Raptor ("Raptor") | |
---|---|
LRE "Raptor" v závodě v Hawthorne. | |
Typ | LRE |
Pohonné hmoty | zkapalněný zemní plyn [1] |
Oxidátor | kapalný kyslík [1] |
Země | USA |
Používání | |
aplikace | Hvězdná loď/Super Heavy (plánováno) |
Výroba | |
Konstruktér | SpaceX , USA |
Možnosti | Hladina moře / vakuum |
Hmotnostní a rozměrové charakteristiky |
|
Výška | 3,1 m [2] |
Průměr | 1,3 m [2] |
Provozní vlastnosti | |
tah | 2 000 kN [3] |
Specifický impuls | 330 s [2] / 375 s [2] |
Tlak ve spalovací komoře | 33 MPa ( 336,5 kgf / cm² ) [4] |
Stupeň expanze | 40 [5] / 200 [5] |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Raptor je raketový motor na kapalné palivo vyvinutý společností SpaceX . Motor s uzavřeným cyklem s plným zplyňováním složek pohonné látky pracující na kapalný metan [6] a kyslík [7] se plánuje použít na kosmické lodi Starship a na pomocném letounu Super Heavy .
Motor Raptor využívá nejúčinnější uzavřený okruh s plným zplyňováním palivových složek , na rozdíl od jiného motoru SpaceX - Merlin , který má jednodušší systém plynového generátoru s otevřeným cyklem [8] [9] (uzavřený cyklus byl použit u hlavních motorů Shuttle - RS-25 a v několika ruských raketových motorech, například v RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
Při použití úplného zplyňovacího cyklu , kdy téměř všechen kyslík s malým podílem metanu bude pohánět turbočerpadlo okysličovadla a téměř všechen metan s malým podílem kyslíku bude pohánět turbočerpadlo paliva, budou proudy okysličovadla i paliva plně zplynovány odděleně. generátory plynu před vstupem do spalovací komory.
LRE je vyrobeno podle dvouhřídelového schématu pro přívod palivových komponent (metan může unikat pouze do metanových a kyslíkových cest pouze do kyslíkové cesty, na rozdíl např. od RS-25, kde pro zamezení úniku podél hřídel turbíny, na které jsou umístěna čerpadla obou komponentů, do ucpávky je dodáváno helium)[ upřesnit ] a má také tlakový systém pro nádrže palivových komponent s příslušnými plyny, což eliminuje potřebu helia.
Motor využívá podchlazené komponenty paliva, což umožňuje zvýšení hmotnosti paliva v nádržích zvýšením jeho hustoty, zvýšení měrného impulsu , tahu a také snížení rizika kavitace u turbočerpadla [9] .
Zapálení paliva při startu na zemi a za letu se provádí jiskrovým zapalovacím systémem , který eliminuje potřebu samozápalné směsi triethylaluminium - triethylboran k zažehnutí motorů nosných raket rodiny Falcon [9] .
V budoucnu je možné vytvořit několik modifikací enginu Raptor. V posilovači Super Heavy budou mít kardanový a plynový systém pouze středové trysky používané pro přistání . Motory s vnějším prstencem budou co nejvíce zjednodušeny, aby se snížily náklady a suchá hmotnost posilovače a také se zvýšil tah a spolehlivost. [10] .
Deklarované charakteristiky motoru Raptor se během konstrukčního procesu v letech 2012-2017 měnily v širokém rozmezí, od vysoké hodnoty cílového dutého tahu 8200 kN [11] až po pozdní, mnohem nižší tah 1900 kN .
Od roku 2018 se očekává, že motor bude mít specifický impuls 380 s v prázdném prostoru a 330 s u země [12] [2] .
