Понадобилося понад шістдесят років, щоб ракетна галузь по-справжньому почала відходити від звичних видів палива. Довгий час великі ракети літали на добре відомих компонентах: очищеному гасі, гідразині, водні та твердому паливі. У кожного з них були свої переваги: гас цінували за відносну простоту в роботі, гідразин — за можливість довго зберігати, водень — за високу ефективність, а тверде паливо — за готовність до швидкого старту. Але приблизно п’ятнадцять років тому космічні компанії серйозно взялися за новий напрям — потужні метанові двигуни, які сьогодні дедалі активніше змінюють правила гри.
Саме на метані та рідкому кисні, тобто на так званому methalox-паливі, працюють одні з найсильніших сучасних ракетних двигунів. Йдеться про Raptor від SpaceX і BE-4 від Blue Origin, кожен із яких здатен розвивати тягу понад пів мільйона фунтів. У SpaceX ці двигуни стали основою системи Starship, де на прискорювачі та кораблі встановлено десятки Raptor, а в Blue Origin і United Launch Alliance двигуни BE-4 використовуються на ракетах New Glenn і Vulcan. Метан поступово приваблює і інших розробників: власні двигуни на такому паливі створюють Rocket Lab, Stoke Space та Relativity Space, а китайська ракета на метані вже встигла вийти на орбіту ще у 2023 році.
Інтерес до метану пояснюється не модою, а цілком практичними перевагами. У порівнянні з гасом він залишає менше кіптяви, а це особливо важливо для багаторазових двигунів, які повинні працювати не один раз і не вимагати надто складного очищення після польоту. У порівнянні з рідким воднем метан значно зручніший в експлуатації: він менш вибагливий, не настільки схильний до витоків і не потребує настільки екстремально низьких температур зберігання. Хоча метан також належить до кріогенних компонентів, його температурний режим ближчий до рідкого кисню, а отже систему живлення двигуна легше оптимізувати.
Втім, у нової технології є не лише плюси. Ракети інколи вибухають, і коли йдеться про настільки великі носії, як Starship чи майбутні важкі ракети інших компаній, питання безпеки виходить на перший план. Саме тому NASA та Космічні сили США вирішили детально вивчити, як поводиться суміш метану та рідкого кисню у разі катастрофічної аварії. Для американських космодромів це не теоретичне питання: запусків стає дедалі більше, у майбутньому компанії хочуть проводити польоти мало не кілька разів на день, а стартові майданчики інколи розташовані на відстані лише кількох кілометрів один від одного. За таких умов необхідно точно розуміти, якою має бути зона евакуації навколо ракети під час заправлення та підготовки до старту.
Суть випробувань доволі проста, хоча звучить ефектно: інженери заливають паливо в тестову конструкцію, навмисно підривають її у віддаленій зоні й вимірюють силу вибуху. Під час таких експериментів руйнується бар’єр між компонентами палива, щоб змоделювати аварію ракети. Далі датчики фіксують параметри ударної хвилі на різних відстанях, високошвидкісні камери стежать за розльотом уламків, а спеціальна апаратура оцінює тепловий вплив вибуху. У NASA наголошують, що такі масштабні дослідження проводяться дуже рідко — фактично раз на кілька десятиліть — але саме вони допоможуть закласти нові стандарти безпеки на роки вперед.
Перший етап цієї програми стартував у січні, коли фахівці провели два базові підриви із застосуванням C-4, щоб отримати контрольні значення для порівняння. У лютому до експериментів уже додали метан і рідкий кисень, спершу досліджуючи вибухи з незмішаними компонентами. Далі заплановані складніші тести, які імітуватимуть реальні сценарії аварії під час запуску: спочатку з тестовими об’єктами масою близько 2 тисяч фунтів, а потім із більшими установками до 20 тисяч фунтів. Інженери окремо перевіряють два типові сценарії відмови: пошкодження трубопроводу подачі та руйнування спільної стінки між баками з компонентами палива. На основі цих результатів вони спробують розрахувати, якого масштабу може бути вибух у надважкої ракети на кшталт Starship, яка на старті містить понад 10,8 мільйона фунтів палива.
Поки результати остаточно не готові, американські військові та фахівці з безпеки дотримуються максимально обережного підходу. Для methalox-ракет наразі застосовують дуже консервативну оцінку — фактично прирівнюють потенційну силу вибуху до 100% еквіваленту TNT і відповідно встановлюють максимально великі заборонені зони навколо стартових майданчиків. Утім, попередні дослідження вже натякають, що з часом ці межі можна буде зменшити. Проблема в тому, що без точних даних ніхто не хоче ризикувати безпекою людей і сусідніх об’єктів.
Особливе занепокоєння викликає те, що рідкий кисень і метан дуже добре змішуються між собою. Це підвищує ймовірність так званої конденсованофазної детонації, яка може створювати значно вищий надлишковий тиск, ніж аварії з використанням водню або гасу. У NASA раніше вже зазначали, що невеликі суміші рідкого кисню та зрідженого природного газу демонстрували широкий діапазон детонації, а інколи навіть перевищували за потужністю тротил. Саме тому державні регулятори не поспішають покладатися лише на оцінки компаній.
У самій індустрії, звісно, дивляться на ситуацію інакше. Наприклад, SpaceX раніше заявляла, що уряд використовує надто завищені оцінки небезпеки просто через брак власних даних, а це призводить до створення занадто великих буферних зон, які можуть заважати роботі інших майданчиків. За оцінками представників галузі, вибуховий еквівалент methalox-систем може бути ближчим до 25% від TNT, а не до 100%, що значно скоротило б площі обмеження. У 2023 році Комерційна космічна федерація навіть закликала владу спиратися на вже наявні промислові дані, а не витрачати державні кошти на окрему програму випробувань. Проте NASA, Космічні сили США та Федеральне управління цивільної авіації вирішили, що незалежне тестування все ж необхідне.
Підсумок у цієї історії досить показовий: метан вважається одним із найперспективніших видів ракетного палива нового покоління, але разом із перевагами він приносить і нові виклики. Чим активніше космічна індустрія переходить до багаторазових важких ракет і частих запусків, тим важливішим стає точне розуміння ризиків. Саме тому нинішні вибухові тести NASA — це не просто технічна цікавинка, а ключ до того, як виглядатиме безпечна інфраструктура космодромів у найближчі роки. Джерело
Джерело: portaltele.com.ua