Questa è una domanda piuttosto interessante in retrospettiva ora.

Quando è stato chiesto nel 2013, la riutilizzabilità del booster era solo un barlume negli occhi di SpaceX. Il primo tentativo del Falcon 9 di far atterrare un booster non è stato fino al 2015. Ma chiaramente il prezzo di SpaceX era già un problema per l'ESA, il Falcon 9 è più o meno equivalente all'Ariane 5 in capacità di lancio, ma ha sempre avuto un prezzo di circa 1/3 un prezzo Ariane 5. Quindi una domanda è: come ha fatto SpaceX ad avere un così enorme vantaggio in termini di costi prima ancora di padroneggiare la riutilizzabilità?

Una ragione importante per il vantaggio di costo di SpaceX erano i motori a razzo a propellente liquido. SpaceX ha progettato il Falcon 9 con nove motori Merlin identici e una variante minore, il secondo stadio a vuoto Merlin. Hanno lanciato ventidue razzi Falcon 9 dal 2014 al 2016 senza riutilizzarne nessuno. Ciò richiedeva la costruzione di oltre 70 motori Merlin all'anno. Essenzialmente hanno trasformato quello che prima era un processo costruito a mano in una catena di montaggio con tutti i vantaggi che ne derivano. Maggiore produttività di assemblaggio, parti standardizzate possono essere acquistate / costruite a un costo inferiore rispetto a parti personalizzate, un processo irreggimentato che produce prodotti uniformi e la capacità di migliorare il processo e il prodotto nel tempo.

Questo miglioramento è chiaramente avvenuto in il prodotto finale. Il primo motore Merlin (per il Falcon 1) ha prodotto solo 100.000 libbre di spinta, l'attuale versione (FT) genera 210.000 libbre.

I motori a razzo solido non hanno parti mobili, sono semplici da realizzare e difficili da migliorare . Anche se SpaceX avesse optato per nove razzi solidi per il suo primo stadio, ci sarebbero state molte meno opportunità di migliorarli o abbassarne i costi.

L'altra risposta ovvia che non è stata affrontata dagli altri intervistati è potenziare la riutilizzabilità. Non buttare via i tuoi booster ogni lancio è potenzialmente enorme, Elon Musk una volta ha affermato che i costi del carburante per un lancio di Falcon 9 erano solo $ 200.000, o circa il 3% del prezzo di lancio.

I booster a razzo solido non possono essere riutilizzati facilmente, se non del tutto. I propulsori a razzo solido dello Space Shuttle dovevano essere completamente rimessi a nuovo dopo ogni volo. Atterrarono in acqua salata a una buona velocità, che non era buona per il riutilizzo. In definitiva, il costo della ristrutturazione non era molto inferiore al costo dei nuovi booster.

L'ESA ha compreso sia le opportunità di riutilizzabilità che il volume di produzione. In effetti il ​​loro impegno per i motori a razzo di grandi dimensioni potrebbe essere costato loro la capacità di riutilizzare. Secondo wikipedia (usandolo come collegamento perché la fonte originale è in francese).

https://en.wikipedia.org/wiki/Ariane_6#cite_note-FSReusableLiquidMethaneStage-36

"Con-current con la ricerca sui booster fly-back Liquid tra la fine degli anni '90 e l'inizio degli anni 2000, il CNES insieme alla Russia ha concluso studi che indicano che il riutilizzo del primo stadio era economicamente impraticabile in quanto la produzione di dieci razzi all'anno era più economica e più fattibile del recupero, della ristrutturazione e della perdita di prestazioni causata dalla riutilizzabilità. [36] È stato suggerito che con una cadenza di lancio di Arianespace di 12 voli all'anno che un motore che potesse essere riutilizzato una dozzina di volte avrebbe prodotto una richiesta per un solo motore all'anno rendendo impraticabile il supporto di una catena di fornitura di produzione di motori in corso. "

L'uso di un solo motore per lancio significa che dodici lanci all'anno non sviluppano quasi lo stesso volume di produzione per migliorare i costi e le prestazioni del motore. L'uso di solidi booster a razzo come complemento significa che puoi solo riportare indietro il core booster, quindi la riutilizzabilità risparmierebbe solo una parte molto minore dei costi dello stack di lancio.

Penso che tu conosca già la risposta, non è proprio una questione tecnica, è (principalmente) politica. I tedeschi hanno esperienza con i motori a liquido (fanno le parti principali per il motore principale a liquido di Ariane 5) e gli italiani hanno esperienza con i combustibili solidi (fanno parte dei solidi booster per Ariane 5 e la maggior parte del Vega-rocket a propellente solido ). Ce ne sono altri coinvolti nei diversi motori, ma queste sono le basi. I francesi (anche se coinvolti anche nel motore principale liquido) hanno probabilmente una preferenza per il combustibile solido perché esiste una relazione diretta tra i booster solidi dell'Ariane 5 e i missili nucleari sottomarini francesi.

