putkea. Aloitetaan yksinkertaisimmasta mahdollisesta moottorista.
Kuvassa 3 on annettu hyvin yksinkertaisen rakettimoottorin pääosat. Osissa itsessään ei puolestaan ole mitään yksinkertaista: esimerkkimoottorin polttoaineensyöttö perustuu paineistettuun säiliöön joka työntää polttoaineen ja hapettimen moottoriin, joten moottorin kansi on ontelorakenteinen asetelma joka tasaa injektoreille tulevan hapettimen ja polttoaineen virtaamaa.
Injektorit suuntaavat ja sekoittavat hapettimen ja polttoaineen keskenään polttokammiossa. Kun sytytysjärjestelmä sytyttää polttoaineen ja hapettimen, moottori syttyy ja alkaa kehittää kaasua. Hypergolisten polttoaineiden tapauksessa edes sytytysjärjestelmää ei tarvita.
Palokaasut kulkevat polttokammiosta de laval-suutinrakenteseen, jossa aliäänen nopeudella kulkevaa kaasuvirtausta ensin kuristetaan kapenevassa kanavassa kohti kurkkua, mutta koska massavirran on pysyttävä vakiona, kaasun paine nousee. Kurkussa nopeus saavuttaa äänennopeuden. Kurkun jälkeen paine alkaa laskea, ja kun kaasuvirtaus saapuu suuttimen levenevään osaan, se laajenee ja kiihtyy entisestään.
Suuttimen laajeneva kellomainen osa suuntaa kaasuvirtauksen taakse, ja tasaa painetta ympäristön kanssa. Tämä voi kuulostaa hyvin oudolta, etenkin kun ajattelee että raketin tulee toimia myös tyhjiössä, mutta tästä syystä samalla moottorilla voi olla kahden tyyppisiä suuttimia. Ensimmäisen vaiheen moottorien on toimittava merenpinnan tasosta yläilmakehään, jossa ensimmäinen vaihe palaa loppuun. Lyhyt ja kapea suutin toimii merenpinnan tasolla, kun taas tyhjiössä pitäisi käyttää pitkää ja leveää suutinta.
Jos ympäröivä paine on suurempi kuin suuttimesta poistuvan kaasun virtauspaine, kaasuvirtaus ei pääse laajenemaan riittävästi ja suuttimen sanotaan olevan ylilaajennettu (overexpanded). Jos ympäröivä paine on pienempi kuin suuttimen virtauspaine, kaasuvirtaus laajenee suuttimen suulla pallomaisesti ja suuttimen sanotaan olevan alilaajennettu (underexpanded). Ilmakehässä toimivat moottorit ovat yleensä molempia, koska ympäristön paine vaihtuu korkeuden mukaan.
Suorituskyvyn puolesta moottorin pääosat kansi-injektori-kammio-suutin pysyvät jokseenkin samoina. Mutta yksi komponentti tulee lisää, kun kemistit heittävät suunnittelijaa jaksollisella järjestelmällä, mulkoilevat pahansuovasti ja antavat 3000K nimellislämmöksi, 95 Bar’ia paineeksi ja muistuttavat ettei butyylikumia sovi käyttää tiivisteinä – ja Rakettioperaattori haluaa kuitenkin lisää suorituskykyä, joten jotain pitää tehdä.
Propellanttikemia on antanut vastauksensa. Kemikaalivalinnoilla päästään tiettyyn tasoon, niin insinöörihän sitten suurentaa moottoria. Kun paineistettu tankki ei enää riitä, lisätään turbopumppu.
RP1 ja LOX (hiilivedyt ja happi) ovat molekyylipainoltaan siinä määrin lähellä toisiaan ja stoikiometriset yhtälöt ovat massasuhteeltaan tarpeeksi lähellä, että yksiakselinen turbopumppu riittää. Lisäksi jos halutaan elää helpolla, niin ohjataan pumpun tarvitseman paloreaktion pakokaasut moottorin sivusta ulos. Tämä on se musta pakokaasu jonka usein näkee Saturn-V ja jopa Falcon-9 rinnalla. Tämä on hyvin yksinkertainen rakenne, eikä vaadi sen ihmeempiä muutoksia koneeseen- joskin regeneratiivinen jäähdytys alkaisi olemaan ehkäpä jo tarpeen… mutta oletetaan esimerkki moottorin olevan riittävän pienikokoinen toimimaan ilman.
Jokainen moottorivalmistaja haluaa korkeampaa spesifistä impulssia ja turbopumpun pakokaasun dumppaus haaskaa suorituskykyä. Tehdään suljetun kierron moottori ja temppuillaan hieman polttoaineen kanssa ja avot, saadaan suljettukiertoinen moottori.