Funkce [13] | Význam |
---|---|
Tah na hladině moře Země, kN | 3050 |
Specifický impuls na úrovni zemského moře, s | 334,1 |
Tah ve vakuu, kN | 3290 |
Specifický impuls ve vakuu, s | 360,3 |
Spotřeba okysličovadla (kyslík, LOX), kg/s | 724 |
Spotřeba paliva (metan, CH4), kg/s | 206,5 |
Spotřeba paliva (kyslík + metan), kg/s | 930,5 |
Poměr paliva | 3,506 |
Tlak ve spalovací komoře, MPa | třicet |
Tlak ve výstupní části trysky, MPa | 0,0735 |
Rychlost ve výstupní části trysky, m/s | 3450 |
18. června 2009 na sympoziu „Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation“ Amerického institutu pro letectví a kosmonautiku , Max Wozoff poprvé veřejně zmínil projekt raketového motoru Raptor čas. Projekt zahrnoval použití dvojice paliva kyslík-vodík. [14] [15]
Dne 28. července 2010 na 46. společné propulzní konferenci Amerického institutu letectví a kosmonautiky představil ředitel testovacího zařízení SpaceX MacGregor Tom Markusic informace o fázích návrhu dvou rodin nosných raket a dvou nových raketových motorů pro jim. Motor Merlin 2 na petrolej /kapalný kyslík pro první stupně Falconu X, Falcon XX, byl plánován tak, aby byl schopen tahu 1 700 000 lbf [ 7 562 kN ] na hladině moře a 1 920 000 lbf [ 8 540 kN , který v roce by z něj udělal nejvýkonnější motor ve své třídě. [16] . Motor Raptor, využívající kapalný vodík a kapalný kyslík, o tahu 150 000 lbf [ 667 kN ] a specifickém impulsu 470 s ve vakuu , byl určen pro horní stupně supertěžkých nosných raket . [17] [18] [15]
V říjnu 2012 SpaceX oznámila práci na raketovém motoru, který by byl několikrát výkonnější než motory Merlin 1 a nepoužíval by pohonnou hmotu RP-1 . Motor byl zamýšlen pro nosnou raketu nové generace s kódovým označením MCT , schopnou dopravit užitečné zatížení 150-200 tun na nízkou oběžnou dráhu Země , což přesahuje možnosti NASA SLS . [19] [15]
16. listopadu 2012, během projevu v Royal Society of Aeronautics v Londýně , Elon Musk poprvé oznámil vývoj motoru Raptor, který jako palivo využívá metan . [20] [7] [8] [21] [17] [18]
V říjnu 2013 SpaceX oznámila zahájení testování součástí metanových motorů ve vesmírném středisku Johna Stennise . [22] [23] Jmenovitý tah motoru oznámen poprvé na 661 000 lbf [ 2 942 kN ]. [24] [15]
Dne 19. února 2014 oznámil viceprezident SpaceX pro vývoj motorů Thomas Muller na akci „Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lift Off“ v Santa Barbaře , že vyvíjený motor Raptor bude schopen vyvinout 1 000 000 lbf [ 4 448 kN ]. Specifický impuls bude 321 s na hladině moře a 363 s v prázdném prostoru. [25] [17] [18] [15]
9. června 2014 na konferenci Space Propulsion 2014 v Kolíně nad Rýnem Thomas Müller oznámil, že SpaceX vyvíjí znovu použitelný motor Raptor pro těžkou raketu určenou k letu na Mars . Tah motoru pro první stupeň byl plánován na 705 tf [ 6 914 kN ], což by jej učinilo o něco silnějším než motor Apollo F-1 . Výšková verze motoru - tah 840 tf [ 8 238 kN ], měrný impuls 380 s . Mluvčí Stennisova centra Rebecca Streckerová uvedla, že společnost testuje součásti motorů v malém měřítku v závodě E-2 v Mississippi . [26] [27] [11] [15]
Na konci roku 2014 SpaceX dokončilo testování hlavního tryskáče . V létě roku 2015 dokončil tým zkušebního zařízení E-2 v plném rozsahu test generátoru kyslíkového plynu nového motoru . Od dubna do srpna bylo provedeno 76 požárních zkoušek vyvíječe plynu s celkovou dobou provozu cca 400 sekund. [28]
6. ledna 2015 Elon Musk uvedl, že cílem je tah motoru o něco více než 230 tf [ 2 256 kN ], což je mnohem méně, než bylo dříve uvedeno. [29] [15]
26. září 2016 Elon Musk tweetoval dvě fotografie prvního zkušebního provozu kompletního motoru Raptor v testovacím zařízení McGregor společnosti SpaceX. [30] [31] [32] Musk uvedl, že cílovým výkonem je vakuový specifický impuls 382 s , s expanzním poměrem trysky 150, tahem 3 000 kN a tlakem ve spalovací komoře 300 barů [ 30 MPa ]. [33] [34] [35] 27. září upřesnil, že expanzní faktor 150 je pro testovací vzorek, vakuová verze bude mít expanzní faktor 200. [36] Podrobnosti byly shrnuty v článku o Raptoru motor zveřejněn následující týden. [9]
27. září 2016 na 67. výročním mezinárodním astronautickém kongresu v Guadalajaře představil Elon Musk podrobnosti o konceptu ITS . [37] Charakteristiky motoru Raptor byly uvedeny: tlak ve spalovacím prostoru 300 bar [ 30 MPa ]; možnost škrtícího tahu v rozmezí 20-100%; jmenovitý tah 3 050 kN , měrný impuls 334 s , expanzní poměr 40; pro vakuovou verzi - tah 3 500 kN , měrný impuls 382 s , expanzní poměr 200. [5] [15]
Do září 2017 prošel zkušební motor, ve kterém byla použita slitina zvyšující odolnost prvků kyslíkového turbočerpadla proti oxidaci , pracující s tlakem ve spalovací komoře 200 barů a vyvíjejícím tah 1000 kN , 42 požárními zkouškami na pracovním stole. s celkovou dobou provozu 1200 sekund. Nejdelší test trval 100 sekund. [2] [38] [15]
29. září 2017 představil Elon Musk v rámci 68. ročníku Mezinárodního astronautického kongresu v Adelaide nový koncept s kódovým označením BFR [39] . Specifikace motoru Raptor se změnily: tlak ve spalovací komoře 250 bar [ 25 MPa ]; tah 1 700 kN , měrný impuls 330 s ; u dutého provedení - tah 1 900 kN , měrný impuls 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk oznámil, že motor Raptor poprvé poletí jako součást BFR [39] . V říjnu 2017 vysvětlil, že letové testování začne s lodí plné velikosti (horní stupeň BFR) provádějící „krátké skoky“ do výšky několika set kilometrů [40] .
