メタロックスは2022年に勝つ可能性が高いですが、勝者はまだ明確ではありません

現在、いくつかのメタン燃料ロケットが軌道に乗っています。 SpaceXのStarship、United Launch Alliance（ULA）のVulcan、Rocket LabのNeutronを使用して、アメリカで最も活発な打ち上げプロバイダーはすべて、メタロックスのメタンと酸素の使用に取り組んでいます。

ブルーオリジンのニューグレンやリラティビティスペースのテランファミリーなどの今後の発射装置も準備中ですが、ランドスペースからの中国のZhuQue-2ミサイルは、アメリカのどの車両よりも先に飛ぶことが好ましいかもしれません。

メタン燃料ロケットがこれまで飛行したことがない理由に対する答えは、化学と工学の複雑さの問題です。 しかし、新しい設計では火星へのミッションで再利用とその場での資源使用（ISRU）が優先されるため、メタンと酸素の混合物が次世代ロケットの標準になりました。

燃焼の安定性は、最も一般的な液体燃料ブレンドであるケロロックス（灯油と酸素）およびハイドロラックス（水素と酸素）と比較して特に問題です。 水素と灯油ロケット推進剤-1（RP-1）の沸点は、液体酸素（LOX）の沸点とは大きく異なります。 ただし、メタンの沸点はその酸化剤に非常に近いです。

ラプター2は、ラプター1の185トンから、海面で230トン以上の推力を生成します。 pic.twitter.com/o1Rqjwx6Ql

-SpaceX（SpaceX） 2022年2月11日

水素エンジンの場合、点火時に酸素液滴が水素ガス分子に囲まれた状態で燃焼が起こり、RP-1の場合は逆になります。 メタンの場合、沸点は類似しています。つまり、蒸発と燃焼の間に両方の分子が存在する明確な状態はありません。 これは燃焼を不安定にし、ロケット燃料としてメタンを使用することを困難にする可能性があります。

これらの次世代ビークルに動力を供給するエンジンを開発することは、挫折と挑戦なしではありませんでしたが、ロケット推進技術の最近の進歩は、メタンエンジンを可能にしました。 新しい開発努力は、次のような新しい再利用目標と新しい宇宙目的地によって推進されました。 火星。

メタンは、赤い惑星の給油状況に使用するのに最適な推進剤です。 火星では、水素と二酸化炭素から水とメタンを生成できる「サバティエ反応」の助けを借りて、メタンロケット燃料の生成が可能です。 これにより、ISRUは火星天然資源に必要なすべての燃料を地球から持ち込む必要がないため、新しいミッションを可能にすることができます。

メタンを使用するもう1つの理由はコストです。 メタンを使用するほとんどすべての次世代ランチャーは、何らかの形で再利用するというアイデアを追求しています。 中性子 そしてその ニューグレン どちらも、少なくとも最初は、推進剤の着陸初期段階と消耗品の上段を使用して、部分的に再利用可能な車両を目指しています。 スターシップ そしてその ティランR一方、消耗品フェーズなしで完全に再利用することが計画されていました。 でも バルカン 将来の開発計画では、エンジンの修復がまだ行われている可能性があります。

再利用性に加えて、製造の改善により、ロケットの製造と運用のコストも削減されました。 これらの要素が減少するにつれて、ますます重要になる要素は燃費です。 ミサイルの発射に2億5000万ドルかかる場合、燃料が200万ドルであるか、発射ごとに400万ドルであるかは関係ありません。 しかし、打ち上げあたりの合計が2,500万ドルの場合、燃料は打ち上げコスト全体のはるかに大きな割合になります。 メタンは3つの液体燃料の中で最も安価であり、水素とRP-1を大幅に上回っています。

特にRP-1エンジンと比較した場合、もう1つの要因はコークスです。 RP-1は水素やメタンほどきれいに燃焼しませんが、車のガスに匹敵する他の物質を残します。 この残留物は、エンジンとノズルに付着し、さまざまな用途で覆われる可能性があります。 この効果は、使用時に表示されます ファルコン9 ミサイルが再突入および降下中に排気ガスを通って急上昇し、ミサイルの外側に燃焼残留物を残す段階。

再利用の時代以前は、ケロロックスエンジンは一度しか使用されていなかったため、ライドごとに新しいエンジンが設計されていたため、コークス化は問題ではありませんでした。 コークスは再利用のためのショーストッパーではありません。 結局のところ、SpaceXの灯油燃料のFalcon 9は、再利用のために記録を破り続けています。 しかし、設計により迅速かつ完全な再利用性が追加されるため、コークスを減らすことで、回収された化合物を再飛行用に準備するために必要な時間と労力を削減できます。

