Rakieta Falcon 9 jest napędzana naftą. Dlaczego przenosi zbiorniki helu?

Jednym z największych osiągnięć firmy SpaceX jest opracowanie nowej generacji silników rakietowych. Używane obecnie rakiety Falcon 9 są napędzane silnikami Merlin 1.

Merlin 1 to prawdziwy cud inżynierii, czego dowodem jest stosunek ciągu do masy. To wartość, która pokazuje, jaką wielokrotność własnego ciężaru jest w stanie unieść silnik rakietowy. Gdy wartość ta wynosi 1:1, silnik jest w stanie unieść sam siebie. Kiedy 10:1 - silnik uniesie 10 razy więcej niż sam waży.

Dla silników RS-25, wynoszących w kosmos amerykańskie wahadłowce, stosunek ciągu do masy wynosił 60:1. Doskonalsze, rosyjskie silniki RD-180, napędzające amerykańskie rakiety Atlas III i Atlas V, mają stosunek ciągu do masy 80:1. Relacja ciągu do masy silnika Merlin 1 to (w aktualnej wersji) 180:1. W uzyskaniu tak znakomitego wyniku pomaga m.in. hel. Jaka jest jego rola?

Merlin 1 jest napędzany za pomocą RP-1 (rodzaj nafty) i LOX (ciekły tlen, pełniący rolę utleniacza). Aby utrzymać stabilną, kontrolowaną pracę silnika, konieczne jest dostarczanie do jego komory spalania odpowiedniej ilości paliwa. Problem polega na tym, że wraz ze spadkiem ilości paliwa w zbiorniku, maleje ciśnienie, pod którym jest ono dostarczane do silnika.

W przypadku kosmicznych napędów tam, gdzie jest to możliwe, stosuje się rozwiązania najprostsze z możliwych - bez skomplikowanych mechanizmów, które mogłyby zawieść. Dlatego za utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w zbiornikach odpowiada obojętny, niepalny gaz.

W przypadku silnika Merlin 1 jest to właśnie hel, po podgrzaniu zwiększający objętość i tłoczony do zbiorników w miarę zużywania paliwa. Dlatego startująca rakieta - choć jest napędzana naftą i ciekłym tlenem - przenosi także zbiorniki z helem.

W przyszłości SpaceX zamierza zrezygnować z helu, który sprawia wiele problemów. Aby się ulotnił, wystarczy mikroskopijna nieszczelność całego układu.

Nowe silniki Raptor - jeszcze doskonalsze od merlinów - są napędzane ciekłym metanem i tlenem. W ich przypadku za utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w zbiornikach będzie odpowiadać nie hel, ale metan i tlen w formie gazu.

Poza zastosowaniem w napędzie, hel jest używany także w pierwszym stopniu rakiety Falcon 9, odzyskiwanym podczas efektownego, pionowego lądowania. Hel odpowiada w nim za rozłożenie podpór, stabilizujących rakietę po wylądowaniu.