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Methalox는 2022년에 우승할 가능성이 있지만 승자는 아직 명확하지 않습니다.

현재 여러 메탄 연료 로켓이 궤도에 진입하고 있습니다. SpaceX의 Starship, ULA(United Launch Alliance)의 Vulcan 및 Rocket Lab의 Neutron과 함께 미국에서 가장 활동적인 발사 제공업체는 모두 메탈록스 메탄과 산소 사용에 전념하고 있습니다.

Blue Origin의 New Glenn 및 Relativity Space의 Terran 제품군과 같은 다가오는 발사기도 진행 중이며 Landspace의 중국 ZhuQue-2 미사일은 미국 차량보다 먼저 비행하는 것이 좋습니다.

메탄 연료 로켓이 이전에 비행한 적이 없는 이유에 대한 답은 화학 및 엔지니어링 복잡성의 문제입니다. 그러나 새로운 설계가 화성 임무를 위한 현장 자원 사용(ISRU)뿐만 아니라 재사용을 우선시함에 따라 메탄과 산소의 혼합물은 차세대 발사체의 표준이 되었습니다.

연소 안정성은 가장 일반적인 액체 연료 혼합물인 케롤록스(등유와 산소)와 하이드로룩스(수소와 산소)와 비교할 때 특별한 문제입니다. 수소 및 등유 로켓 추진제-1(RP-1)의 끓는점은 액체 산소(LOX)의 끓는점과 매우 다릅니다. 그러나 메탄의 끓는점은 산화제에 매우 가깝습니다.

수소 엔진의 경우 점화 시 산소 방울이 수소 가스 분자로 둘러싸인 상태에서 연소가 발생하고 RP-1의 경우 그 반대입니다. 메탄의 경우 끓는점이 비슷하므로 두 분자가 증발 및 연소되는 명확한 상태가 없습니다. 이것은 연소 불안정으로 이어질 수 있고 메탄을 로켓 연료로 사용하기 어렵게 만듭니다.

이러한 차세대 차량에 동력을 공급할 엔진을 개발하는 데 어려움과 어려움이 있었지만 최근 로켓 추진 기술의 발전으로 메탄 엔진이 가능해졌습니다. 새로운 개발 노력은 다음과 같은 새로운 재사용 목표와 새로운 공간 목적지에 의해 주도되었습니다. 화성.

메탄은 붉은 행성에서 연료 보급 상황에 사용하기에 가장 좋은 추진제입니다. 메탄 로켓 연료 생산은 수소와 이산화탄소로부터 물과 메탄을 생성할 수 있는 “사바티에 반응”의 도움으로 화성에서 가능합니다. 이를 통해 ISRU to Mars Natural Resources는 지구에서 필요한 모든 연료를 가져올 필요가 없어 새로운 임무를 수행할 수 있습니다.

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메탄을 사용하는 또 다른 이유는 비용입니다. 메탄을 사용하게 될 거의 모든 차세대 발사기는 어떤 형태나 형태로 재사용이라는 아이디어를 추구하고 있습니다. 중성자 그리고 뉴글렌 둘 다 적어도 초기에는 추진제 착륙 초기 단계와 소모성 상부 단계를 사용하여 부분적으로 재사용 가능한 차량을 목표로 합니다. 우주선 그리고 티란 R, 반면에 소모성 단계 없이 완전한 재사용을 위해 계획되었습니다. 에서도 불카누스 향후 개발 계획에 여전히 엔진 복원이 있을 수 있습니다.

한 쌍의 BE-4 메탈록스 엔진을 포함하는 Vulcan Engine Division은 복구 및 재사용을 위해 지구 대기권에 재진입합니다. (신용: NSF/L2용 Mac Crawford)

재사용 가능성 외에도 제조 개선으로 발사체 제작 및 운영 비용이 절감되었습니다. 이러한 요소가 감소함에 따라 점점 더 중요해지는 요소는 연비입니다. 미사일 발사 비용이 2억 5천만 달러라면 연료가 발사당 200만 달러인지 400만 달러인지는 중요하지 않습니다. 그러나 총 발사당 2,500만 달러라면 연료는 총 발사 비용에서 훨씬 더 큰 비율을 차지하게 됩니다. 메탄은 세 가지 액체 연료 중 가장 저렴하며 수소와 RP-1을 크게 능가합니다.

특히 RP-1 엔진과 비교할 때 또 다른 요소는 코크스입니다. RP-1은 수소나 메탄만큼 깨끗하게 연소되지는 않지만 자동차의 가스에 필적하는 다른 물질을 남깁니다. 이 잔류물은 엔진과 노즐에 달라붙어 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 이 효과는 사용 중일 때 표시됩니다. 팔콘 9 재진입 및 하강 시 미사일이 배기가스를 통해 치솟아 미사일 외부에 연소 잔류물을 남기는 단계입니다.

재사용 시대 이전에 kerolox 엔진은 한 번만 사용되었으므로 탈 때마다 새로운 엔진이 설계되었으므로 코킹은 문제가 되지 않았습니다. 코카콜라는 재사용을 위한 쇼 스토퍼가 아닙니다. 결국 SpaceX의 등유 연료 Falcon 9는 재사용 기록을 계속 경신합니다. 그러나 설계가 신속하고 완전한 재사용성을 추가함에 따라 코크스를 줄이면 재비행을 위해 회수된 화합물을 준비하는 데 필요한 시간과 노력을 줄일 수 있습니다.

