Raptor ("Raptor") | |
---|---|
| |
Sorts | LRE |
Bränsle | flytande naturgas [1] |
Oxidationsmedel | flytande syre [1] |
Land | USA |
Användande | |
Ansökan | Starship/Super Heavy (planerad) |
Produktion | |
Konstruktör | SpaceX , USA |
alternativ | Havsnivå / Vakuum |
Vikt- och storleksegenskaper |
|
Höjd | 3,1 m [2] |
Diameter | 1,3 m [2] |
Driftsegenskaper | |
sticka | 2 000 kN [3] |
Specifik impuls | 330 s [2] / 375 s [2] |
Tryck i förbränningskammaren | 33 MPa ( 336,5 kgf / cm² ) [4] |
Expansionsgrad | 40 [5] / 200 [5] |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Raptor är en raketmotor för flytande drivmedel utvecklad av SpaceX . En motor med sluten cykel med full förgasning av drivmedelskomponenter som drivs på flytande metan [6] och syre [7] planeras att användas på rymdskeppet Starship och Super Heavy booster .
Raptormotorn använder den mest effektiva slutna kretsen med full förgasning av bränslekomponenter , till skillnad från en annan SpaceX-motor - Merlin , som har ett enklare gasgeneratorsystem med öppen cykel [8] [9] (den slutna cykeln användes på huvudmotorerna i Shuttle - RS-25 och i flera ryska raketmotorer, till exempel i RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
När man använder en helkomponentförgasningscykel , där nästan allt syre med en liten fraktion av metan kommer att driva oxidatorturbopumpen och nästan all metan med en liten andel syre kommer att driva bränsleturbopumpen, kommer både oxidationsmedel och bränsleströmmar att förgasas helt separat. gasgeneratorer innan de går in i förbränningskammaren.
LRE är gjord enligt ett tvåaxligt schema för tillförsel av bränslekomponenter (metan kan bara läcka in i metan och syrevägar endast in i syrevägen, i motsats till till exempel RS-25, där för att förhindra läckage längs turbinaxeln, på vilken pumparna för båda komponenterna är placerade, in i tätningen helium levereras)[ förtydliga ] och har även ett trycksättningssystem för bränslekomponenttankar med lämpliga gaser, vilket eliminerar behovet av helium.
Motorn använder underkylda bränslekomponenter, vilket gör det möjligt att öka massan av bränsle i tankar genom att öka dess densitet, ökar specifik impuls , dragkraft och minskar även risken för kavitation i turbopumpar [9] .
Tändning av bränslet under uppskjutning på marken och under flygning utförs av ett gnisttändningssystem , vilket eliminerar behovet av en pyrofor blandning av trietylaluminium - trietylboran för att antända motorer på Falcon- familjen av bärraketer [9] .
I framtiden är det möjligt att skapa flera modifieringar av Raptor-motorn. I Super Heavy booster kommer endast de mitterpropeller som används för landning att ha ett kardan- och gasreglagesystem . De yttre ringmotorerna kommer att förenklas så mycket som möjligt för att minska kostnaden och torrvikten för boostern, samt öka dragkraften och tillförlitligheten. [10] .
De deklarerade egenskaperna hos Raptor-motorn under designprocessen under 2012-2017 varierade inom ett brett intervall, från det höga värdet på mål ihålig dragkraft på 8200 kN [11] till den sena, mycket lägre dragkraften på 1900 kN .
Från 2018 förväntas motorn ha en specifik impuls på 380 s i tomt utrymme och 330 s nära marken [12] [2] .
