¿Cuánto más rentables son los SRB sobre el motor principal?

El hidrógeno líquido es un combustible de primera etapa pobre. Las primeras etapas funcionan con el vehículo lleno de propulsor y elevándose directamente contra la gravedad, y necesitan empuje más que impulso específico. Eso significa una alta tasa de flujo másico, y la menor densidad del hidrógeno líquido hace que sea más difícil bombear suficiente a través del motor. Los cohetes sólidos son del extremo del espectro de alto empuje/bajo impulso específico, y sirven para hacer que el cohete se mueva cuando es demasiado pesado para que los motores de hidrógeno hagan el trabajo. Un par de cohetes también usan números variables de SRB para permitir una funcionalidad de "marcar un cohete", agregando más de ellos para soportar cargas útiles más pesadas u órbitas más altas.

Ha habido muchos cohetes de combustible líquido que no utilizan primeras etapas de hidrolox ni propulsores sólidos, sino que utilizan queroseno (Soyuz, Falcon 9/Heavy, Electron) o propulsores hipergólicos (Proton, varios cohetes Long March). En lugar de agregar propulsores, simplemente construyen el cohete lo suficientemente grande como para manejar las cargas útiles más grandes en el mercado objetivo y, a veces, agregan etapas superiores adicionales. En general, esto ha tenido más éxito comercial: los cohetes rusos han realizado un par de miles de lanzamientos a lo largo de los años con costos de lanzamiento relativamente bajos, y el Falcon 9 de SpaceX recientemente pudo socavarlos. En el caso de los cohetes Falcon, el propulsor regresa para su reutilización y su costo se reparte entre múltiples lanzamientos, por lo que no importa tanto que sea demasiado grande para muchas cargas útiles. Starship de SpaceX es llevar esto más lejos,

Para algunos números: cada SRB agregado a un Atlas V agrega alrededor de $ 7 millones a su precio. El GEM-63XL que se usará en Vulcan hace cambios para mejorar su economía, pero también es más grande, por lo que probablemente sea una estimación decente de su costo y coincida bastante bien con el rango de precios esperado. A modo de comparación, se estima que la construcción de la primera etapa del Falcon 9 costará alrededor de $ 20-30 millones, pero se espera que realice al menos 10 vuelos, y SpaceX recientemente contrató un vuelo (el IXPE) por solo $ 42 millones.

Una razón importante para el uso continuado de SRB es la política. Las tecnologías SRB se comparten con los misiles balísticos intercontinentales y los fabricantes de los mismos tienen una influencia política sustancial. Por ejemplo, mire los eventos que rodearon cómo los Shuttle SRB terminaron fabricándose en Utah (lo que finalmente resultó en el desastre del Challenger), o las peleas en torno al diseño de Ariane 6, que originalmente iba a tener una primera y una segunda etapa que consistían completamente en sólidos.

Los SRB tienden a usarse para uno de dos tipos de propósitos:

1. El núcleo del cohete es el mismo, pero a veces necesita un poco más de rendimiento (Atlas, Vulcan)
2. El núcleo del cohete es hidrógeno y no tiene suficiente empuje para despegar.

Para el primero, es preferible un cohete sólido, ya que los cohetes deben ser baratos y pequeños, y los cohetes sólidos son mucho más fáciles y no requieren un motor de cohete costoso. Los cohetes sólidos se pueden hacer de cualquier tamaño, mientras que los motores líquidos son mucho más difíciles de hacer pequeños. El pequeño tamaño los hace más configurables.

El transbordador espacial no fue capaz de levantarse del suelo sin los cohetes sólidos. El hidrógeno permitió un vehículo extremadamente eficiente, pero no tan alto como realmente se requiere para funcionar. Los cohetes sólidos brindan una buena ayuda con eso, ya que tienen un mayor empuje pero una menor eficiencia.

¿Por qué el motor principal del transbordador espacial usó hidrógeno? Bueno, los motores se reutilizaron con frecuencia en el programa. El uso de hidrógeno evita que el hollín entre en lugares difíciles, lo que facilita el mantenimiento de los motores. El hollín es una preocupación importante hoy en día para los motores RP1 reutilizados, SpaceX debe vigilar los niveles de hollín y reemplazar periódicamente los componentes cuando los niveles son demasiado altos. SLS está utilizando hidrógeno debido al deseo de imitar el transbordador espacial.