Merlin (raketový motor)

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 26. ledna 2020; kontroly vyžadují 19 úprav .
Merlin 1D

LRE "Merlin 1D" SpaceX .
Typ LRE
Pohonné hmoty petrolej
Oxidátor kapalný kyslík
spalovací komory jeden
Země USA
Používání
Provozní doba od roku 2006 (verze 1A)
od roku 2013 (verze 1D) [1]
aplikace " Falcon 1 ", " Falcon 1e " (1. stupeň)
" Falcon 9 ", " Falcon 9 1.1 " " Falcon Heavy " (všechny stupně)
Rozvoj Merlin:
"1A"; "1B"; "1C"; "Vakuum 1C"; "1D"; "Vakuum 1D"
Výroba
Konstruktér SpaceX , USA
Hmotnostní a rozměrové
charakteristiky
Hmotnost 450–490 kg [2]
Provozní vlastnosti
tah Vakuum: 914 kN [3]
Hladina moře: 852,2 kN [3]
Specifický impuls Vakuum: 311 s [2]
Hladina moře: 282 s [2]
Vakuum (Vakuum Merlin 1D): 340 s [2]
Pracovní doba 180 s (Merlin 1D)
375 s (Merlin 1D vakuum) [3]
Tlak ve spalovací komoře
9,7 MPa (97 atm. ) [2]
Stupeň expanze Merlin 1D: 16 [2]
Merlin 1D vakuum: 117 [2]
poměr tahu a hmotnosti 179,8 [4]
Zapalování Chemická (směs triethylhliníku a triethylboru ) [2]
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Merlin ([ˈmərlən],  merlin z  angličtiny  -  „ derbnik “) je raketový motor na kapalné pohonné hmoty (LRE) od SpaceX (USA). Jako palivo se používá petrolejovo-kyslíková pára. Motor je znovu použit poté, co první stupeň přistál na kosmodromu nebo plovoucí pobřežní plošině ( ASDS ).

Navrženo pro použití na nosných raketách (LV) rodiny Falcon . Nosná raketa Falcon 9 používá tento motor v prvním a druhém stupni, Falcon 1 používá v prvním stupni jeden Merlin, bylo plánováno použití v projektu Falcon 1e . Nosná raketa Falcon Heavy využívá 27 motorů Merlin na třech blocích prvního stupně a 1 motor na druhém stupni.

Vývoj

Konstrukce

LRE "Merlin" - otevřený cyklus . Jako palivo se používá petrolej, oxidační činidlo je kapalný kyslík.

Motor "Merlin" používá kolíkové vstřikovače . Tento typ injektoru byl poprvé použit v programu NASA Apollo na motoru lunárního landeru , což byl jeden z nejkritičtějších segmentů tohoto programu. Komponenty paliva jsou přiváděny přes turbočerpadlo s dvojitým oběžným kolem (navržené a vyrobené společností Barber-Nichols [5] ) umístěné na stejné ose. Čerpadlo také dodává vysokotlaký petrolej do hydraulického řídicího systému, který je pak vypouštěn do nízkotlakého kanálu. Tím odpadá potřeba samostatného hydraulického systému pro řízení vektoru tahu a je zaručena jeho činnost po celou dobu provozu raketového motoru Merlin.

Možnosti motoru

V roce 2009 byly vyrobeny tři verze raketového motoru Merlin . Motor pro nosnou raketu Falcon 1 využívá TNA pohyblivé výfukové potrubí pro kontrolu náklonu. LRE "Merlin" ve verzi pro "Falcon 9" je designově téměř identický s výjimkou pevného výfukového systému. "Merlin" je také použit ve druhém stupni nosné rakety. V tomto případě je motor vybaven tryskou s vyšším expanzním poměrem, která je optimalizována pro provoz ve vakuu a má škrticí systém v rozsahu 60-100 %. [6]

Merlin 1A

Původní verze motoru Merlin 1A používala levnou komoru a ablativně chlazenou trysku. Uhlíková vlákna kompozitního materiálu z vnitřního povrchu jsou při chodu motoru postupně odváděna vytékajícím horkým plynem a odebírá teplo spolu se ztraceným materiálem. Tento typ motoru byl použit dvakrát: poprvé 24. března 2006 , kdy došlo k úniku paliva z motoru, což vedlo k nehodě krátce po zahájení letu [7] [8] , podruhé 24. března , 2007 , kdy to úspěšně fungovalo. V obou případech byl motor použit na " Falcon 1 ". [9] [10]

