A holdrakéták történetében kevés hajtómű vált annyira legendássá, mint a Saturn V első fokozatát meghajtó F–1, illetve a mai Space Launch Systemet (SLS) emelő RS–25. Bár mindkettőt a NASA emberes Hold-programjaihoz fejlesztették, a két hajtómű szinte két külön korszak mérnöki gondolkodását képviseli. Az egyik brutális erejével, a másik elképesztő hatékonyságával írta be magát az űrkutatás történetébe.
Az F–1: a valaha repült egyik legerősebb rakétahajtómű
Az Apollo-korszak Saturn V rakétájának alján öt darab F–1 hajtómű dolgozott. Egyetlen ilyen hajtómű körülbelül 6,7 millió newton tolóerőt termelt tengerszinten. Ez akkora erő, mintha több mint 700 tonnát emelne meg egyszerre. (ez 117 afrikai him elefánt súlya! Nőstényben számolva 260!)
Az F–1 hajtóanyaga RP–1 kerozin és folyékony oxigén volt. A hajtómű másodpercenként körülbelül 2,7 tonna hajtóanyagot égetett el, miközben hatalmas lángcsóvát és döbbenetes akusztikus energiát hozott létre. Az indítás során a Saturn V teljes tolóereje meghaladta a 34 millió newtont (ez el tudna tolni a földön 86000 tonna súlyú acélszerkezetet, pl a világ legnagyobb tengeri hajóiból jó néhány darabot).
Az F–1 úgynevezett gázgenerátoros ciklust használt. Ez egyszerűbb és robusztusabb megoldás volt, de kevésbé hatékony, mint a modern rendszerek. A mérnökök számára az elsődleges cél az volt, hogy egy óriási rakétát megbízhatóan el tudjanak juttatni a világűrbe – gyorsan, az Apollo-program szoros határideje mellett.
A hajtómű mérete önmagában lenyűgöző volt: közel 5,8 méter magas és majdnem 3,7 méter széles. Egyetlen turbószivattyúja több tízezer lóerős teljesítményt adott le.
Az RS–25: az űrsikló öröksége
A mai SLS rakéta egészen más filozófiát követ. Az RS–25 hajtóművek eredetileg a Space Shuttle számára készültek, és a valaha épített egyik legfejlettebb folyékony hajtóanyagú rakétahajtóműnek számítanak.
Az RS–25 folyékony hidrogént és folyékony oxigént használ. A hidrogén sokkal könnyebb, mint a kerozin, viszont kilogrammonként több energiát képes felszabadítani. Emiatt az RS–25 jóval hatékonyabb, mint az F–1, még akkor is, ha kisebb tolóerőt termel.
Egy RS–25 körülbelül 1,86 millió newton tolóerőt ad le tengerszinten, vagyis nagyjából harmadannyit, mint egy F–1. Az SLS azonban négy ilyen hajtóművet használ, amelyeket két óriási szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta egészít ki.
Az RS–25 egyik legnagyobb különlegessége a rendkívül összetett fokozatos égési ciklus. Ez sokkal nagyobb hatékonyságot biztosít, de mérnökileg jóval bonyolultabb rendszer. A hajtómű belsejében a nyomás olyan magas, hogy bizonyos pontokon meghaladja a 200 bart.
A hajtómű újrafelhasználhatóságra készült: az űrsikló-program alatt ugyanazokat a motorokat többször is használták. Ez teljesen más megközelítés volt, mint az egyszer használatos Apollo-korszak.
Brutális erő kontra mérnöki finomság
Az F–1 és az RS–25 közötti különbség talán legjobban az autók világához hasonlítható. Az F–1 olyan, mint egy hatalmas amerikai izomautó: óriási motor, elképesztő nyers erő, egyszerűbb technológia. Az RS–25 inkább egy rendkívül kifinomult Formula–1-es erőforrás: kisebb, bonyolultabb és sokkal hatékonyabb.
Az F–1 hajtóműveket úgy tervezték, hogy rövid ideig hatalmas teljesítményt adjanak le. Az RS–25 viszont extrém precizitással szabályozható, nagyobb mértékben gyorsítható, és sokkal jobb fajlagos impulzussal rendelkezik.
A fajlagos impulzus – vagyis hogy egy hajtómű milyen hatékonyan használja fel az üzemanyagát – az RS–25 esetében vákuumban körülbelül 452 másodperc, míg az F–1 esetében nagyjából 304 másodperc volt. Ez óriási különbség.
Miért nem építettek egyszerűen új F–1 hajtóműveket?
Sokan felteszik a kérdést: ha az F–1 ennyire erős volt, miért nem használja ma is a NASA?
A válasz részben a technológiai fejlődésben rejlik. A modern űrrepülésben a hatékonyság, az újrafelhasználhatóság és a pontos szabályozhatóság sokkal fontosabb lett. A hidrogénhajtású RS–25 jóval kevesebb üzemanyaggal képes ugyanakkora sebességet biztosítani az űrhajónak.
Emellett az F–1 gyártási infrastruktúrája már az 1970-es években megszűnt. Számos speciális gyártási technológia, szerszám és beszállítói lánc eltűnt az Apollo-program lezárása után. Egy új F–1 gyakorlatilag teljes újratervezést igényelne. De az F–1 öröksége ma is él. A modern nagy teljesítményű hajtóművek – köztük a SpaceX Raptorjai vagy a Blue Origin BE–4 motorjai – sok tapasztalatot örököltek abból a korszakból, amikor a mérnökök először próbáltak embereket eljuttatni a Holdra.
