Почему водород приходится охлаждать
При обычной температуре водород — газ, а газ занимает слишком большой объём, чтобы удобно хранить его в ракете. Охлаждение превращает его в жидкость, но делает топливо крайне требовательным к конструкции: бак должен сохранять холод, а его стенки и соединения — выдерживать перепады температуры и давления.
Даже хорошая теплоизоляция не может полностью остановить приток тепла извне. Поэтому часть водорода постепенно испаряется. В баке нужно контролировать давление: скопившийся газ нельзя просто игнорировать, и в некоторых режимах его стравливают. Для ракеты это означает не только сложные баки, но и необходимость заранее учитывать потери топлива.
Выигрыш в двигателе — цена в размерах
У жидкого водорода есть важное достоинство: при сгорании с кислородом он позволяет получить высокую эффективность двигателя. Но жидкий водород очень лёгкий и малоплотный. Чтобы взять достаточную массу топлива, нужен большой объём — поэтому водородный бак часто получается заметно крупнее баков для более плотного горючего. Большой бак увеличивает размеры ракеты и влияет на её форму и компоновку.
Топливо должно пройти путь от холодного бака к двигателю, не успев превратиться в газ там, где насосам и трубопроводам нужна жидкость. В некоторых двигателях водород сначала пропускают через каналы вокруг горячих частей камеры сгорания: он охлаждает их, а затем поступает в камеру. Так одно и то же топливо помогает защитить двигатель и обеспечивает его работу.
В итоге выбор водорода — это обмен: более эффективное сгорание требует огромных хорошо изолированных баков и строгого контроля испарения. Поэтому размеры ракеты определяет не только тяга двигателя, но и пространство, необходимое для хранения топлива в жидком виде.
