Kodėl „methalox“ keičia žaidimo taisykles, lyginant su „kerolox“ ir „hidrolox“ technologijomis?
Specifinio impulso pranašumas
Specifinis impulsas (Isp) yra esminis variklio efektyvumo rodiklis, rodantis gaunamą impulsą iš vieneto masės kuro. Tradicinis žibalo (RP-1) ir skysto deguonies (LOX) junginys „kerolox“ sukuria sunkesnius degimo produktus, kurie riboja išmetamųjų dujų greitį. Tuo tarpu metanas (CH4), būdamas paprasčiausias alkanas, degdamas su deguonimi (junginys „methalox“) sudaro lengvesnes molekules – vandens garus ir anglies dioksidą. Termodinamiškai lengvesnės dujos, esant tai pačiai temperatūrai, išsiplečia ir pro tūtą išsiveržia didesniu greičiu, todėl metanu stumiamos sistemos pasižymi didesniu specifiniu impulsu nei žibalo pagrindu veikiantys varytuvai.
„SpaceX“ „Raptor“, „SpaceX“ „Merlin“ ir „Blue Origin“ „BE-4“ „methalox“ varytuvai
Švarus degimas ir terminis stabilumas
Pagrindinė techninė kliūtis naudojant žibalą yra jo polinkis aukštoje temperatūroje skilti, paliekant anglies nuosėdas (coking), kurios gali užkimšti regeneracinio aušinimo kanalus. Metanas pasižymi išskirtiniu terminio stabilumo balansu – jis nepalieka suodžių. Inžinieriai gali kurti sudėtingesnius, efektyvesnius varytuvų ciklus, tokius kaip pilno srauto pakopinio degimo ciklas („full-flow staged combustion“). „SpaceX“ „Raptor“ ar „Blue Origin“ „BE-4“ varytuvai gali pasiekti itin aukštą degimo kameros slėgį be rizikos pažeisti variklio aušinimo sistemą.
| Kuras | |||
| Žibalas | Metanas | Vandenilis | |
| Tankis, * | Didelis, ~810 | Vidutinis, ~422 | Labai mažas, ~71 |
| Darbinė temperatūra | ~20 °C | ~ -161 °C | ~ -253 °C |
| Savitasis impulsas, ** | Mažas, ~280–300 s | Vidutinis, ~330–350 s | Labai didelis, virš 450 s |
| Pagrindiniai privalumai | Didelis tankis, paprastas saugojimas | Daugkartinis naudojimas, švarus degimas | Maksimalus efektyvumas |
| Pagrindiniai minusai | Anglies nuosėdos, sunkesnis aušinimas | Reikia kriogeninės įrangos | Didžiuliai bakai, sudėtingas saugojimas |
* – kg/m3, ** – Isp,
Optimalus fizinių savybių balansas
Nors skysto vandenilio (LH2) ir skysto deguonies junginys „hidrolox“ pasižymi didžiausiu specifiniu impulsu, jo mažas tankis reikalauja didžiulių kuro bakų. Šis momentas padidina raketos masę ir konstrukcinį sudėtingumą, nes skystam vandeniliui reikia -253 °C temperatūros. Metanas yra „aukso vidurys“: jis yra tankesnis už vandenilį, tad bakai yra kompaktiškesni. Be to, metano virimo temperatūra, apie -161 °C, yra artima skysto deguonies temperatūrai (-183 °C), o tai supaprastina kriogeninių sistemų termoizoliaciją ir mažina kuro garavimo nuostolius skrydžio metu, palyginti su „hidrolox“ technologijomis.
Daugkartinio naudojimo ekonomika
„Methalox“ technologija tapo XXI a. kosmoso lenktynių standartu, nes ji idealiai suderinama su daugkartinio naudojimo raketų koncepcija. Dėl panašių komponentų virimo temperatūrų galima taikyti autogeninį slėgimą, nereikalaujant papildomų inertinių dujų (pvz., helio) balionų sistemų, kas mažina raketos svorį. Švarus metano degimas užtikrina, kad po skrydžio varytuvo turbinos ir degimo kameros išlieka švarios. Tai drastiškai sumažina techninės priežiūros kaštus ir užtikrina sklandų pakartotinį varytuvo užvedimą.