Для того, что бы создать по настоящему многоразовую ракетную систему "Starship", необходимо создать "заправку" на Марсе. А для этого необходимо подобрать подходящее топливо. И даже зная, что для Старшипа уже выбрана топливная пара метан/кислород, здесь всё ещё возможны варианты.
Так, а какие варианты вообще есть?
1) Авиационный керосин- это экологически чистое углеводородное горючее, окислителем которого является кислород, в процессе сгорания получается углекислый газ и вода. Представляет собой керосиновые фракции прямой перегонки нефти, часто с гидроочисткой и добавкой комплекса присадок для улучшения эксплуатационных свойств.
В виду отсутствия на Марсе разведанных месторождений нефти (да, в теории, на Марсе может быть нефть), налаживание производства данного вида топлива не представляется возможным.
2) Водород- так же экологически чистое топливо, получаемое, в основном, из воды с помощью электролиза. Окислитель опять кислород, единственный продукт горения- вода. В этом плане топливо идеальное, так как в ракетном двигателе не образуется сажа, что очень хорошо сочетается с многоразовостью. Обладает лучшим удельным импульсом среди всех химических ракетных видов топлива.
Производить его можно не только на Марсе и Луне, но и на большинстве спутников планет-гигантов, везде, где есть запасы водяного льда.
С плюсами мы закончили, а вот минусы, их предостаточно.
Для начала, это крайне дорогое топливо и капризное топливо, с температурой кипения −252,87°C и температурой плавления −259,14°C, крайне сложно и затратно создавать и поддерживать необходимую для криогенного ракетного топлива жидкую фазу.
У водорода крайне низкая плотность, именно по этому для него нужны баки огромных размеров, нивелирующие выигрыш от высокого удельного импульса. Его сложно хранить и перевозить, в виду того, что водород просачивается сквозь металлические баки и попутно делая металл баков хрупким (водородное охрупчивание).
Пока не придумают, как можно избавиться от данных недостатках кислорода, использовать его в качестве ракетного топлива, не самый разумный выбор, ну мы и не будем.
3) Метан- лучшее на данный момент химическое ракетное топливо. Экологически чистое, вместе с окислителем- кислородом, в качестве продуктов горения образует воду и углекислый газ.
Метан относительно легко сжижать и хранить долгое количество времени. Температура кипения −164,6°C, а температура плавления −183°C, поэтому мы имеем 21 градус для содержания в качестве жидкости (у водорода разброс температур всего 6 градусов) и имеет точку пересечения жидкой фазы с жидким кислородом: у которого температура кипения −182,96 °C и температура плавления −218,79°C, это позволяет иметь всего одну перегородку бака, между топливом и окислителем.
Для его производства на Марсе необходимы: вода и углекислый газ. И то и другое присутствуют на красной планете в огромных количествах.
Производство основано на "реакции Сабатье". Воду с помощью электролиза расщепляют на водород и кислород. Кислород используется в качестве окислителя, а водород вступает в химическую реакцию с углекислым газом в "реакторе Сабатье", при повышенной температуре и давлении, в присутствии никелевого катализатора для получения метана и воды.
Однако, отношение топлива к окислителю, для топливной пары метан/кислород, составляет 3.5:1 (3.5 части кислорода к 1 части метана) по весу. А одно прохождение через "реактор Сабатье" даёт соотношение лишь 2:1. Дополнительный кислород можно получить расщепив воду, уже полученную ранее в "реакции Сабатье".
Другой способ заключается в пиролизе метана из "реактора Сабатье" до углерода и водорода, с направлением водорода обратно в реактор для последующего производства метана и воды. Дополнительный необходимый кислород получается при электролизе воды. Но тогда, в реакторе образуется побочный продукт- твёрдый углерод. В автоматизированной системе, твёрдый углерод может удаляться- обдуванием горячим марсианским углекислым газом, при окислении углерода до угарного газа.
Третий способ решения проблемы нехватки кислорода- это совмещение "реакции Сабатье" и реакции водорода с углекислым газом в едином реакторе. Эта реакция слабо экзотермическая (с выделением теплоты) и при электролизе воды позволяет достичь соотношения даже 4:1 между кислородом и метаном, обеспечивая большой резервный запас кислорода.
Присутствует вариант, когда с Земли доставляется лишь лёгкий водород, а тяжёлые кислород и углерод вырабатываются на месте, обеспечивается выигрыш в массе 18:1. Такое использование местных ресурсов привело бы к значительной экономии веса и стоимости в любых пилотируемых полётах на Марс или автоматических полётах с доставкой грунта.
Это основные виды ракетного топлива, подходящие для полётов на Марс, даже если не все из них можно произвести на Марсе. Однако ж, они не единственные из возможных. Но об этом в следующий раз.
Кому удобнее читать в вк: vk.com/mar_tians
Телеграм: t.me/mar_tians
Так же подписывайтесь на ютуб канал, цель 100 подписчиков, для начала публикации новостей и там: youtube.com/mar_tians