Διαστημόπλοια θα τροφοδοτούνται με μεθάνιο

Πηγή: Scientific American, Μάιος 2007

Οι περισσότεροι θεωρούν το μεθάνιο σαν καύσιμο για τα σπίτια μας, όμως αυτό ίσως σύντομα να τροφοδοτεί διαστημόπλοια τα οποία θα βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη ή και ακόμη πιο πέρα. Ερευνητές σε όλο τον κόσμο εργάζονται τώρα πάνω σε πυραύλους με κινητήρες καύσης μεθανίου, αντί των συμβατικών υγρών προωθητικών.

Κατά το τελευταίο μισό του περασμένου αιώνα, οι μηχανικοί επέλεγαν ως χημικά προωθητικά τους υδρογονάνθρακες, όπως η κηροζίνη, ή και υδρογόνο, μαζί με υγροποιημένο σε χαμηλές θερμοκρασίες οξυγόνο. Ωστόσο, η κηροζίνη και το υδρογόνο παρουσιάζουν κάποια συγκεκριμένα μειονεκτήματα, σύμφωνα με τον David Riseborough μιας εταιρείας αεροδιαστημικής η οποία εδρεύει στη Νότια Κορέα. «Η καύση της κηροζίνης παράγει αιθάλη, η οποία εναποθέτει υπολείμματα οπτάνθρακα στις επιφάνειες του κινητήρα, προκαλώντας με τον τρόπο αυτό διακοπές στη λειτουργία και προβλήματα επαναχρησιμοποίησης», όπως αναφέρει.

Το υδρογόνο, από την άλλη, απαιτεί δαπανηρή κρυογονική αποθήκευση, η οποία μπορεί να αποδειχθεί επικίνδυνη, και μονωμένες δεξαμενές, οι οποίες καταλαμβάνουν μεγάλο όγκο και έχουν αρκετό βάρος.

Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι οποιαδήποτε αστοχία σχεδόν πάντα σημαίνει καταστροφή, οι σχεδιαστές πυραύλων έχουν την τάση να είναι συντηρητικοί και να εμμένουν στη χρησιμοποίηση άρτια ελεγμένου εξοπλισμού και καυσίμων.

Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι οι αναζητούντες καινοτόμες λύσεις έχουν επενδύσει αρκετές ελπίδες σε εναλλακτικά καύσιμα, συμπεριλαμβανομένου και του μεθανίου. Το μεθάνιο είναι σχετικά «ήπιο» καύσιμο, και αυτό επηρεάζει την ασφάλεια του πληρώματος και τη λειτουργικότητα τόσο στο διάστημα όσο και στις επιφάνειες των πλανητών. Όταν καεί, παράγει λιγότερη αιθάλη απ' ό,τι η κηροζίνη και έχει καλύτερες προωστικές επιδόσεις. Συγκεκριμένα, το εν λόγω καύσιμο έχει υψηλότερη ειδική ώθηση, ένα μέγεθος το οποίο περιγράφει πόση ορμή έχει και μπορεί να μεταδώσει κάποια δεδομένη μάζα προωθητικών καυσίμων.

Αν και η ειδική ώθηση του μεθανίου είναι μικρότερη από αυτή του υδρογόνου, παρουσιάζει κάποια πλεονεκτήματα. Το υγρό μεθάνιο είναι περισσότερο ευσταθές και βράζει σε υψηλότερη θερμοκρασία. Επιπλέον, οι δεξαμενές αποθήκευσης του μεθανίου χρειάζονται λιγότερη μόνωση, χαρακτηριστικό το οποίο βοηθά στη μείωση του βάρους τού συστήματος. Συν τοις άλλοις, στους -163 βαθμούς Κελσίου, το υγρό μεθάνιο βρίσκεται πιο κοντά, όσον αφορά τη θερμοκρασία, στο υγρό οξυγόνο (-183 βαθμούς Κελσίου) απ' ό,τι στο υγρό υδρογόνο (-253 βαθμούς Κελσίου), κάτι το οποίο διευκολύνει το χειρισμό και τη σχεδίαση του οχήματος. Στα θετικά του μεθανίου συγκαταλέγεται και το γεγονός ότι οι μελλοντικοί επισκέπτες του Άρη ίσως θα μπορούν να το συνθέσουν επί τόπου, από το διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στην ατμόσφαιρα του κόκκινου πλανήτη, μειώνοντας κατ' αυτό τον τρόπο το μέγεθος και το βάρος του διαστημοπλοίου. Στο εγγύς μέλλον, η αποστολή Orion τής NASA ίσως χρησιμοποιήσει μεθάνιο για την ανύψωση της σεληνακάτου ή και για την επιστροφή του θαλαμίσκου του πληρώματος στη Γη.

Με χρηματοδότηση της NASA, μερικές εταιρείες αποκτούν εμπειρία πάνω στη μηχανική των πυραύλων μεθανίου. Τον Δεκέμβριο του 2006, όπως αναφέρει ο Richard Pournelle τής XCOR Aerospace, κατασκευάστριας πυραύλων στην Καλιφόρνια, η εταιρεία του εκτέλεσε με επιτυχία επίγεια δοκιμαστική βολή πυραύλου με προωθητικό κινητήρα υγρού μεθανίου/υγρού οξυγόνου, προωθητικής δύναμης 3,5 τόνων βάρους. Μια ανταγωνιστική εταιρεία, η ΚΤ Engineering με έδρα την Αλαμπάμα, αναμένεται να εκτελέσει τις πρώτες δοκιμαστικές βολές πυραύλων οι οποίοι θα διαθέτουν κινητήρα μεθανίου αυτή τη χρονιά.

Τον Μάρτιο του 2006, οι μηχανικοί τής C&Space δοκίμασαν κινητήρα μεθανίου/οξυγόνου που αναπτύσσει προωθητική δύναμη 9 έως 13,5 τόνων βάρους. Σχεδιάστηκε με τη βοήθεια ρώσων ειδικών, για να ανυψώνει δορυφόρους βάρους 0,5 τόνων σε τροχιά χαμηλού ύψους, με κόστος 4.400 δολάρια ανά χιλιόγραμμο — σχεδόν το 20% του κόστους εκτόξευσης το οποίο ισχύει σήμερα. Το εν λόγω σύστημα θα μπορούσε επίσης να τροφοδοτήσει υποτροχιακές πτήσεις τουριστικού χαρακτήρα ή να λειτουργήσει ως ενισχυτής πυραύλου δύο βαθμίδων. «Είμαστε αρκετά πεπεισμένοι ότι το μεθάνιο θα μπορούσε να επιτρέψει ταχύτερες, παρόμοιες με ενός αεροσκάφους, αλλαγές πορείας κατά την εκτόξευση», εξηγεί ο Riseborough.

Παρά τις μεγάλες προσδοκίες, η επιτυχία δεν φαίνεται εξασφαλισμένη. Ο Galaxy Express, ένα προωθητικό σύστημα για την εκτόξευση δορυφόρων με δύο βαθμίδες καυσίμου μεθανίου, που αναπτύχθηκε από την Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Έρευνας (JAEA) και μια εμπορική κοινοπραξία, έχει καθυστερήσει λόγω υπέρβασης του κόστους κατά εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια.