Μηχανές πυραύλων: Όλες οι σύγχρονες μηχανές σε σύγκριση

Πενήντα χρόνια μετά τη σιωπή των τιτάνιων F-1 που πήγαν ανθρώπους στη Σελήνη, η εποχή της εμπορικής πρόσβασης στο διάστημα τροφοδοτείται από μια χούφτα οικογενειών πυραυλομηχανών. Δέκα μηχανές, τρία βασικά καύσιμα, τέσσερις διαφορετικοί κύκλοι καύσης, και πέντε πύραυλοι που σηκώνουν σήμερα σχεδόν κάθε δυτικό φορτίο σε τροχιά. Σε αυτό το άρθρο βάζουμε όλες τις βασικές μηχανές πυραύλων δίπλα δίπλα. Από τους εργατικούς Merlin του Falcon 9 μέχρι τους Raptor 3 του Starship, από τις BE-4 και BE-3U της Blue Origin μέχρι τη ρωσική RD-180 και τη γηραιά RL10 της ULA. Ποια κάνει τι, με τι καύσιμο, με πόση ώθηση, και γιατί κάθε εταιρεία επέλεξε τη διαδρομή που επέλεξε.

Τρεις εποχές πυραυλομηχανών

Για να καταλάβει κανείς γιατί υπάρχουν τόσοι διαφορετικοί κινητήρες σήμερα, βοηθάει να δει την ιστορική πορεία. Στη δεκαετία του 1960, οι μεγάλες αμερικανικές πυραυλομηχανές χρησιμοποιούσαν σχεδόν αποκλειστικά τον λεγόμενο ανοιχτό κύκλο, ή gas-generator, και έκαιγαν κηροζίνη με υγρό οξυγόνο. Οι F-1 του Saturn V, οι H-1 του Saturn I, οι μηχανές των Atlas και Titan, όλες ανήκαν σε αυτή την οικογένεια. Ο κύκλος ήταν απλός, ώριμος, και τραβούσε αρκετή απόδοση για να πάει ανθρώπους στη Σελήνη.

Από τη δεκαετία του '70 και μετά, και κυρίως στη Σοβιετική Ένωση, εμφανίστηκε μια πιο φιλόδοξη ιδέα: ο κλειστός κύκλος, ή staged combustion, όπου τα καυσαέρια της προθάλαμης που κινούν τις αντλίες δεν απορρίπτονται έξω αλλά καταλήγουν στον κύριο θάλαμο. Η ίδια εποχή έφερε επίσης τη μετάβαση σε υδρογόνο για ορισμένες εφαρμογές, με τη Space Shuttle Main Engine να αποτελεί την κορυφαία αμερικανική μηχανη staged combustion με υδρογόνο.

Η σύγχρονη εποχή ξεκίνησε ουσιαστικά μετά το 2010. Η SpaceX απέδειξε ότι μια καλά σχεδιασμένη gas-generator μηχανή μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί ξανά και ξανά, και μετά πέρασε σε full-flow staged combustion με μεθάνιο. Η Blue Origin πήρε διαφορετικό δρόμο, υιοθετώντας oxygen-rich staged combustion με μεθάνιο για την BE-4 και ανοιχτό expander cycle με υδρογόνο για την BE-3U. Η ULA συνέχισε με τις ώριμες ρωσικές RD-180 και τις αμερικανικές RL10 μέχρι η γεωπολιτική να την αναγκάσει να αλλάξει.

Τρία καύσιμα, τρεις φιλοσοφίες

Στις σύγχρονες πυραυλομηχανές κυριαρχούν τρία βασικά καύσιμα: η εξευγενισμένη κηροζίνη RP-1, το υγρό μεθάνιο (CH4), και το υγρό υδρογόνο (LH2). Όλα καίγονται μαζί με υγρό οξυγόνο (LOX) που λειτουργεί ως οξειδωτικό.

