Raptor („Raptor”) | |
---|---|
LRE „Raptor” la fabrica din Hawthorne. | |
Tip de | LRE |
Combustibil | gaze naturale lichefiate [1] |
Oxidant | oxigen lichid [1] |
Țară | STATELE UNITE ALE AMERICII |
Utilizare | |
Aplicație | Starship/Super Heavy (planificat) |
Productie | |
Constructor | SpaceX , SUA |
Opțiuni | Nivelul mării / Vacuum |
Caracteristici de greutate și dimensiune |
|
Înălţime | 3,1 m [2] |
Diametru | 1,3 m [2] |
Caracteristici de operare | |
împingere | 2.000 kN [3] |
Impulsul specific | 330 s [2] / 375 s [2] |
Presiunea în camera de ardere | 33 MPa ( 336,5 kgf /cm² ) [4] |
Gradul de expansiune | 40 [5] / 200 [5] |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Raptor este un motor de rachetă cu combustibil lichid dezvoltat de SpaceX . Un motor cu ciclu închis cu gazeificare completă a componentelor propulsoare care funcționează cu metan lichid [6] și oxigen [7] este planificat să fie utilizat pe nava spațială Starship și pe amplificatorul Super Heavy .
Motorul Raptor folosește cel mai eficient circuit închis cu gazificarea completă a componentelor combustibilului , spre deosebire de un alt motor SpaceX - Merlin , care are un sistem generator de gaz cu ciclu deschis mai simplu [8] [9] (ciclul închis a fost folosit la motoarele principale ale naveta - RS-25 și în mai multe motoare de rachetă rusești, de exemplu, în RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
Când se folosește un ciclu complet de gazeificare a componentelor , în care aproape tot oxigenul cu o fracțiune mică de metan va antrena turbopompa oxidantului și aproape tot metanul cu o fracțiune mică de oxigen va conduce turbopompa de combustibil, atât fluxurile de oxidant, cât și de combustibil vor fi complet gazeificate separat. generatoare de gaz înainte de a intra în camera de ardere.
LRE este realizat conform unei scheme cu doi arbori pentru alimentarea componentelor combustibilului (metanul se poate scurge numai în căile metanului și oxigenului numai în calea oxigenului, spre deosebire, de exemplu, de RS-25, unde, pentru a preveni scurgerile de-a lungul arborele turbinei, pe care sunt amplasate pompele ambelor componente, în garnitura este alimentată cu heliu)[ clarifica ] si dispune si de un sistem de presurizare pentru rezervoarele componente de combustibil cu gaze corespunzatoare, ceea ce elimina nevoia de heliu.
Motorul folosește componente de combustibil suprarăcite, ceea ce permite creșterea masei de combustibil din rezervoare prin creșterea densității acestuia, crește impulsul specific , forța și, de asemenea, reduce riscul de cavitație în turbopompe [9] .
Aprinderea combustibilului în timpul lansării la sol și în zbor este efectuată de un sistem de aprindere prin scânteie , care elimină necesitatea unui amestec piroforic de trietilaluminiu - trietilboran pentru a aprinde motoarele din familia de vehicule de lansare Falcon [9] .
În viitor, este posibil să se creeze mai multe modificări ale motorului Raptor. În boosterul Super Heavy , doar propulsoarele centrale folosite pentru aterizare vor avea un cardan și un sistem de accelerație . Motoarele cu inel exterior vor fi simplificate pe cât posibil pentru a reduce costul și greutatea uscată a rapelului, precum și pentru a crește tracțiunea și fiabilitatea. [10] .
Caracteristicile declarate ale motorului Raptor în timpul procesului de proiectare în perioada 2012-2017 au variat într-o gamă largă, de la valoarea ridicată a tracțiunii în gol țintă de 8200 kN [11] până la tracțiunea târzie, mult mai mică, de 1900 kN .
Din 2018, motorul este de așteptat să aibă un impuls specific de 380 s în spațiul gol și 330 s în apropierea solului [12] [2] .