Nyt moottori on jo siinä määrin tehokas, että moottorin muut osat on jäähdytettävä; Regeneratiiviset asentuvat osaksi pääpiiriä. Polttoaine syötetään paineella moottoriin rakennettuihin onteloihin josta lämpövuo siirtyy moottorista polttoaineeseen.
Turbopumppu on jo melko monimutkainen laite tässä vaiheessa, mutta esimerkkimoottorimme on edelleen happea hengittävä RP-1 moottori, joten ainoa lisäkomponentti on esipoltin. Tosin moottorimme on verrattain uusi, joten esipoltin on osana happikiertoa. Käydään seuraavaksi läpi moottorin työkierrot ja selvitetään miksi näin menetellään.
Moottorin työkierrot
Painesyöttö
Tutkitaan seuraavaksi hieman miten polttoainekierrot toimivat. Ensimmäinen käsitelty moottori oli luonteeltaan painesyötetty moottori. Mitä se sitten tarkoittaa?
Painesyötetty moottori käyttää tankin vastapainejärjestelmää tuomaan polttoaineen ja hapettimen tankeista moottoriin. Järjestelmän etuna on toimintavarmuus. Jos ei ole komponenttia, komponentti ei voi hajota.
Huonona puolena on suorituskyky- Tankkien paineistuksen on oltava merkittävästi suurempi kuin moottorin työpaineen, tai polttoainetta ei saada tarpeeksi polttokammioon.
Painesyötetyt moottorit ovat vallassa sovelluksissa joissa vaaditaan hyvää luotettavuutta. Apollon huoltomodulin moottori, AJ10-101, joka oli aerojet Rocketdynen valmistama moottorim käytti polttoaineenaan Aerozineä ja typpitetraoksidia. Tyypillinen Myrkky+Myrkky raketti, jonka propelantti oli hypergolinen.
Kaasugeneraattori
Seuraavassa moottorissa lisättiin moottoriin yksi turbopumppu. Polttoaine siirretään nyt tankeista tehokkailla pumpuilla polttokammioon.
Turbopumppu ei toimi ilman voimanlähdettä ja helpointa on ottaa moottorista osa polttoaineesta ja hapettimesta ja polttaa ne omassa kaasugeneraattorissa kaasuksi jolla pyöritetään turbiinia. Turbiiniakselissa on kaksi kompressoripyörää, joilla polttoaine ajetaan polttokammioon.
Ikävä kyllä, ISP laskee, sillä nyt osa polttoaineesta ja hapettimesta ajetaan ohi polttokammiosta. Toisekseen, turbopumppu ei ole mitenkään helppo kohde suunnitella, ei niillä kemikaaleilla ja määrillä joita rakettimoottorin tulee kestää.
Tämä kierto on taatusti yleisin ensimmäisen vaiheen moottoreissa, niitä ovat SpaceX Merlin, Aerojet Rocketdynen Apollon F-1 päämoottori ja jopa Blue Origins’sin valmistama BE-04.
Staged Combustion, vaiheistettu poltto.
Spesifisen impulssin kohottaminen on ikuinen tavoite rakettimoottoreissa. Ja siksi, ei liene ihme, että yksi tavoitteista on muuttaa avokiertoinen kaasugeneeraattori prosessi suljetuksi kierroksi.
Ongelmana on turbiinin pakokaasun luonne. Jos sen ajaa suoraa polttokammioon sellaisenaan, on lopputuloksena oikutteleva moottori joka saattaa lopuksi räjähtää, kun polttoprosesssiin ottaa äkisti osaa kiintopartikkeleita ja palotuotteita joita moottorin kaasutuotossa ei ole otettu huomioon.
Tähän ongelmaan on kaksi ratkaisua, joista kumpikaan ei ole helppo. Kysymys molemmissa on rikastamisesta, ts, esipolttimeen ajetaan työkaasua, jossa on jompaa kumpaa kemikaalia enenmmän kuin tarpeen. Ensimmäisessä tapauksessa, nestemäistä happea ajetaan liiaksi (LOX)- Ongelmaksi muodostuu turbopumpun materiaali, sillä hapetin on nyt kuumaa (2000K) happea kaasuna.Kiintopartikkelit ja muut epäpuhtaudet lakkaavat olemasta ongelma koska happirikas ympäristö luo lopuksi vain hiilidioksidia.
Tämä vaatii metallurgeilta erittäin syvää metallikemian tuntemusta ja USA:n rakettiteknologian alkupuolella tätä moottoria pidettiin mahdottomana. Neuvostoliitossa tämä tosin saatiin ratkaistua kehittämällä lejeerinki joka kesti turbopumpussa. Tämä teknologia on edelleen käytössä Energomashin valmistamassa RD-180 moottorissa.
