Kryogena bränslen (flytande väte, flytande metan) 1 och oxidatorer (flytande syre) 2 är de raketdrivmedel som valts där råprestanda är det övergripande problemet, på grund av den mycket höga prestandan (enligt kemisk-raketstandarder) som produceras av raketmotorer som bränner kryogena drivmedel. Men de har nackdelen att de har kokpunkter långt under rumstemperatur (eller utomhustemperaturen på rymdkusten eller, för den delen, till och med Plesetsk-vintertemperaturen), så att de börjar avdunsta så snart raketen drivs; För att förhindra att tankarna spricker från ackumuleringen av gas som produceras därigenom, ventileras det avkokta drivmedlet genom avlastningsventiler och förloras därigenom till raketen. Isoleringen av raketen hjälper något, särskilt för flytande väte, som har den lägsta kokpunkten för alla kryogena drivmedel (därmed den allestädes närvarande orange skumisoleringen sett på i huvudsak alla hydrolox-raketer och raketsteg), men tillsvidningen sker så småningom även med isolerade tankar.
Som ett resultat lanseras kryogena raketer bäst så snart de är helt drivna (för att minimera mängden drivmedel som kokar av före lanseringen) och kryogen övre etapper är i allmänhet inte bra i mer än en vecka eller så, toppar, i rymden, innan tillräckligt med drivmedlet har kokat av för att släppa scenens Δv-budget under det övre steget med så kallade "lagringsbara" drivmedel 3 (eller i vissa fall en fastbränslemotor).
Å andra sidan är det uppenbarligen möjligt att kyla flytande väte och metan och syre till långt under deras kokpunkter (vilket framgår av det faktum att du har de kryogena drivmedlen tillgängliga i flytande form för att sätta i raketen i första hand), via en eller flera kylmetoder. Om man på något sätt skulle kunna hålla drivmedlen kylda till lågkokande temperaturer även när de väl har laddats i raketen, skulle det vara möjligt att kraftigt minska, eller till och med helt eliminera , problemet med drivmedelskokning. 4 Detta borde inte vara för svårt för de första etapperna, där, efter tankning, är det enda sittande de sitter på dynan; bränsle- och oxidationsbehållarna kunde helt enkelt läggas i fasta kylanläggningar via ytterligare ett par navlar, med ventilerna stängda för att isolera tankarna från markinfrastrukturen som en del av tändningssekvensen, och navelsträngarna separerade sedan vid avstängning:
Detta skulle vara svårare för övre steg, eftersom de för att hålla drivmedlen kylda tills det var dags att använda dem måste bära (potentiellt tung) kylutrustning med dem (även om detta potentiellt kan mildras i viss utsträckning genom att sprida kylskåpen innan scenens slutliga bränning, när de inte längre behövs); där kylda drivmedel verkligen skulle komma till sin rätt i rymden skulle vara för en kryogen drivdepå i bana, eftersom kylmaskineriet (återigen) kunde stanna kvar på den infrastruktur som inte går någonstans (här, drivmedelsdepå), med klienten rymdfarkoster som utnyttjar fördelarna med lagrade kryogena drivmedel utan att behöva betala vikten för kylutrustning. Visserligen kräver kylning en extern energikälla, men solenergi är i huvudsak gratis för ett kretsande rymdfarkost med uppladdningsbara batterier för att täcka skuggtidens perioder.
Vad är jag saknas?
1 : Flytande etan, etylen och propan är också kryogena (även om de inte är i närheten av så djupt som flytande metan), men har, såvitt jag vet, faktiskt inte använts i någon massproducerade raketmotorer.
2 : Flytande fluor är också kryogent och är faktiskt en något bättre prestanda oxidator än flytande syre, men är något dyrare och svårt att handtag, resulterar i motorer med mer spektakulära felfunktioner och kan endast realistiskt användas som en övre stegs oxidator (på grund av de stora mängder vätefluorid som den producerar med alla vanliga raketbränslen); av dessa skäl används det vanligtvis inte som ett raketdrivmedel idag. mer av dess derivat (för bränslet) och dinitrogen tetroxide (för oxidationsmedel).
4 : Såväl som det relaterade problemet med termisk expansion av kylda flytande drivmedel; alla flytande raketdrivmedel (även de som är flytande hela vägen upp till och tidigare rumstemperatur, som RP-1) expanderar med ökande temperatur, vilket har lett till att vissa raketkirurger kyler dessa drivmedel nästan till deras fryspunkter för att täta dem och låt mer drivmedel packas i tankarna. Om raketen sedan måste sitta runt på dynan och absorbera värme, drivs drivmedlen upp igen och expanderar, och en viss mängd därav måste dras från tankarna för att förhindra att de spricker, vilket förnekar prestandafördelen med kylda drivmedel. >