Подниматься вверх тяжело. Это требует огромных затрат энергии. Те, кто любит пешие прогулки, велосипед или бег, знают: подъемы — проклятие нашего существования. Холмы высасывают силы и скорость, требуя от нас гораздо больше усилий, чем хотелось бы отдавать.
Ракеты — это вертикальный подъем в его абсолютном выражении. Они идут вверх, и идут быстро. Им нужна колоссальная грубая мощность, и нужна немедленно. И вот что любопытно: современная эра многоразового ракетостроения вернулась к тому же базовому топливу, которое использует человеческое тело — к углеводородам. Конечно, гигантские ракеты SpaceX и Blue Origin работают не на сахаре, углеводах и жирах, а на простейшем углеводороде — метане: один атом углерода в окружении четырех атомов водорода, CH₄.
Как физикохимик, я исследую, как молекулы производят и поглощают энергию. Я видел, как разные химические вещества обладают разными преимуществами и недостатками для множества энергетических применений. Сопоставление этих плюсов и минусов напоминает футбольные комбинации: все они служат одной цели — продвинуть мяч по полю, но делают это совершенно разными способами. Ни один не идеален, и некоторые выглядят гораздо зрелищнее других.
Топливо другого типа
Использование метана в качестве компонента ракетного топлива отличается от того, что применялось во время «Аполлона», в более ранних пилотируемых космических аппаратах и даже в главных двигателях «Спейс шаттла». Во всех тех случаях основным горючим служил газообразный водород.
В самых простых терминах: водород в форме H₂ реагирует с кислородом — тем самым O₂, которым мы дышим, — образуя воду и огромное количество энергии. Водород сам по себе легок, и эта реакция невероятно эффективна. Соотношение мощности к весу у такого топлива астрономическое, и оно замечательно быстро уносит массу прочь от поверхности планеты.
Однако H₂ — не панацея, и недостатков у него, пожалуй, больше, чем достоинств. Молекулы водорода настолько малы, что способны буквально просачиваться сквозь стенки большинства топливных баков. Чтобы предотвратить это, нужны специальные материалы — дорогие материалы. Для борьбы с этой проблемой водород сжижают, но для этого его необходимо охладить до температур, от которых замерзли бы перья пингвина: минус 400 градусов по Фаренгейту (минус 250 по Цельсию). И это опять же дорого. Кроме того, заполнение баков жидким водородом занимает уйму времени. Делать это надо медленно, чтобы сжиженная жидкость не забивала и не портила топливные магистрали — и это тоже дорого.
Чтобы обойти эти проблемы, SpaceX и Blue Origin сделали выбор в пользу метана вместо жидкого водорода для своих ракет Starship и New Glenn. Метана обычно тоже сжижают, и для этого он должен быть холодным, но охлаждение до минус 260°F (минус 162°C) обходится значительно дешевле, чем до минус 400°F, необходимых для H₂. Молекулы метана к тому же гораздо крупнее водородных — расстояние между их наиболее удаленными точками более чем вдвое больше. Поэтому метан не просачивается сквозь баки и топливопроводы так, как H₂. В итоге метан можно перевозить и закачивать в баки гораздо проще и быстрее. А поскольку метан меньше склонен к утечкам и лучше хранится, саму ракету можно реально использовать повторно, что делает весь процесс запуска дешевле в целом.
Метан: для ракет, но не только для ракет
Итак, метан дешевле, удобнее и позволяет многоразовость. Но безопаснее ли он жидкого водорода?
28 мая 2026 года специалисты Blue Origin наглядно выяснили, насколько взрывоопасным может быть метан. Причина пока не названа, но так или иначе метан в баках воспламенился, что привело к эпическому взрыву, который видели за десятки миль от стартовой площадки. Да, ракета на метане способна забросить астронавтов в небо способом, который кажется магией, — но если что-то пойдет не так, метан все равно оглушительно бабахает.
Реакция углеводородов — это, по сути, тот же самый тип взрыва, который движет автомобилями. Разница в том, что взрыв в цилиндре автомобильного двигателя толкает поршень. В машинах взрыв октана — углеводорода, который в восемь раз крупнее метана, — направлен с определенной целью, создавая то, что физикохимики называют работой. Тепло — это, по сути, та же работа, только распространяющаяся в случайных направлениях и не выполняющая никакой полезной задачи. Удар по футбольному мячу, посылающий его точно в ворота, — это работа, а промах мимо мяча — тепло. Точно так же метан в ракете, выходя через сопло направленно, совершает работу, отправляя аппарат в небо. Если же реакция идет неконтролируемо, углеводород выделяет тепло в виде взрыва, который отбрасывает на годы назад планы Джеффа Безоса.
Такого рода аварии в ракетостроении относительно обычны — у SpaceX тоже была своя доля взрывов. Синхронизировать все компоненты до совершенства невероятно сложно, но десятилетия успешных космических полетов говорят о том, что проблема преодолима.
Космический корабль и ваш организм: неожиданное родство
Реакция углеводородов с кислородом в автомобильных двигателях и даже в ракетах — это, по большому счету, та же химия, которую осуществляет человеческое тело в процессе метаболизма. Некоторые углеводороды — например, сахар или углеводы, но не ракетный метан и не автомобильный октан — реагируют с кислородом, который вы вдыхаете, производя углекислый газ и воду. Ваш организм просто проводит эту реакцию медленно и в каждой клетке, повсеместно, согревая вас изнутри.
Ракета же приводится в движение реакцией между метаном и кислородом в одной точке — в сопле. Энергия сконцентрирована и направлена в едином порыве, чтобы швырнуть корабль в космос. Если, конечно, она не вырывается на свободу неконтролируемым огненным шаром. В этом и заключается драма современной космонавтики: простейшая молекула с одним атомом углерода способна либо вознести человечество к звездам, либо в одну секунду превратить многолетний труд в груду обломков.
Ваш комментарий