Huomattavasti helpompi tapa on käyttää sellaista polttoainetta jonka polttoprosessi ei tuota hiiliyhdisteitä. Helpoin on jättää hiili pois ja ottaa vain vety tilalle. Tsiolkovski olisi ylpeä ratkaisusta. Mutta, nyt ongelmaksi muodostuu reaktanttien volyymien eroavaisuus. Yksi turbopumppu ei enää riitä, tarvitaan kaksi. Siltaamalla polttoaineen tuoton molempiin turbopumppuihin, saadaan aikaiseksi polttoainerikas suljetun kierron polttoprosessi. Molemmat turbopumput käyvät polttoaine-rikkaalla seoksella joka voidaan ajaa huoletta injektoreista läpi; injektori ei tee isoa eroa vesimolekyylin ja vedyn välillä.
Lopputulos tällä kehityspuolella on RS-25 moottori joka tunnetaan paremmin Avaruussukkulan Päämoottorina.
Full-Flow Staged Combustion, Vaihestettu suoravirtaus moottori
Suljettu kierto, polttoaineella tai hapella edustaa jokseenkin parasta mahdollista suorituskykyä jota voidaan kuvitella. Mutta rakenne ei ole ongelmaton. RS-25 edustaa todennäköisesti parasta kemiallista moottoria jota voidaan rakentaa- mutta sen heikkous on riippuvuus vedystä ja propelanttireagenttien polttokammioon saapumislämpötila. Lämpötilan tasaaminen parantaisi suorituskykyä jonkin verran- Ehkä.
Mutta, suurin ongelma on ehdottomasti vety ja sen kryostaatti. Näin tuumi Neuvostoliittolainen Energomash kun oli tarve luoda uuden tyyppisiä rakettiperheitä.
Näitä raketteja varten kehitettiin uusi moottori: RD-270, joka ei koskaan päässyt testipenkistä ulos. Emme voi tietää tarkalleen mitä Energomashin suunnittelijat hakivat, mutta yhtä hiilimolekyyliä he suostuivat sietämään: polttoaineena oli UDMH, eli Unsymmetrical Dimethyl Hydrazine (H2NN(CH3)2) ja typpi-tetraoksi N2O4).
Aerojet yritti kehittää tätä itse ja sai aikaiseksi vain nk “Integrated Powerhead demonstrator” moottorin suunnitelman joka ei koskaan päätynyt suunnittelupöytää pidemmellä.
Kolmas kierros on menossa ja yksi moottoriperhe on jo operoinut: Raptor.
Raptor on Space X:n kehittämä moottori, jonka polttoaineena on Metaani ja hapettimena Nestehappi.
Vaikeudet ovat merkittäviä. Pienetkin epätasaisuudet, joita olemme nähneet SpaceX:n koelennoissa tuovat epätäydellistä palamista. Jos happea on liikaa, se reagoi väkivaltaisesti moottorin kanssa, joka koitui Starship Sn 8 kohtaloksi- vihreä pakolieska oli merkki, no, “moottoririkkaasta” käynnistä.
Loppusanat
Kaksikomponenttisten rakettimoottorien rooli raketti- ja avaruusteollisuudelle on kyseenalaistamaton. Aikaisemman generaation hiilivetymoottorit ovat tekemässä tilaa seuraavan generaation moottoreille joiden polttoaineena on metaani, vaikka sen polttoprosessi ei ole yksinkertainen ja matala spesifinen impulssi puhuisivat vedyn puolesta. Yksinkertainen kryostaatti puhuu puolestaan.
Pitkissä odotuksissa ja toimintavarmuutta haettaessa myrkyt puolustavat olemassaoloaan. Kun rakennetaan pitkän operaatioajan sateliittia, toimintavarmin prosessi on prosessi jota ei ole. Myrkyt ovat yleensä hypergolisia, eli sytyttimiä ei tarvita. Propellantit säilyvät omissa tarkoituksenmukaisissa tankeissaan lähes loputtomiin
Vety ei kuitenkaan menetä merkitystään. Korkea spesifinen impulssi painaa vaakakupissa. Haasteita ei sovi väheksyä, ne ovat vetymoottoreille merkittävät.
Ja mitä tulee kenties tärkeimpää näkökohtaan, vesi on polttoainemalmi, joten saatavuus suuressa osassa aurinkokuntaa on ratkaisevassa asemassa ja se saattaa vielä ratkaista millä moottorit käyvät syvällä avaruudessa.