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수소는 연소를 위한 청정 연료이지만 고유한 재사용 문제, 특히 밀도가 있습니다. Hydrolox는 세 가지 중 에너지 밀도가 가장 낮은 연료이며, 이는 재사용 가능한 Hydrolox 단계가 kerolox 또는 methalox로 연료를 공급하는 단계보다 훨씬 커야 함을 의미합니다. Metallux의 또 다른 장점은 깨끗하고 밀도가 높으며 효율적인 추진제입니다. 메탄은 등유와 유사한 밀도를 제공할 뿐만 아니라 수소 로켓 엔진과 유사한 특정 부스트(효율)를 제공합니다.

9개의 Aeon 1 메탈록스 엔진이 2022년 초에 발사된 Relativity Space의 Terran 1을 구동합니다. (제공: NSF/L2용 Mack Crawford)

액체 산소와 액체 메탄의 온도가 매우 유사하기 때문에 위상 내에서 두 탱크 사이에 결합된 배플의 적용도 더 쉬워집니다. 수소, LOX 및 매우 다른 끓는 온도로 인해 공통 탱크 영역은 열 문제를 일으킬 수 있습니다. 메탄의 경우에는 그렇지 않습니다. 이는 결합된 장벽 설계가 차량 질량을 줄이는 실현 가능한 방법임을 의미합니다.

이 새로운 메탈록스 발사체는 올해 첫 궤도에 데뷔할 예정입니다. 그들 중 일부는 상당한 양의 개발 작업이 남아 있지만 다른 일부는 이미 비행 준비가 임박했지만 어느 것이 궤도에 도달하는 최초의 메탈록스 동력 차량이 될지는 아직 확실하지 않습니다.

아마도 가장 주목할만한 것은 SpaceX가 제작한 Starship입니다.. 33개의 메탄 연료를 사용하는 Raptor 엔진은 Methalox의 장점을 보여주는 대표적인 예입니다. 그들은 화성에 탑재물을 운반하고 인간과 화물을 되돌리기 위한 Sabatier의 반응을 이용하도록 설계되었을 뿐만 아니라 주요 수리 없이 여러 번 비행하도록 설계되었습니다. 현재 전체 스타쉽 시스템은 2022년에 첫 비행을 시도할 예정이며 궤도에 도달할 최초의 메탄 연료 로켓의 후보 중 하나입니다.

또 다른 후보는 Relativity Space의 Terran 1입니다. smallsat 발사체는 Aeon 1 엔진으로 구동되며 더 크고 재사용 가능한 엔진 Aeon R의 설계를 알릴 것입니다. 이 더 큰 버전은 Relativity의 두 번째 미사일인 Terran R에 동력을 공급하며 완전히 재사용할 수 있고 2024년 이전에는 비행하지 않을 것입니다. 2022년 출시 예정인 테란 1 소형 소모품입니다.

중성자는 착륙을 위해 아르키메데스의 Metallox 엔진에 다시 불을 붙입니다. (신용: NSF/L2용 Mac Crawford)

첫 번째 Methalox 궤도 로켓의 마지막 미국 경쟁자는 ULA의 Vulcan입니다., Blue Origin의 BE-4 엔진으로 구동: New Glenn에 동력을 공급할 동일한 엔진. 사용 후 발사체는 수소 연료를 사용하는 상부 단계를 사용하지만 메탄 연료를 사용하는 첫 번째 단계는 궤도 발사 시스템의 중요한 부분이 될 것입니다. Vulcan의 처녀 항해는 현재 올해로 예정되어 있습니다.

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Blue Origin도 New Glenn에서 Metholux 동력 로켓을 개발하고 있지만 해당 차량은 올해 준비되지 않으며 Blue Origin은 New Glenn 이전에 Vulcan용 BE-4 엔진을 ULA에 공급해야 합니다.

한편, Rocket Lab의 중성자 로켓은 메탈록스 아르키메데스 엔진으로 구동되며, 올해 중반에 중성자에서 처음으로 테스트를 시작할 예정입니다.

미국 이외의 지역에는 궤도에 있는 최초의 Mytholux 로켓에 대한 또 다른 경쟁자가 있습니다. 바로 중국의 Zhuque-2 로켓입니다. TQ-12 메탈록스 엔진으로 구동되는 가스 발생기 엔진은 올해 데뷔할 예정입니다. 최근 계측기가 출구 경로 찾기와 관련된 보드를 강타했으며 ZQ-2는 Starship, Vulcan 및 Terran 1과 경쟁하면서 궤도에서 최초의 메탄 기반 로켓이 될 수 있는 매우 실질적인 기회를 가질 수 있습니다.

(메인 이미지: 발사 전에 궤도 우주선에 메탄과 산소를 ​​공급할 탱크 팜 옆의 궤도 발사 장소에 쌓인 우주선 20과 부스터 4. 출처: Mary (트윗 퍼가기) NSF)

Beom Soojin

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