Merlin 1B

Merlin 1B LRE je vylepšená verze vyvinutá společností SpaceX pro nosnou raketu Falcon 1 . Měl mít tah zvýšený na 39 tf oproti 35 tf u Merlina 1A. Výkon hlavní turbíny byl zvýšen z 1490 kW na 1860 kW . "Merlin 1B" byl plánován pro použití na těžké nosné raketě "Falcon 9" , která měla mít devět těchto motorů v první fázi. Na základě neúspěšných zkušeností s použitím motoru předchozího modelu bylo rozhodnuto tuto verzi dále nevyvíjet, ale zaměřit se na regenerativně chlazený raketový motor na kapalné pohonné hmoty „Merlin 1C“. Vývoj ukončen. [9] [10]

Merlin 1C

LRE "Merlin 1C" používá regeneračně chlazenou trysku a spalovací komoru, prošel pozemními testy s dobou trvání 170 s (doba letu) v listopadu 2007. [11] [12]

V případě použití na nosné raketě Falcon 1 měl Merlin 1C tah na hladině moře 35,4 tf a 40,8 tf ve vakuu, specifický impuls ve vakuu je 302,5 s . Spotřeba paliva tohoto motoru je 136 kg / s . U jednoho "Merlin 1C" byly provedeny testy v celkové délce 27 minut , což je desetinásobek provozní doby raketového motoru během letu " Falcon 1 ". [13]

Raketový motor Merlin 1C byl poprvé použit pro neúspěšný třetí let nosné rakety Falcon 1 . Při diskusi o selhání generální ředitel SpaceX Elon Musk poznamenal, že „let prvního stupně s nainstalovaným novým Merlinem 1C, který bude použit na nosné raketě Falcon 9 , proběhl perfektně“. [14] Motor byl použit při čtvrtém úspěšném letu Falconu 1 dne 28. září 2008. [patnáct]

Merlin 1C Vacuum

Motor je modifikací „Merlin 1C“ a byl instalován na druhém stupni raket Falcon 9 v1.0. Pro zlepšení provozu ve vakuu má velký stupeň roztažnosti trysky, [16] která se ochlazuje zpětným vyzařováním tepla. Ve vakuu má motor tah 42 tf a měrný impuls 342 s [17] . 10. března 2009 SpaceX v tiskové zprávě oznámila, že úspěšně otestovala raketový motor Merlin 1C Vacuum .

Merlin 1D

Merlin 1D LRE je upgrade motoru Merlin 1C. Instalováno na první stupeň raket Falcon 9 v1.1. Tah na hladině moře - 66,6 tf , ve vakuu - 73,4 tf . Poměr tahu k hmotnosti je o něco více než 150. Hmotnost motoru je 489 kg. Specifický impuls na hladině moře je 282 s, ve vakuu je to 311 s [18] . Zdroj motoru umožňuje opakované použití v případě návratu a měkkého přistání prvního stupně, předpokládá se - až čtyřicetkrát. [19] Důležitým rozdílem mezi motorem 1D a motorem 1C je škrcení v rozsahu 70–100 % tahu. Škrcení se používá:

První start nosné rakety s motorem Merlin 1D se uskutečnil 29. září 2013 [20] . Podle vývojářů motoru umožňuje backlog motoru zvýšit tah na hladině moře z 666 na 730  kN [21] .

Merlin 1D vakuum

Motor je modifikací Merlin 1D a je instalován na druhém stupni raket Falcon 9 v1.1. Na rozdíl od základního modelu má expanzní poměr trysky 117 pro lepší podtlak. Tryska je chlazena zpětným vyzařováním tepla. Tah motoru ve vakuu je 80 tf (801 kN ), měrný impuls je 340 s [22] (podle jiných zdrojů 347 s [23] ). Provozní doba motoru za letu je až 375 s [24] . Poprvé byl použit při uvedení na trh 29. září 2013.