Η κηροζίνη είναι το πιο πυκνό από τα τρία, αποθηκεύεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, και δίνει χαμηλότερη απόδοση. Είναι η επιλογή των Merlin και της RD-180. Καίει βρώμικα, αφήνει εναποθέσεις άνθρακα στη μηχανή που δυσκολεύουν την επαναχρησιμοποίηση, αλλά είναι ώριμη τεχνολογία.

Το μεθάνιο είναι η ξεκάθαρη επιλογή της σύγχρονης γενιάς. Καίει καθαρά, δίνει υψηλότερη ειδική ώθηση από την κηροζίνη, και θεωρητικά μπορεί να παραχθεί σε άλλους πλανήτες με τη γνωστή αντίδραση Sabatier. Είναι ο πυρήνας του Raptor της SpaceX και της BE-4 της Blue Origin.

Το υγρό υδρογόνο δίνει την υψηλότερη ειδική ώθηση που γνωρίζουμε σε χημικό κινητήρα, σχεδόν 50% περισσότερη από το μεθάνιο. Όμως έχει εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα και απαιτεί τεράστιες δεξαμενές που πρέπει να μονώνονται σε ψύξη 253 βαθμών Κελσίου υπό το μηδέν. Είναι το καύσιμο της RL10 και της BE-3U, σχεδόν αποκλειστικά για ανώτερα στάδια.

Τέσσερις κύκλοι καύσης

Αν και τα βασικά καύσιμα που χρησιμοποιούν οι σύγχρονοι πύραυλοι είναι λίγα, οι τρόποι με τους οποίους λειτουργούν οι κινητήρες τους χωρίζονται σε τέσσερις βασικές κατηγορίες. Κάθε μία προσφέρει διαφορετική ισορροπία ανάμεσα στην απλότητα, την αξιοπιστία και την απόδοση.

Στον gas-generator cycle, μια μικρή ποσότητα καυσίμου και οξειδωτικού καίγεται σε έναν ξεχωριστό μικρό θάλαμο. Τα αέρια που παράγονται περιστρέφουν τις τουρμπίνες που κινούν τις αντλίες του κινητήρα και στη συνέχεια αποβάλλονται έξω χωρίς να χρησιμοποιηθούν ξανά. Πρόκειται για την απλούστερη και πιο δοκιμασμένη λύση, αλλά και για τη λιγότερο αποδοτική που εξετάζουμε αναλυτικά στο άρθρο για τις μηχανές της SpaceX.

Στον staged combustion cycle υπάρχει ένας μικρός θάλαμος παραγωγής αερίων για την κίνηση των αντλιών. Η διαφορά είναι ότι τα αέρια δεν χάνονται: οδηγούνται στον κύριο θάλαμο καύσης και συνεχίζουν να παράγουν ώση. Έτσι αξιοποιείται σχεδόν όλη η διαθέσιμη ενέργεια του καυσίμου. Σε αυτή την οικογένεια ανήκουν η BE-4 της Blue Origin και η ρωσική RD-180.

Στο full-flow staged combustion, που αποτελεί την πιο προηγμένη μορφή του staged combustion. Χρησιμοποιεί δύο ξεχωριστούς θαλάμους παραγωγής αερίων, έναν για το καύσιμο και έναν για το οξειδωτικό. Όλα τα προωθητικά περνούν από αυτούς πριν φτάσουν στον κύριο θάλαμο καύσης. Το σύστημα είναι εξαιρετικά πολύπλοκο, αλλά προσφέρει τη μεγαλύτερη απόδοση και καλύτερη κατανομή φορτίων στα εξαρτήματα. Ο μοναδικός κινητήρας που το χρησιμοποιεί επιχειρησιακά σήμερα είναι ο Raptor της SpaceX

Στον κύκλο expander δεν υπάρχει ξεχωριστός θάλαμος παραγωγής αερίων. Το καύσιμο συνήθως υδρογόνο κυκλοφορεί γύρω από τον κύριο θάλαμο και το ακροφύσιο για να τα ψύξει. Καθώς θερμαίνεται, μετατρέπεται σε αέριο υψηλής πίεσης που κινεί τις τουρμπίνες των αντλιών. Είναι ένας ιδιαίτερα αξιόπιστος και αποδοτικός κύκλος για κινητήρες μικρής και μεσαίας ισχύος. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι η RL10 και η BE-3U της Blue Origin

Με μία πρόταση: Gas Generator = απλούστερος, Staged Combustion = πιο αποδοτικός, Full-Flow = κορυφαία τεχνολογία, Expander = εξαιρετική αξιοπιστία.

Πρώτο στάδιο εναντίον ανώτερου σταδίου

Πριν φτάσουμε στον μεγάλο συγκριτικό πίνακα, αξίζει να σημειωθεί η θεμελιώδης διαφορά ανάμεσα σε μηχανές πρώτου σταδίου και μηχανές ανώτερου σταδίου. Είναι δύο εντελώς διαφορετικά προβλήματα.

Το πρώτο στάδιο πρέπει να ανυψώσει ολόκληρο τον πύραυλο μαζί με το πλήρες φορτίο καυσίμου, ξεκινώντας από την επιφάνεια της Γης μέσα στην πυκνή ατμόσφαιρα. Χρειάζεται τεράστια ώμη ώθηση. Οι μηχανές του είναι όλες βελτιστοποιημένες για επιφανειακή λειτουργία, με σχετικά μικρό ακροφύσιο που δεν θα συμπιεστεί από την ατμοσφαιρική πίεση. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν ο Merlin 1D, ο Raptor (στάνταρ έκδοση), η BE-4, και η RD-180.

Το ανώτερο στάδιο, αντίθετα, λειτουργεί εξ ολοκλήρου στο κενό. Το ζητούμενο εκεί δεν είναι η ώθηση αλλά η αποδοτικότητα: πόση ταχύτητα παίρνει το ωφέλιμο φορτίο ανά κιλό καυσίμου που καίγεται. Οι μηχανές ανώτερου σταδίου έχουν πολύ μεγαλύτερα ακροφύσια για να εκμεταλλεύονται την έλλειψη πίεσης, και επιλέγουν συχνά υδρογόνο για την κορυφαία ειδική ώθηση. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν ο Merlin Vacuum, ο Raptor Vacuum, η BE-3U, και όλες οι παραλλαγές της RL10.

Ο πλήρης πίνακας σύγκρισης

Παρακάτω δίνεται μια συνολική εικόνα των βασικών μηχανών που πετούν σήμερα. Σε κάθε γραμμή θα βρείτε τον κατασκευαστή, το ζεύγος καυσίμων, τον κύκλο λειτουργίας, την ώθηση, την ειδική ώθηση στο κενό και τον πύραυλο στον οποίο υπηρετεί η κάθε μηχανή. Στην δευτερη στήλη υπάρχει σύνδεσμος προς τον αναλυτικό οδηγό για κάθε οικογένεια μηχανών, για όσους θέλουν να εμβαθύνουν σε μια συγκεκριμένη επιλογή.

Μηχανή	Αναλυτικός οδηγός	Καύσιμο	Κύκλος	Ώθηση (θ./κενό)	Isp κενού	Πύραυλος
Merlin 1D	Merlin	LOX/RP-1	Gas-generator	845 / 981 kN	311 s	Falcon 9, Falcon Heavy (1ο)
Merlin Vacuum	Merlin	LOX/RP-1	Gas-generator	μόνο κενό / 934 kN	348 s	Falcon 9 (2ο)
Raptor 3	Raptor	LOX/CH4	Full-flow staged combustion	2.750 kN	350 s	Starship νέα γενιά
Raptor Vacuum	Raptor	LOX/CH4	Full-flow staged combustion	μόνο κενό / 2.500 kN	380 s	Starship (2ο)
BE-4	Blue Origin	LOX/CH4	Oxygen-rich staged combustion	2.847 kN	340 s	New Glenn, Vulcan Centaur
BE-3U	Blue Origin	LOX/LH2	Open expander	μόνο κενό / 770 kN	445 s	New Glenn (2ο)
RD-180	RD	LOX/RP-1	Oxygen-rich staged combustion	3.830 / 4.150 kN	338 s	Atlas V (1ο)
RL10C-1-1A	RL	LOX/LH2	Closed expander	μόνο κενό / 106 kN	454 s	Vulcan Centaur V
RL10B-2	RL	LOX/LH2	Closed expander	μόνο κενό / 110 kN	465,5 s	SLS ICPS, πρώην Delta IV

Ακόμα και μια γρήγορη ματιά στον πίνακα αποκαλύπτει πόσο διασπασμένο είναι το τοπίο. Η ώθηση κυμαίνεται από 106 kN της RL10 μέχρι 4.150 kN της RD-180, σχεδόν δύο τάξεις μεγέθους διαφορά, και αυτό δεν είναι τυχαίο: είναι η διαφορά μεταξύ μιας μηχανής που πρέπει να σηκώσει τόνους από το έδαφος και μιας που το μόνο που χρειάζεται να κάνει είναι να σπρώξει ένα δορυφόρο σε γεωσύγχρονη τροχιά. Εξίσου εντυπωσιακή είναι η γεωγραφία των κύκλων καύσης. Τρεις αμερικανικές εταιρείες έχουν επιλέξει τέσσερις διαφορετικούς κύκλους: η SpaceX τρέχει gas-generator και full-flow staged combustion παράλληλα, η Blue Origin συνδυάζει oxygen-rich staged combustion και open expander, η ULA βασίζεται στο closed expander της RL10 και στον oxygen-rich της ρωσικής RD-180. Κάθε επιλογή κρύβει μια διαφορετική απάντηση στο ίδιο ερώτημα: τι μετράει περισσότερο, η απλότητα, η ώθηση, η αξιοπιστία ή η απόδοση;

Επαναχρησιμοποίηση: το χαρακτηριστικό που χωρίζει τις εποχές

Πέρα από καύσιμα και κύκλους, η μεγάλη αλλαγή στην εποχή μας είναι η επαναχρησιμοποίηση. Πριν από τη SpaceX, σχεδόν κάθε πυραυλομηχανή σχεδιαζόταν για μία και μοναδική χρήση. Η Saturn V, ο Atlas V με τη RD-180, ο Delta IV, όλοι κατέληγαν στο βυθό του ωκεανού μετά την εκτόξευση. Σήμερα, ο Merlin 1D έχει πετάξει σε ορισμένα πρώτα στάδια του Falcon 9 πάνω από είκοσι φορές, όπως αναλύουμε στο άρθρο για τον Falcon Heavy όπου η ίδια μηχανή πετάει σε 27 αντίτυπα ανά εκτόξευση.

Ο Raptor σχεδιάζεται για ακόμα πιο αρχιτεκτονική επαναχρησιμοποίηση, με στόχο εκατοντάδες πτήσεις ανά κινητήρα και ελάχιστη συντήρηση. Στα πιο πρόσφατα δοκιμαστικά πετάγματα του Starship, αυτή η φιλοσοφία τίθεται σε δοκιμασία σε κάθε αποστολή. Η BE-4 της Blue Origin, που αναλύουμε στο άρθρο για τις μηχανές της Blue Origin, σχεδιάζεται για τουλάχιστον 25 πτήσεις ανά κινητήρα στο New Glenn.

Από την άλλη πλευρά, η RD-180 και η RL10 παραμένουν εν αναλώσει: σχεδιάστηκαν σε εποχές που η επαναχρησιμοποίηση δεν ήταν στόχος, και η αξιοπιστία τους ανά ενιαία πτήση είναι το μεγάλο τους ατού. Η ιστορία αυτών των δύο κινητήρων είναι το αντικείμενο του άρθρου για τις μηχανές της ULA, όπου εξετάζεται και η μετάβαση που σηματοδοτεί ο νέος Vulcan Centaur.

Ποια μηχανή είναι η καλύτερη;

Η απάντηση εξαρτάται από το τι ακριβώς ζητάμε από μια πυραυλική μηχανή. Δεν υπάρχει μία «καλύτερη» λύση, γιατί κάθε κινητήρας έχει σχεδιαστεί για διαφορετικές ανάγκες και διαφορετικές προτεραιότητες.

Αν το ζητούμενο είναι η τεράστια ώθηση σε πρώτο στάδιο, η RD-180 παραμένει μία από τις ισχυρότερες μονοθαλάμιες μηχανές που έχουν πετάξει επιχειρησιακά. Αν όμως εξετάσουμε την ώθηση σε σχέση με το βάρος της ίδιας της μηχανής, ο Raptor 3 βρίσκεται στην κορυφή, με λόγο ώθησης προς βάρος που αγγίζει το 164 προς 1.

Στον τομέα της αποδοτικότητας, η RL10B-2 εξακολουθεί να αποτελεί σημείο αναφοράς. Με ειδική ώθηση 465,5 δευτερολέπτων, παραμένει μία από τις αποδοτικότερες χημικές πυραυλικές μηχανές που έχουν κατασκευαστεί ποτέ.

Όταν μιλάμε για αξιοπιστία και επιχειρησιακή εμπειρία, η οικογένεια RL10 ξεχωρίζει. Έχοντας υπηρετήσει για περισσότερες από έξι δεκαετίες και με εκατοντάδες κατασκευασμένες μονάδες, θεωρείται μία από τις πιο επιτυχημένες και αξιόπιστες μηχανές στην ιστορία της διαστημικής τεχνολογίας.

Από πλευράς τεχνολογικής φιλοδοξίας, ο Raptor κατέχει σήμερα τα πρωτεία. Είναι η πρώτη μηχανή που εφαρμόζει επιχειρησιακά τον εξαιρετικά σύνθετο κύκλο Full-Flow Staged Combustion, μια τεχνολογία που για δεκαετίες θεωρούνταν θεωρητικά εφικτή αλλά εξαιρετικά δύσκολη στην πράξη.

Αντίθετα, η RL10 αντιπροσωπεύει μια διαφορετική φιλοσοφία: απλότητα, κομψότητα και αξιοπιστία. Ο κύκλος λειτουργίας Expander που χρησιμοποιεί αποδείχθηκε τόσο επιτυχημένος ώστε παραμένει ενεργός σχεδόν επτά δεκαετίες μετά την πρώτη του εφαρμογή.

Τελικά, οι διαστημικές εταιρείες δεν αναζητούν την «καλύτερη» μηχανή, αλλά εκείνη που εξυπηρετεί καλύτερα τους στόχους τους. Η SpaceX επέλεξε το μεθάνιο και τον Full-Flow Staged Combustion επειδή στοχεύει σε πλήρη επαναχρησιμοποίηση και μελλοντικές αποστολές στον Άρη. Η Blue Origin προτίμησε μια πιο συντηρητική αλλά αξιόπιστη προσέγγιση με τον κύκλο Oxygen-Rich Staged Combustion της BE-4. Η ULA, από την άλλη, βασίστηκε για χρόνια σε μια δοκιμασμένη και αποδεδειγμένη λύση, την RD-180, μέχρι που οι γεωπολιτικές εξελίξεις κατέστησαν αναγκαία την αναζήτηση εναλλακτικής.

Ίσως λοιπόν η σωστή ερώτηση δεν είναι «ποια είναι η καλύτερη μηχανή», αλλά «ποια είναι η καταλληλότερη για την αποστολή που έχει να εκτελέσει».

Το μέλλον είναι ήδη εδώ

Αν συγκρίνει κανείς τις πυραυλικές μηχανές που πετούν σήμερα με εκείνες των αρχών του αιώνα, η πρόοδος είναι εντυπωσιακή. Το 2006, οι περισσότερες αμερικανικές εκτοξεύσεις βασίζονταν στους κινητήρες του Space Shuttle, στον RS-68 και στη ρωσική RD-180. Το υγρό υδρογόνο και η κηροζίνη κυριαρχούσαν, ενώ το μεθάνιο δεν είχε ακόμη εμφανιστεί σε κανέναν επιχειρησιακό πυραυλικό κινητήρα. Η επαναχρησιμοποίηση παρέμενε περισσότερο όραμα παρά πραγματικότητα.

Είκοσι χρόνια αργότερα, το τοπίο έχει αλλάξει ριζικά. Το μεθάνιο εξελίχθηκε στο καύσιμο επιλογής για τη νέα γενιά κινητήρων, χάρη στην υψηλή απόδοση και την καταλληλότητά του για επαναλαμβανόμενες πτήσεις. Η επαναχρησιμοποίηση δεν θεωρείται πλέον πειραματική ιδέα, αλλά βασική προϋπόθεση για τη μείωση του κόστους πρόσβασης στο διάστημα.

Παράλληλα, τεχνολογίες που κάποτε θεωρούνταν πρωτοποριακές έχουν γίνει καθημερινότητα. Η τρισδιάστατη εκτύπωση εξαρτημάτων επιτρέπει ταχύτερη και φθηνότερη κατασκευή πολύπλοκων κινητήρων. Ο κύκλος Oxygen-Rich Staged Combustion, που για δεκαετίες αποτελούσε κυρίως ρωσική τεχνογνωσία, επέστρεψε δυναμικά με την BE-4 της Blue Origin. Και ο Full-Flow Staged Combustion, μια ιδέα που παρέμενε για μισό αιώνα στα σχέδια και στα εργαστήρια, έγινε πραγματικότητα με τον Raptor της SpaceX.

Πίσω από αυτές τις εξελίξεις δεν κρύβονται απλώς νέες μηχανές. Κρύβεται μια ολόκληρη βιομηχανία που μετασχηματίζεται με ρυθμό που σπάνια έχει παρατηρηθεί στην ιστορία της αεροδιαστημικής. Πύραυλοι αποσύρονται, νέοι εμφανίζονται, τεχνολογίες ωριμάζουν και παλαιές βεβαιότητες ανατρέπονται.

Οι πυραυλικές μηχανές δεν είναι απλώς συστήματα προώθησης από μέταλλο, αντλίες και σωληνώσεις. Είναι η τεχνολογία που καθορίζει πόσο συχνά, πόσο μακριά και με ποιο κόστος μπορεί να ταξιδέψει η ανθρωπότητα πέρα από τη Γη. Και σήμερα βρισκόμαστε ίσως στην αρχή της πιο σημαντικής περιόδου εξέλιξής τους από την εποχή του Apollo.

🔥

Το άρθρο δημιουργήθηκε με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης και βασίστηκε σε αξιόπιστες επιστημονικές πηγές. Η τελική επιμέλεια και ο έλεγχος έγιναν από την ομάδα του Infinite Odyssey πριν τη δημοσίευση. Για περισσότερες διαστημικές ειδήσεις στα ελληνικά, μείνετε συντονισμένοι.

Συχνές ερωτήσεις για τις μηχανές πυραύλων

Ποια είναι η πιο ισχυρή πυραυλομηχανή στον κόσμο σήμερα;

Η πιο ισχυρή ενεργή μονή πυραυλομηχανή ανά μονάδα είναι σήμερα η ρωσική RD-180 με 3.830 kN ώθησης στο επίπεδο της θάλασσας, που τροφοδοτεί τις τελευταίες αποστολές του Atlas V. Από τις αμερικανικές μηχανές, η BE-4 της Blue Origin είναι η ισχυρότερη με 2.847 kN, ακολουθούμενη πολύ κοντά από τον Raptor 3 της SpaceX με 2.750 kN. Αν συγκρίνουμε συνολική ώθηση εκτόξευσης, ο Super Heavy booster του Starship με 33 Raptor κατέχει σήμερα το παγκόσμιο ρεκόρ με κοντά 90 MN συνολικής ώθησης, σχεδόν τρεις φορές περισσότερη από αυτή του Saturn V.

