RP-1 (Refined Petroleum-1) — це високоочищений гас, спеціально призначений для використання як рідке ракетне паливо. Він має кращі експлуатаційні властивості порівняно зі звичайним авіаційним гасом (наприклад, Jet-A), зокрема:
- менший вміст сірки та інших домішок;
- вища термічна стабільність;
- менше утворення нагару у двигунах.
Склад і властивості
- Основний склад: вуглеводні з 10–12 атомами вуглецю (наприклад, декан, ундекан);
- Щільність: приблизно 0,81 г/см³ при 15°C;
- Температура кипіння: у межах 150–275°C;
- Теплота згоряння: близько 43 МДж/кг.
Використання
RP-1 зазвичай використовується в парі з рідким киснем (LOX) у хімічних ракетних двигунах. Ця комбінація забезпечує:
- високу тягу;
- простоту зберігання порівняно з рідким воднем;
- дешевизну виробництва і транспортування.
Приклади ракет, що використовують пару RP-1/LOX:
- Falcon 9 (двигун Merlin 1D, SpaceX);
- Saturn V, перший ступінь (двигун F-1, NASA);
- Atlas (історичні, двигун MA-5, USAF / NASA);
- Electron (двигун Rutherford з електронасосами, Rocket Lab).
Переваги RP-1
- Висока щільність: дозволяє зменшити об’єм баків;
- Стабільність при зберіганні: не потребує кріогенних температур;
- Низька вартість: значно дешевше за рідкий водень;
- Простота інфраструктури: не потребує складної системи зберігання та транспортування.
Недоліки RP-1
- Нижчий питомий імпульс (ISP), ніж у LOX/LH₂;
- Схильність до утворення нагару: вимагає очищення двигунів;
- Більше викидів у порівнянні з рідким воднем.
Технічні характеристики комбінації RP-1 + LOX
- Тип палива: RP-1 (гас);
- Окисник: рідкий кисень (LOX);
- Тяга на рівні моря (Merlin 1D): приблизно 845 кН;
- Питомий імпульс: ~282 с (на землі), ~311 с (у вакуумі);
- Температура зберігання: близько 15–25°C;
- Температура займання: приблизно 220°C.
Порівняння ракетних палив: RP-1 vs Метан vs Водень
Основні параметри
| Параметр | RP-1 (гас) | Метан (CH₄) | Водень (LH₂) |
|---|---|---|---|
| Щільність палива | ~0,81 г/см³ | ~0,42 г/см³ | ~0,07 г/см³ |
| Питомий імпульс (ISP) | 282–311 с | 320–370 с | 380–465 с |
| Температура зберігання | ~15–25°C | ~–162°C | ~–253°C |
| Теплота згоряння | ~43 МДж/кг | ~55 МДж/кг | ~120 МДж/кг |
| Утворення нагару | Високе | Низьке | Відсутнє |
| Складність інфраструктури | Низька | Середня | Висока |
| Вартість палива | Дешева | Помірна | Дорога |
| Складність двигуна | Низька | Середня | Висока |
| Придатність для багаторазовості | Посередня | Висока | Висока |
RP-1 (гас)
Переваги:
- Доступне і дешеве паливо.
- Висока щільність, що дозволяє зменшити розміри баків.
- Простота зберігання — кімнатна температура, без необхідності охолодження.
Недоліки:
- Утворення нагару на двигунах.
- Нижчий питомий імпульс у порівнянні з метаном і воднем.
Рідкий метан (CH₄)
Переваги:
- Вищий ISP у порівнянні з RP-1.
- Чистіше згоряння, практично без утворення нагару.
- Потенційна можливість синтезу на Марсі (реакція Sabatier: CO₂ + H₂ → CH₄ + H₂O).
Недоліки:
- Потребує охолодження до –162°C.
- Менш щільний, ніж RP-1, що потребує більших баків.
Рідкий водень (LH₂)
Переваги:
- Найвищий питомий імпульс серед хімічних палив (до 465 с).
- Екологічно чистий: продукт згоряння — лише вода.
Недоліки:
- Дуже низька щільність → великі баки.
- Надзвичайно низька температура зберігання (~–253°C).
- Проблема «водневого охрупнення» — матеріали стають крихкими при контакті з воднем.
Приклади вибору палива сучасними компаніями
| Компанія | Паливо | Причина вибору |
|---|---|---|
| SpaceX (Falcon 9) | RP-1/LOX | Перевірене рішення, низька вартість, простота |
| SpaceX (Starship) | Метан/LOX | Багаторазовість, можливість синтезу на Марсі |
| NASA (SLS) | Водень/LOX | Максимальна ефективність для глибокого космосу |
| Blue Origin | Метан/LOX | Ставка на чистоту згоряння та повторне використання |
| ULA (Vulcan) | Метан/LOX | Перехід від RP-1 до сучаснішої системи |