Merlin 1D+

Nucená verze 1D motoru. Namontován na prvních stupních raket Falcon 9 FT a Falcon Heavy . Zvýšený tlak ve spalovací komoře díky použití přechlazeného paliva (až -7 ° C) a okysličovadla (až -207 ° C) [25] [26] [27] [28] . Tah motoru se zvýšil o 8 % ze 780 kN (78 tf) na přibližně 845 kN (84,5 tf) na úrovni moře [29] . Díky tomu, stejně jako dodatečnému množství paliva u verze FT rakety, se maximální užitečné zatížení na LEO zvýšilo na 22,8 tuny u postradatelné verze a 15,8 tun u opakovaně použitelné verze. Falcon 9 FT bude schopen zvednout až 8,3 tuny na geotransferové oběžné dráze na jedno použití nebo asi 5,5 tuny ve verzi pro opakované použití. Falcon 9 se tak přesunul do třídy těžkých nosných raket.

Merlin 1D Vacuum +

Úprava motoru 1D+ pro instalaci na druhý stupeň raket Falcon 9 FT a Falcon Heavy . V provozu od 22.12.2015.

Charakteristika řady motorů Merlin [23]

Motor Merlin 1A Merlin 1Ci Merlin 1C Merlin 1C Vac Merlin 1C+ Merlin 1D Merlin 1D Vac Merlin 1D+ Merlin 1D Vac+
Používání Falcon 1

(zkušený)

Falcon 1

(vylepšeno)

Falcon 1e,

Falcon 9 v1.0

Falcon 9 v1.0 Falcon 9 v2.0

(není postaveno)

Falcon 9 v1.1,

Falcon 9 v1.1R

Falcon 9 v1.1,

Falcon 9 v1.1R

Falcon 9FT Falcon 9FT
Poměr LCD /  RP-1 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 2.34 2.36 2.36 2.38
Tah na hladině moře, kN 330 355 354 - 555 666 - 845 [30] -
Tah ve vakuu, kN 376 401 408 420 628 734 801 914 [30] 934 [31]
UI na hladině moře, s 253,7 264,5 267 - 275 282 - 286 -
UI ve vakuu, s 288,5 302,5 304,8 336 311 320 347 321 347
Tlak ve spalovací komoře, MPa 5.39 6.08 6.14 6.14 6,77 9,72 9,72 10.8 10.8
Expanzní poměr trysky 14.5 16 16 117 ? 21.4 117 21.4 117