Γιατί τόσοι πύραυλοι στρέφονται στο μεθάνιο;

Το μεθάνιο έχει επικρατήσει στις νέες πυραυλομηχανές γιατί συνδυάζει τρία βασικά πλεονεκτήματα έναντι της κηροζίνης. Καίει σαφώς πιο καθαρά, χωρίς εναποθέσεις άνθρακα που δυσκολεύουν την επαναχρησιμοποίηση. Δίνει υψηλότερη ειδική ώθηση, γύρω στα 340-380 δευτερόλεπτα έναντι 311-348 της κηροζίνης. Και μπορεί θεωρητικά να παραχθεί σε άλλους πλανήτες με την αντίδραση Sabatier, ένα κρίσιμο σημείο για μελλοντικές αποστολές στον Άρη. Οι κύριες μηχανές μεθανίου σήμερα είναι ο Raptor της SpaceX και η BE-4 της Blue Origin, και οι δύο μετά το 2023 σε επιχειρησιακή πτήση.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ gas-generator και staged combustion;

Η διαφορά μεταξύ gas-generator και staged combustion έγκειται στο τι γίνεται με τα καυσαέρια της προθάλαμης που κινεί τις αντλίες της μηχανής. Στον κύκλο gas-generator, αυτά τα καυσαέρια απορρίπτονται έξω από τη μηχανή μετά την περιστροφή της τουρμπίνας, χάνοντας ενέργεια. Στον κύκλο staged combustion, τα ίδια καυσαέρια επανεισέρχονται στον κύριο θάλαμο καύσης και ολοκληρώνουν την καύση τους εκεί, διατηρώντας την ενέργεια. Ο staged combustion είναι αρκετά πιο αποδοτικός αλλά μηχανικά πολυπλοκότερος, και απαιτεί υλικά που αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και πιέσεις.

Γιατί τα ανώτερα στάδια συχνά χρησιμοποιούν υδρογόνο;

Τα ανώτερα στάδια συχνά χρησιμοποιούν υδρογόνο γιατί προσφέρει την υψηλότερη ειδική ώθηση που γνωρίζουμε για χημικό κινητήρα, περίπου 445-465 δευτερόλεπτα έναντι 350 του μεθανίου και 348 της κηροζίνης. Στο διαστημικό περιβάλλον όπου η αποδοτικότητα ανά γραμμάριο καυσίμου είναι πιο κρίσιμη από την ώμη ώθηση, αυτή η διαφορά μεταφράζεται σε σαφώς μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο σε υψηλή τροχιά. Το βασικό μειονέκτημα του υδρογόνου, η εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα που απαιτεί τεράστιες δεξαμενές, είναι αποδεκτό στο ανώτερο στάδιο επειδή το μέγεθος των δεξαμενών έχει μικρότερη σημασία από ό,τι στο πρώτο στάδιο.

Ποιες πυραυλομηχανές είναι επαναχρησιμοποιήσιμες σήμερα;

Σήμερα δύο οικογένειες πυραυλομηχανών πετούν επαναχρησιμοποιήσιμα σε επιχειρησιακή κλίμακα. Ο Merlin 1D της SpaceX, στο πρώτο στάδιο του Falcon 9, έχει πετάξει επανειλημμένα σε ορισμένα booster πάνω από είκοσι φορές το καθένα. Ο Raptor της SpaceX, στο σύστημα Starship και Super Heavy, σχεδιάζεται για εκατοντάδες πτήσεις ανά κινητήρα με ελάχιστη συντήρηση. Η BE-4 της Blue Origin, στο New Glenn, σχεδιάζεται για τουλάχιστον 25 πτήσεις ανά κινητήρα και ολοκλήρωσε την πρώτη επιτυχημένη ανάκτηση πρώτου σταδίου τον Νοέμβριο του 2025. Η RD-180 και οι παραλλαγές της RL10 παραμένουν μη επαναχρησιμοποιήσιμες, σχεδιασμένες για μία αλλά πολύ αξιόπιστη πτήση η καθεμία.