Caracteristica [13] | Sens |
---|---|
Impingerea la nivelul mării a Pământului, kN | 3050 |
Impulsul specific la nivelul mării Pământului, s | 334.1 |
Împingere în vid, kN | 3290 |
Impulsul specific în vid, s | 360,3 |
Consum de oxidant (oxigen, LOX), kg/s | 724 |
Consum de combustibil (metan, CH4), kg/s | 206,5 |
Consum de combustibil (oxigen + metan), kg/s | 930,5 |
Raportul de combustibil | 3.506 |
Presiune în camera de ardere, MPa | treizeci |
Presiune în secțiunea de evacuare a duzei, MPa | 0,0735 |
Viteza în secțiunea de evacuare a duzei, m/s | 3450 |
Pe 18 iunie 2009, la simpozionul „Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation” al Institutului American de Aeronautică și Astronautică , Max Wozoff a menționat public proiectul motorului rachetei Raptor pentru primul timp. Proiectul a implicat utilizarea unei perechi de combustibil oxigen-hidrogen. [14] [15]
Pe 28 iulie 2010, la cea de-a 46-a Conferință comună de propulsie a Institutului American de Aeronautică și Astronautică, directorul instalației de testare SpaceX MacGregor, Tom Markusic , a prezentat informații etapele inițiale de proiectare a două familii de vehicule de lansare în etape și două noi motoare de rachetă pentru lor. Motorul Merlin 2 alimentat cu kerosen /oxigen lichid pentru primele etape Falcon X, Falcon XX a fost planificat să fie capabil de 1.700.000 lbf [ 7.562 kN ] la nivelul mării și 1.920.000 lbf [ 8.540 kN , care în gol . l-ar face cel mai puternic motor din clasa sa. [16] . Motorul Raptor, folosind hidrogen lichid și oxigen lichid, având o tracțiune de 150.000 lbf [ 667 kN ] și un impuls specific de 470 s în vid , a fost destinat etapelor superioare ale vehiculelor de lansare super-grele . [17] [18] [15]
În octombrie 2012, SpaceX a anunțat lucrări la un motor de rachetă care ar fi de câteva ori mai puternic decât motoarele Merlin 1 și nu va folosi propulsor RP-1 . Motorul a fost destinat unui vehicul de lansare de ultimă generație, cu numele de cod MCT , capabil să livreze o sarcină utilă de 150-200 de tone pe orbita joasă a Pământului , ceea ce depășește capacitățile SLS al NASA . [19] [15]
Pe 16 noiembrie 2012, în timpul unui discurs susținut la Royal Society of Aeronautics din Londra , Elon Musk a anunțat pentru prima dată dezvoltarea motorului Raptor care folosește metanul drept combustibil . [20] [7] [8] [21] [17] [18]
În octombrie 2013, SpaceX a anunțat începerea testării componentelor motorului cu metan la Centrul Spațial John Stennis . [22] [23] Puterea nominală a motorului anunțată pentru prima dată la 661.000 lbf [ 2.942 kN ]. [24] [15]
Pe 19 februarie 2014, vicepreședintele SpaceX pentru Dezvoltarea motoarelor Thomas Muller , vorbind la evenimentul „Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off” din Santa Barbara , a anunțat că motorul Raptor aflat în curs de dezvoltare va fi capabil să dezvolte 1.000.000 lbf [ 4.448 kN ]. Impulsul specific va fi de 321 s la nivelul mării și 363 s în spațiul gol. [25] [17] [18] [15]
Pe 9 iunie 2014, la conferința Space Propulsion 2014 de la Köln , Thomas Müller a anunțat că SpaceX dezvoltă un motor Raptor reutilizabil pentru o rachetă grea concepută să zboare pe Marte . Tracțiunea motorului pentru prima etapă a fost planificată să fie de 705 tf [ 6.914 kN ], ceea ce l-ar fi făcut puțin mai puternic decât motorul Apollo F-1 . Versiunea la mare altitudine a motorului - tracțiune 840 tf [ 8 238 kN ], impuls specific 380 s . Purtătorul de cuvânt al Centrului Stennis, Rebecca Strecker, a declarat că compania testează componente ale motoarelor la scară mică la instalația E-2 din Mississippi . [26] [27] [11] [15]