Viz také

Poznámky

  1. ↑ SpaceX úspěšně uvádí na trh debut Falcon 9 v1.1 . Datum přístupu: 16. února 2015. Archivováno z originálu 29. září 2013.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 http://www.spaceflight101.com/falcon-9-v11.html Archivováno 24. září 2015 na Wayback Machine Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview
  3. ↑ 1 2 3 http://www.spacex.com/falcon9 Archivováno 5. srpna 2014 na Wayback Machine Falcon 9
  4. ↑ Archivovaná kopie . Staženo 22. února 2020. Archivováno z originálu 18. dubna 2018.
  5. ↑ Turbočerpadla pro raketové motory | Holič Nichols . Získáno 3. července 2020. Archivováno z originálu dne 3. července 2020.
  6. ↑ Aaron Dinardi; Peter Capozzoli; Gwynne Shotwellová. Nízkonákladové možnosti startu poskytované rodinou nosných raket Falcon (pdf) (1. října 2008). Datum přístupu: 6. ledna 2010. Archivováno z originálu 30. března 2012.
  7. ↑ Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut , Space.com (19. července 2006). Archivováno z originálu 4. června 2010. Staženo 25. dubna 2009.
  8. ↑ Aktualizace ukázkového letu 2 , Space.com (19. ledna 2007). Archivováno z originálu 5. dubna 2020. Staženo 25. dubna 2009.
  9. ↑ 1 2 SpaceX dokončuje vývoj raketového motoru pro Falcon 1 a 9 . Wired Science (12. listopadu 2007). Získáno 28. února 2008. Archivováno z originálu 30. března 2012.
  10. ↑ 1 2 SpaceX má pro Falcon 9 magické cíle (odkaz není k dispozici) . Spaceflight NASA (5. srpna 2006). Získáno 28. února 2008. Archivováno z originálu 25. září 2006. 
  11. ↑ SpaceX dokončila vývoj regenerativně chlazeného raketového motoru Merlin (odkaz není k dispozici) . obchodní drát. Získáno 12. listopadu 2007. Archivováno z originálu 30. března 2012. 
  12. ↑ SPACEX DOKONČIL VÝVOJ REGENERAČNÍHO CHLAZENÉHO RAKETOVÉHO MOTORU MERLIN (odkaz není k dispozici) . SpaceX. Získáno 12. března 2009. Archivováno z originálu 30. března 2012. 
  13. ↑ SpaceX dokončilo kvalifikační testování regenerativně chlazeného motoru Merlin pro raketu Falcon 1 (odkaz není k dispozici) . SpaceX (25. února 2008). Datum přístupu: 6. ledna 2010. Archivováno z originálu 30. března 2012. 
  14. ↑ Bergin, Chris; Davis, Matt. SpaceX Falcon I selže během letu v první fázi (nedostupný odkaz) . Získáno 4. září 2008. Archivováno z originálu 6. srpna 2008. 
  15. ↑ Ray , Justin Mission Status Center  . Spaceflight Now (28. září 2008). Získáno 28. září 2008. Archivováno z originálu 30. března 2012.
  16. ↑ NÍZKONÁKLADOVÉ PŘÍLEŽITOSTI SPUŠTĚNÍ POSKYTOVANÉ RODINOU LAUNCH VEHICLES FALCON (odkaz není k dispozici) . Získáno 12. března 2009. Archivováno z originálu 15. března 2012. 
  17. ↑ Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview  (anglicky)  (odkaz není dostupný) . Získáno 12. března 2009. Archivováno z originálu 30. března 2012.
  18. ↑ FALCON 9 (downlink) . Datum přístupu: 16. února 2015. Archivováno z originálu 5. srpna 2014. 
  19. ↑ NASA, CNES varují SpaceX před výzvami v létání s opakovaně použitelnou raketou Falcon 9 . Získáno 2. března 2015. Archivováno z originálu dne 2. dubna 2015.
  20. ↑ Falcon_9
  21. ↑ Elon, Musk. "SES-8 Prelaunch Teleconference" (24. listopadu 2013). Získáno 1. března 2015. Archivováno z originálu 7. prosince 2013.
  22. ↑ Motor horního stupně SpaceX Falcon 9 úspěšně dokončil palbu po celou dobu trvání mise.  (anglicky)  (nedostupný odkaz) . SpaceX (10. března 1009). Získáno 12. března 2009. Archivováno z originálu 30. března 2012.
  23. ↑ 1 2 Vývoj motoru SpaceX Merlin-1 (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 1. března 2015. Archivováno z originálu 24. února 2015. 
  24. ↑ FALCON 9 (downlink) . Datum přístupu: 16. února 2015. Archivováno z originálu 5. srpna 2014. 
  25. ↑ Co se mění mezi motorem Merlin 1D a vylepšeným motorem Merlin 1D+? . Datum přístupu: 3. března 2015. Archivováno z originálu 3. února 2015.
  26. ↑ Shit Elon Says - Transscript - SpaceX SES-8 Pre-Launch Conference . Získáno 16. února 2015. Archivováno z originálu 16. února 2015.
  27. ↑ Elon Musk na Twitteru . Cvrlikání. Datum přístupu: 18. prosince 2015. Archivováno z originálu 31. prosince 2015.
  28. ↑ Elon Musk na Twitteru . Cvrlikání. Datum přístupu: 18. prosince 2015. Archivováno z originálu 18. prosince 2015.
  29. ↑ Caleb Henry. SpaceX si klade za cíl následovat bannerový rok s ještě rychlejší kadencí startů v roce 2018  . Spacenews (21. listopadu 2017). Získáno 7. srpna 2018. Archivováno z originálu 1. října 2021.
  30. ↑ 12 Emily Shanklin . Motory Merlin (31. srpna 2015). Získáno 18. července 2016. Archivováno z originálu 24. září 2015.
  31. ↑ spacexcmsadmin. Falcon 9 (downlink) (16. listopadu 2012). Získáno 21. července 2016. Archivováno z originálu 5. srpna 2014. 

Odkazy