Múltiples cohetes, como el Atlas V o el Saturno V, han utilizado la combinación de una etapa inferior de queroseno/oxígeno líquido (kerolox) para una mayor densidad y empuje dentro de la atmósfera y una etapa superior de hidrógeno/oxígeno líquido (hidrolox) para una mejor eficiencia o impulso específico en el vacío.
SpaceX ha decidido evitar el uso de hidrógeno en su cohete Falcon 9, lo que se dice que es una "optimización de costos", ya que el hidrógeno líquido es muy frío y, por lo tanto, más costoso de manejar. El Falcon 9 utiliza el mismo combustible kerolox y, en su mayoría, el mismo motor en ambas etapas para aprovechar las características comunes y la producción en masa. Sin embargo, el impulso específico más bajo le da una desventaja si está enviando una sonda en una trayectoria interplanetaria, pero se dice que la reducción en los costos de sistemas, fabricación y operación vale la pena para la mayoría de los lanzamientos.
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El cohete Starship de SpaceX actualmente en desarrollo planea usar metano en todas las etapas, ya que puede almacenarse durante largos períodos de tiempo (el hidrógeno líquido puede evaporarse y filtrarse), puede fabricarse en Marte más fácilmente y es bueno para motores reutilizables, ya que produce menos depósitos de carbono (coquización) en comparación con kerolox y menos fragilización por hidrógeno en comparación con hydrolox.
Sin embargo, la mayoría de los otros proveedores de servicios de lanzamiento que ya han desarrollado motores hidrolox todavía planean usarlos, como Blue Origin. Si otra empresa o agencia espacial ya ha desarrollado motores hidrolox, ¿el cambio de hidrolox a metalox sería un paso atrás ya que se necesita desarrollar un nuevo motor (que tiene menos impulso específico en comparación con el hidrolox) o un paso adelante en términos de reducción costo total a largo plazo?
Esa es una pregunta compleja que depende de cuáles sean los objetivos de la empresa, entre muchas otras cosas. Si la intención es crear un cohete con el impulso específico más alto, entonces el hidrógeno es el camino a seguir. Aunque no está claro por qué eso en sí mismo sería el objetivo.
Los motores Hydrolox tienen una ventaja de rendimiento potencial en las etapas superiores. Sin embargo, los beneficios no son tan grandes como podría pensarse. El hidrógeno líquido no solo es problemático debido a las temperaturas de almacenamiento criogénico ultrabajas y la fragilidad; también tiene una densidad ultra baja, por lo que requiere un tanque muy grande para el almacenamiento, lo que aumenta la masa del tanque. Un problema que solo empeoró por la necesidad de usar una mezcla rica en combustible (como en todos los motores de cohetes). También es necesario aislar el mamparo común para evitar que el salmón ahumado se congele.
En última instancia, la mayoría de las empresas tienen como objetivo principal ganar dinero. Pero esto no es cierto para SpaceX, su misión es "hacer de la humanidad una especie de múltiples planetas". Por fantástico que suene, realmente es de lo que se trata SpaceX. Para SpaceX, el dinero es solo un medio de vital importancia para un fin, no como un fin en sí mismo.
Hacer de la humanidad una especie multiplanetaria requerirá un gran número de naves espaciales que transporten un gran tonelaje de carga y esto solo será remotamente factible si esos cohetes son asequibles. Y la única forma de hacerlo es hacerlos reutilizables y optimizar el costo. Es por eso que Starship usa motores de combustión de etapa de flujo completo que queman metano.
¿Sería un paso atrás para otras empresas cambiar de un motor Hydrolox que ya han desarrollado a un motor Metalox? Depende de los objetivos de la empresa, cuánto han gastado ya y cuánto más se necesitaría gastar. Pero en mi opinión en muchos casos no sería un paso atrás.
La búsqueda de la máxima capacidad de carga útil a toda costa ya no es el único camino a seguir y, en cierto modo, es un retroceso. La ventaja del impulso específico del hidrógeno y el empuje adicional impartido al permitir que las etapas enteras del cohete se estrellen contra el océano pueden anularse mediante el uso de una etapa de metalox más grande y el reabastecimiento orbital. Y más allá de cierto punto, se debe hacer la pregunta ¿por qué es necesario poner tanto en órbita como una masa monolítica?
Christopher James Huff
mikusingularidad
Roberto DiGiovanni
Christopher James Huff