Первая ракета на пропане

05.09 в 23:12 по МСК ракета Spectrum немецкой Isar Aerospace стартовала с Андёйи и вывела на орбиту пять кубсатов - первый европейский частник, добравшийся до орбиты, и, как пишут западные издания, первый орбитальный пуск с континентальной Европы. Прошлый полёт в марте 2025 закончился падением носителя рядом со стартом меньше чем через минуту

Про пуск написали все, а про топливо - никто. А ведь заправлена ракета жидким кислородом и пропаном, переохлаждённым почти до температуры жидкого кислорода. В полёте такого топлива до Спектрума еще не было.
Британская Orbex делала ракету Prime на биопропане, с интересной коаксиальной схемой баков - но до старта компания не дожила - умерла в феврале 2026

Пропан в ракетной технике встречался и раньше, но не как горючее. На ракете Авангард, что взорвалась в прямом эфире прям на старте в декабре 1957 с первым американским спутником, сжиженный пропан работал рабочим телом сопел крена второй ступени - почти 6 килограмм грели, чтобы держать давление паров около 16 бар

Как горючее пропан гоняли на стендах - центр Льюиса NASA в 60-х с кислородом и фтором, в России в 90-х на опытных двигателях. Да и я в октябре 2024 испытал свой ЖРД на 10 кгс как раз на жидком пропане и 60% пероксиде водорода

Теперь почему именно пропан. Кислород кипит при 90К, пропан замерзает при 85.5К - запас >4 градусов, можно лить в один температурный контур с окислителем. Но главный плюс даже не в этом, а в наземке - пропан жидкий и при комнатной температуре, надо только держать ~8 бар, то есть обычная цистерна без изоляции. Он никуда не испаряется, а перед заправкой его прогоняют через теплообменник с жидким азотом и заливают уже холодным
С метаном и СПГ так не выйдет. Хранилища СПГ проектируют под 0.05% испарения в сутки, автоцистерны до 0.25% - и это либо в факел, либо реконденсировать. Хуже другое: СПГ не чистый метан, а смесь углеводородов, метан выкипает быстрее остальных, и состав уезжает, даже в баке ракеты. Пуск ракеты Terran 1 в 2023 из-за этого ждали по трое суток между попытками - слитый СПГ обратно не зальёшь, брали свежий и ждали, пока смесь устоится. Пропан однокомпонентный, уезжать нечему

Платят за это холодом на заправке - охладить килограмм пропана с +20 до 90К стоит 437 кДж, около килограмма жидкого азота на килограмм горючего. Но азот самый дешёвый криоген на площадке, и платишь за него один раз перед пуском, а не всё время хранения. Isar переносили пуск с января по сентябрь - прикиньте, сколько СПГ ушло бы в факел, это явно не по зелёной повестке Евросоюза

Плотность пропана от охлаждения растёт неплохо - при +20 в обычных красных баллонах это около 500 кг/м3, а при -183 уже 729, что чуть-чуть недотягивает до керосиновых 810

По эффективности пропана как ракетного горючего. Считал в своём расчётном ПО для ракетных двигателей, 10 МПа в КС и 0.8 бар на срезе сопла. Пропан даёт удельный импульс на 6 секунд больше керосина, около +1.8%. Переохлаждение съедает из них секунду, холодный пропан несёт меньше энтальпии - на фоне 46% роста плотности ни о чём

Isar пишут на сайте, что их пара даёт наивысший плотностной импульс среди углеродных топлив. По моим расчётам не даёт, только догоняет керосин. Зато баки выходят того же размера, что на керосине, при импульсе выше

Про выхлоп, раз уж пропан продают как чистое топливо. В сравнении с керосином - CO2 на 10% меньше, угарного газа на 14%, водяного пара на 21% больше, по полному углероду разница 12%. При этом еще и сажи меньше, чем у керосина - что большой плюс для различных завесных защит в КС и т.д.

Итого чистота на 12%, а вот цистерна под давлением вместо криохранилища - уже серьёзно, и, ИМХО, она, а не экология, и есть настоящая причина выбора. Правда, при 90К пропан "густеет" в 38 раз, до 7.5 мПа·с - насосам и форсункам с этим жить - больше потери давлений и так далее

P.s. а больше всего понравилось про первый орбитальный пуск с континентальной Европы. Только не говорите европейцам, что Плесецк и Капустин Яр, вот беда - в европейской части - и оттуда летают с 60-х. Да и Андёйя - вообще-то остров