17. září 2018 byly na prezentaci, na které vystoupil první vesmírný turista BFR Yusaku Maezawa , aktualizovány informace o raketě [12] ; byly oznámeny charakteristiky motoru Raptor: cílová hodnota tlaku ve spalovacím prostoru je cca 300 bar [ 30 MPa ]; tah asi 200 tf [ 1 960 kN ]; potenciální specifický impuls je asi 380 s .
4. února 2019 první požární zkouška letu[ upřesnit ] ukázkový motor [41] [42] . Zkouška trvala 2 sekundy při tlaku 170 bar a bylo dosaženo tahu 116 tf [ 1 137 kN ], což je 60 % nominální hodnoty [43] .
Dne 7. února 2019 byla provedena další požární zkouška s použitím „teplých“ palivových komponent, po které Elon Musk oznámil, že motor potvrdil návrhový výkon [44] , přičemž dosáhl úrovně tahu 172 tf [ 1 686 kN ] při tlaku v spalovací komory 257 bar [ 25,7 MPa ]. Při použití přechlazených komponent pohonné látky se předpokládá zvýšení tahu o 10–20 % [45] .
V srpnu 2019 byl testován během letu Starhopperu . [46]
Dne 5. srpna 2020 proběhl zkušební „seskok“ prototypu Starship (SN5) s motorem Raptor SN27 na 150 m [47] ; Od té doby bylo provedeno několik dalších takových testů.
Raptor-2 je nová verze enginu Raptor, která je kompletním přepracováním enginu první verze. Inženýři se zbavili světlicových zapalovačů v hlavní spalovací komoře, byla přepracována turbína a elektronika a byla zvětšena kritická sekce trysky. Motor se zbavil velkého množství senzorů a s nimi spojených potrubí, které byly u první verze nutné pro odladění. Mnoho přírubových spojů bylo nahrazeno svařováním. Všechna tato vylepšení výrazně snižují složitost motoru, zlevňují jeho výrobu a snižují místa poruch.
K dispozici budou celkem 3 verze motoru Raptor-2: s gimbalem pro vychylování vektoru tahu, bez gimbalu a verze pro práci ve vakuu.
Momentálně[ kdy? ] Raptor-2 má ve srovnání s Raptorem-1 následující vlastnosti:
Raptor-1 | Raptor-2 | |
---|---|---|
Hmotnost (cca), kg | 2000 | 1600 |
Tah (na úrovni moře), tf | 185 | 230 |
Tlak ve spalovací komoře, bar | 250 | 300 |
Specifický impuls, sec | 330 | 327 |
Od roku 2009 do roku 2015 byl vývoj motoru financován z investic SpaceX, aniž by přilákal finance od americké vlády [48] [28] .
Dne 13. ledna 2016 uzavřelo americké letectvo se společností SpaceX dohodu o vývoji prototypu motoru Raptor pro horní stupně nosných raket Falcon 9 a Falcon Heavy s financováním 33,7 milionu USD od letectva a nejméně 67,3 milionu USD. ze stran SpaceX. Dokončení zakázky se očekávalo nejpozději do 31. prosince 2018 [49] [50] [51] .
Dne 9. června 2017 americké letectvo smlouvu změnilo a navýšilo objem financí ze své strany o 16,9 milionů dolarů, aniž by upřesnilo cíle [49] [52] .
Dne 19. října 2017 poskytlo americké letectvo SpaceX dodatečné finanční prostředky ve výši 40,8 milionu dolarů na vývoj prototypu raketového motoru Raptor [49] [53] .
Dne 22. prosince 2017 poskytlo americké letectvo SpaceX další finanční prostředky ve výši 6,5 milionu dolarů na vývoj prototypu raketového motoru Raptor [49] .
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Doprava |
| ![]() | ||||||||||||||
Motory |
| |||||||||||||||
Mise |
| |||||||||||||||
odpalovací rampy | ||||||||||||||||
přistávací plochy | ||||||||||||||||
Smlouvy |
| |||||||||||||||
Programy | ||||||||||||||||
Osoby |
| |||||||||||||||
Nelétající vozidla a budoucí mise jsou vyznačeny kurzívou . Znak † označuje neúspěšné mise, zničená vozidla a opuštěná místa. |