La sfârșitul anului 2014, SpaceX a finalizat testarea avionului principal . În vara anului 2015, echipa de test E-2 a finalizat un test la scară completă a generatorului de gaz oxigen al noului motor . Din aprilie până în august au fost efectuate 76 de teste de incendiu ale generatorului de gaz cu un timp total de funcționare de aproximativ 400 de secunde. [28]
Pe 6 ianuarie 2015, Elon Musk a declarat că ținta este o tracțiune a motorului cu puțin mai mare de 230 tf [ 2.256 kN ], care este mult mai mică decât sa declarat anterior. [29] [15]
Pe 26 septembrie 2016, Elon Musk a postat pe Twitter două fotografii cu prima rulare de testare a motorului Raptor complet la centrul de testare McGregor al SpaceX. [30] [31] [32] Musk a raportat că performanța țintă este un impuls specific vidului de 382 s , cu un raport de expansiune a duzei de 150, o tracțiune de 3.000 kN și o presiune în camera de ardere de 300 bari [ 30 ] MPa ]. [33] [34] [35] Pe 27 septembrie, el a clarificat că un factor de expansiune de 150 este pentru proba de testat, versiunea cu vid va avea un factor de expansiune de 200. [36] Detaliile au fost rezumate într-un articol despre Raptor. motor publicat săptămâna următoare. [9]
Pe 27 septembrie 2016, la cel de-al 67-lea Congres Internațional Anual de Astronautică de la Guadalajara , Elon Musk a prezentat detaliile conceptului ITS . [37] Caracteristicile motorului Raptor au fost date: presiunea în camera de ardere 300 bar [ 30 MPa ]; posibilitatea de throttling împingere în intervalul 20-100%; tracțiune nominală 3.050 kN , impuls specific 334 s , raport de dilatare 40; pentru versiunea cu vid - tracțiune 3.500 kN , impuls specific 382 s , raport de expansiune 200. [5] [15]
Până în septembrie 2017, motorul de testare, în care a fost folosit un aliaj care mărește rezistența la oxidare a elementelor turbopompei cu oxigen , funcționând cu o presiune în camera de ardere de 200 bari și dezvoltând o tracțiune de 1.000 kN , a trecut 42 de teste de incendiu pe banc. cu un timp total de funcționare de 1200 de secunde. Cel mai lung test a durat 100 de secunde. [2] [38] [15]
Pe 29 septembrie 2017, în cadrul celui de-al 68-lea Congres Internațional de Astronautică anual de la Adelaide , Elon Musk a prezentat un nou concept, cu numele de cod BFR [39] . Specificațiile motorului Raptor s-au schimbat: presiunea camerei de ardere 250 bar [ 25 MPa ]; tractiune 1.700 kN , impuls specific 330 s ; pentru varianta tubulară - tracțiune 1.900 kN , impuls specific 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk a anunțat că motorul Raptor va zbura pentru prima dată ca parte a BFR [39] . În octombrie 2017, el a explicat că testarea în zbor va începe cu o navă de dimensiuni mari (etapa superioară BFR) care efectuează „sărituri scurte” de câteva sute de kilometri înălțime [40] .
Pe 17 septembrie 2018, la o prezentare care a prezentat primul turist spațial BFR , Yusaku Maezawa , informațiile despre rachetă au fost actualizate [12] ; au fost anunțate caracteristicile motorului Raptor: valoarea țintă a presiunii din camera de ardere este de aproximativ 300 bar [ 30 MPa ]; împingere aproximativ 200 tf [ 1.960 kN ]; impulsul specific potențial este de aproximativ 380 s .