Rapido commenti sul tuo riepilogo:

• Uno stadio di razzo con motori liquidi può essere testato prima del lancio per assicurarsi che funzioni. Basta alimentarlo di nuovo e lanciarlo. SpaceX accende i motori sulla rampa di lancio per un paio di secondi come test finale un paio di giorni prima del lancio. Non è possibile farlo con i solidi ...

• Sì, i razzi solidi vibrano di più, ma questo non è davvero un problema a meno che tu non stia lanciando persone. Molti razzi per lo più a propellente solido che lanciano satelliti nel mondo. Il razzo NASA suggerito per il lancio di persone che utilizzavano un solido booster dalla navetta come primo stadio apparentemente aveva seri problemi con le vibrazioni.

• L'acido cloridrico e i composti di alluminio sono l'inquinamento da combustibile solido . Quindi, per motivi ambientali, forse si dovrebbe attenersi a ossigeno liquido + idrogeno liquido, solo vapore acqueo come scarico. E ci vogliono solo acqua ed elettricità per fare le cose.

Per finire. Il vero problema per Ariane 6 (e 5) è che nessuno di loro può competere con SpaceX. L'Europa dovrebbe davvero cercare di aggirare l'inefficienza politica nello stesso modo in cui la NASA sta cercando di fare, con una vera concorrenza di libero mercato.

Ok, ecco la ripartizione generale nel dibattito Solids vs Liquids, con un po 'di aiuto da Wikipedia, ESA e NASA:

Solidi : i razzi a combustibile solido devono essere fabbricati in un ambiente controllato. Se non costruiti correttamente, possono presentare impurità che provocano espansioni incontrollate (esplosioni). In generale sono più sicuri dei liquidi e non richiedono precauzioni speciali. I requisiti del pad sono più semplici. La maggior parte dei modellini di razzi sono combustibili solidi e, in effetti, tutto ciò di cui hanno veramente bisogno è una fonte di accensione, oltre alla verifica dell'attrezzatura. Non hanno la capacità di accelerare su richiesta, sebbene possano essere costruiti in modo tale da accelerare secondo una velocità predeterminata. Possono essere fermati in qualsiasi momento espellendo il nucleo solido. I requisiti del razzo attorno al motore sono piuttosto lenti e non ci sono parti mobili, a parte un ugello e le alette normalmente regolabili per l'uso atmosferico.

Liquidi La maggior parte dei razzi liquidi sono criogenici o tossici e richiedono che almeno alcuni componenti siano caricati sulla piattaforma del razzo. Sono regolabili su richiesta, consentono una maggiore flessibilità in caso di problemi e possono essere arrestati e riavviati. Di solito non è sicuro essere vicino a un razzo liquido alimentato, di solito richiede l'evacuazione del pad prima del rifornimento. Questo rifornimento richiede un lavoro extra negli ultimi minuti. I razzi liquidi sono generalmente più complessi, ma di solito offrono ISP migliori dei solidi.

Va ​​bene, quindi quando vuoi lanciare un razzo in orbita, perché ne vorresti uno contro l'altro?

Solido - Di solito leggermente più economico e più facile da usare, generalmente meno massiccio. Potrebbe consentire un più rapido riutilizzo del pad.

Liquido Più flessibile in caso di problemi, consente una più ampia gamma di missioni.

Usare razzi solidi per i primi stadi potrebbe migliorare le capacità, come ha dimostrato lo Space Shuttle, ma lo stadio superiore dovrebbe essere liquido o almeno Hyrbid, altrimenti non otterrai la precisione desiderata.

Vibrazioni I razzi alimentati a liquido bruciano a una velocità molto continua e quindi hanno relativamente poche vibrazioni. Leggere impurità nel combustibile solido possono far variare la velocità di combustione, provocando un livello più elevato di vibrazioni. In particolare, cercare di ottenere aggiustamenti di rotta di precisione con un razzo a propellente solido è molto difficile, poiché nel processo si verificano vibrazioni extra.

Tossicità La maggior parte dei gas di scarico dei razzi liquidi è acqua o prodotti chimici, con conseguente danno minimo dal loro scarico. I razzi a combustibile solido hanno scarichi leggermente più esotici, che causeranno più danni dell'acqua, ma sono comunque relativamente benigni. In conclusione qui, dipende dal tipo di carburante che usi, ci sono opzioni buone e cattive per l'ambiente tra ciascuna. I liquidi tendono ad essere più estremi nel buono / cattivo rispetto ai solidi, che tendono ad essere più costantemente a metà strada.