水素は燃焼用のよりクリーンな燃料ですが、それ自体の再利用の問題、特に密度があります。 Hydroloxは、3つの中で最もエネルギー密度の低い燃料です。つまり、再利用可能なHydrolox相は、keroloxまたはmethaloxによって燃料を供給されるものよりもはるかに大きくなければなりません。 ここで、Metalluxのもう1つの利点が明らかになります。それは、クリーンで密度が高く、効率的な推進剤です。 メタンは灯油と同様の密度を提供するだけでなく、水素ロケットエンジンと同様の特定のブースト（効率）も提供します。

9つのイオン1メタロックスエンジンが、2022年初頭に発売されたRelativitySpaceのTerran1に電力を供給します。（クレジット：NSF /L2のMackCrawford）

液体酸素と液体メタンの温度は非常に似ているため、フェーズ内の2つのタンク間の複合バッフルの適用も容易になります。 水素、LOX、および非常に異なる沸騰温度では、共通のタンク領域が熱の問題を引き起こす可能性があります。 メタンの場合、これは当てはまりません。つまり、複合バリア設計は、車両の質量を減らすための実行可能な方法です。

これらの新しいメタロックスロケットは、今年最初の軌道デビューを果たす予定です。 かなりの量の開発作業が残っているものもありますが、軌道に到達する最初のメタロックス搭載車両がどれであるかはまだ明らかではありませんが、すでに飛行の準備が整っているものもあります。

おそらく最も注目すべきは、SpaceXによって構築されたスターシップです。 33のメタン燃料のラプターエンジンを備えた、それはメタロックスの利点の典型的な例です。 火星にペイロードを運び、サバティエの反応を利用して人間と貨物を取り戻すように設計されているだけでなく、大規模な改修なしで複数回飛行するようにも設計されています。 現在、スターシップシステム全体は、2022年の最初の飛行の試みが計画されており、軌道に到達する最初のメタン燃料ロケットの候補の1つです。

もう1つの候補は、RelativitySpaceのTerran1です。 小型衛星ロケットは、Aeon 1エンジンを搭載しており、より大型で再利用可能なAeon Rエンジンの設計を通知します。この大型バージョンは、Relativityの2番目のミサイルであるTerran Rに搭載され、完全に再利用可能で、2024年まで飛行しません。 2022年に打ち上げられたTerran1小型消耗車はまだ計画されています。

中性子は、着陸のためにアルキメデスのメタロックスエンジンを再点火します。 （クレジット：NSF /L2用のMacCrawford）

最初のメタロックス軌道ロケットの最後の米国の候補はULAのバルカンです、Blue OriginのBE-4エンジンを搭載：ニューグレンに搭載されるのと同じエンジン。 使用済みロケットは水素燃料の上段を使用しますが、メタン燃料の第1段は軌道打ち上げシステムの重要な部分になります。 バルカンの処女航海は現在も今年も予定されています。

ブルーオリジンはニューグレンでメソラックスを動力源とするロケットも開発していますが、その車両は今年準備ができていません。ブルーオリジンはニューグレンの前にバルカン用のBE-4エンジンをULAに供給する必要があります。

一方、ロケットラボの中性子ロケットはメタロックスアルキメデスエンジンを搭載し、今年は10年半ばにニュートロンで初めてテストを開始します。

Pleiades-1Bは、UTC 04:26:24の01-15-2022に、Jiuquan SatelliteLaunchCenterで最新の打ち上げサイトのこの画像をキャプチャしました。

プラットフォーム上にLandSpaceのZQ-2ロケットのステージ（またはモックアップ）があるようです。 pic.twitter.com/plJctAP72E

-ハリーストレンジャー（@Harry__Stranger） 2022年1月17日

米国外では、軌道上で最初のMytholuxロケットのもう1つの候補があります。それは、中国のZhuque-2ロケットです。 TQ-12メタロックスエンジンを搭載したガスジェネレーターエンジンは、今年デビューする予定です。 最近、計装が出口パスファインダーに関連するボードにヒットし、ZQ-2は、スターシップ、バルカン、テラン1と競争して、軌道上で最初のメタンベースのロケットになる可能性が非常に高い可能性があります。

（メイン画像：打ち上げ前に軌道を回る宇宙船にメタンと酸素を供給するタンクファームの隣の軌道打ち上げサイトに積み重ねられた船20とブースター4。クレジット：メアリー（ツイート埋め込み）NSFの場合）