Pe 4 februarie 2019, primul test de foc al zborului[ clarifica ] eșantion motor [41] [42] . Testul a durat 2 secunde la o presiune de 170 bar , și s-a atins o forță de 116 tf [ 1.137 kN ], ceea ce reprezintă 60% din valoarea nominală [43] .
Pe 7 februarie 2019, a fost efectuat un alt test de incendiu folosind componente de combustibil „cald”, după care Elon Musk a raportat că motorul a confirmat puterea proiectată [44] , atingând un nivel de tracțiune de 172 tf [ 1.686 kN ] la o presiune în camera de ardere de 257 bar [ 25,7 MPa ]. Se presupune o creștere a tracțiunii de 10–20% atunci când se utilizează componente de propulsie suprarăcite [45] .
În august 2019, a fost testat în timpul zborului Starhopper . [46]
Pe 5 august 2020, a avut loc o „săritură” de probă a prototipului Starship (SN5) cu motor Raptor SN27 pentru 150 m [47] ; De atunci, au mai fost efectuate câteva astfel de teste.
Raptor-2 este o nouă versiune a motorului Raptor, care este o reelaborare completă a motorului primei versiuni. Inginerii au scăpat de aprinzătoarele din camera de ardere principală, turbina și electronica au fost reproiectate, iar secțiunea critică a duzei a fost mărită. Motorul a scăpat de un număr mare de senzori și conducte asociate, care erau necesare în prima versiune pentru depanare. Multe conexiuni cu flanșe au fost înlocuite prin sudură. Toate aceste îmbunătățiri reduc semnificativ complexitatea motorului, îl fac mai ieftin de fabricat și reduc punctele de defecțiune.
Vor exista 3 versiuni ale motorului Raptor-2 în total: cu un cardan pentru devierea vectorului de tracțiune, fără un cardan și o versiune pentru lucrul în vid.
Pentru moment[ când? ] Raptor-2 în comparație cu Raptor-1 are următoarele caracteristici:
Raptor-1 | Raptor-2 | |
---|---|---|
Greutate (aprox.), kg | 2000 | 1600 |
Impingerea (la nivelul mării), tf | 185 | 230 |
Presiune în camera de ardere, bar | 250 | 300 |
Impulsul specific, sec | 330 | 327 |
Din 2009 până în 2015, dezvoltarea motorului a fost finanțată prin investiții de la SpaceX, fără a atrage finanțare de la guvernul SUA [48] [28] .
Pe 13 ianuarie 2016, Forțele Aeriene ale SUA au încheiat un acord cu SpaceX pentru a dezvolta un prototip de motor Raptor pentru etapele superioare ale vehiculelor de lansare Falcon 9 și Falcon Heavy , cu finanțare de 33,7 milioane USD de la Forțele Aeriene și cel puțin 67,3 milioane USD. din părți ale SpaceX. Contractul era de așteptat să fie finalizat cel târziu la 31 decembrie 2018 [49] [50] [51] .
Pe 9 iunie 2017, Forțele Aeriene ale SUA au modificat acordul, mărind suma finanțării din partea sa cu 16,9 milioane de dolari, fără a preciza obiectivele [49] [52] .
Pe 19 octombrie 2017, Forțele Aeriene ale SUA au oferit SpaceX o finanțare suplimentară de 40,8 milioane USD pentru dezvoltarea prototipului de motor al rachetei Raptor [49] [53] .
Pe 22 decembrie 2017, Forțele Aeriene ale SUA au oferit SpaceX o finanțare suplimentară de 6,5 milioane de dolari pentru a dezvolta prototipul de motor de rachetă Raptor [49] .
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Transport |
| ![]() | ||||||||||||||
Motoare |
| |||||||||||||||
Misiuni |
| |||||||||||||||
rampe de lansare | ||||||||||||||||
platforme de aterizare | ||||||||||||||||
Contracte | ||||||||||||||||
Programe | ||||||||||||||||
Persoane |
| |||||||||||||||
Vehiculele care nu zboară și misiunile viitoare sunt scrise cu caractere cursive . Semnul † indică misiuni eșuate, vehicule distruse și locuri abandonate. |