Funktion [13] | Menande |
---|---|
Dragkraft vid jordens havsnivå, kN | 3050 |
Specifik impuls vid jordens havsnivå, s | 334,1 |
Tryck i vakuum, kN | 3290 |
Specifik impuls i vakuum, s | 360,3 |
Oxidationsförbrukning (syre, LOX), kg/s | 724 |
Bränsleförbrukning (metan, CH4), kg/s | 206,5 |
Bränsleförbrukning (syre + metan), kg/s | 930,5 |
Bränsleförhållande | 3,506 |
Tryck i förbränningskammaren, MPa | trettio |
Tryck i munstyckets utloppsdel, MPa | 0,0735 |
Hastighet i munstyckets utloppsdel, m/s | 3450 |
Den 18 juni 2009, vid symposiet "Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation" av American Institute of Aeronautics and Astronautics , nämnde Max Wozoff offentligt Raptor-raketmotorprojektet för första gången tid. Projektet innebar användning av ett syre-vätebränslepar. [14] [15]
Den 28 juli 2010, vid den 46:e Joint Propulsion Conference av American Institute of Aeronautics and Astronautics, presenterade SpaceX MacGregors testanläggningschef Tom Markusic information de inledande konstruktionsstadierna för två familjer av uppskjutningsfarkoster och två nya raketmotorer för dem. Den Merlin 2 fotogen /flytande syredrivna motorn för Falcon X första etapperna, Falcon XX var planerad att klara 1 700 000 lbf [ 7 562 kN ] dragkraft vid havsnivå och 1 920 000 lbf [ 8 540 kN ] skulle göra den till den mest kraftfulla motorn i sin klass. [16] . Raptor-motorn, som använde flytande väte och flytande syre, med en dragkraft på 150 000 lbf [ 667 kN ] och en specifik impuls på 470 s i vakuum , var avsedd för de övre stadierna av supertunga bärraketer . [17] [18] [15]
I oktober 2012 tillkännagav SpaceX arbete med en raketmotor som skulle vara flera gånger kraftfullare än Merlin 1-motorerna och inte skulle använda RP-1- drivmedel . Motorn var avsedd för en nästa generations bärraket, med kodnamnet MCT , kapabel att leverera en nyttolast på 150-200 ton till låg jordomloppsbana , vilket överstiger kapaciteten hos NASA :s SLS . [19] [15]
Den 16 november 2012, under ett tal vid Royal Society of Aeronautics i London , tillkännagav Elon Musk för första gången utvecklingen av Raptor-motorn som använder metan som bränsle . [20] [7] [8] [21] [17] [18]
I oktober 2013 tillkännagav SpaceX starten av att testa metanmotorkomponenter vid John Stennis Space Center . [22] [23] Motorns dragkraft tillkännagavs för första gången till 661 000 lbf [ 2 942 kN ]. [24] [15]
Den 19 februari 2014 tillkännagav SpaceX Vice President för motorutveckling Thomas Muller , vid evenemanget "Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off" i Santa Barbara , att Raptor-motorn under utveckling skulle kunna utveckla 1 000 000 lbf [ 4 448 kN ]. Den specifika impulsen kommer att vara 321 s vid havsnivå och 363 s i tomt utrymme. [25] [17] [18] [15]
Den 9 juni 2014, vid konferensen Space Propulsion 2014 i Köln , meddelade Thomas Müller att SpaceX utvecklar en återanvändbar Raptor-motor för en tung raket designad för att flyga till Mars . Motorkraften för det första steget var planerad att vara 705 tf [ 6 914 kN ], vilket skulle ha gjort den något kraftfullare än Apollo F-1- motorn . Höghöjdsversion av motorn - dragkraft 840 tf [ 8 238 kN ], specifik impuls 380 s . Stennis Centers taleskvinna Rebecca Strecker sa att företaget testar småskaliga motorkomponenter vid E-2-anläggningen i Mississippi . [26] [27] [11] [15]
I slutet av 2014 slutförde SpaceX tester av huvudjeten . Sommaren 2015 genomförde E-2 testbäddsteamet ett fullskaligt test av den nya motorns syrgasgenerator . Från april till augusti genomfördes 76 brandtester av gasgeneratorn med en total drifttid på cirka 400 sekunder. [28]
Den 6 januari 2015 uppgav Elon Musk att målet är en motorkraft på drygt 230 tf [ 2 256 kN ], vilket är mycket lägre än vad som tidigare angivits. [29] [15]
Den 26 september 2016 twittrade Elon Musk två bilder av den första testkörningen av den kompletta Raptor-motorn på SpaceX:s McGregor testanläggning. [30] [31] [32] Musk rapporterade att målprestandan är en vakuumspecifik impuls på 382 s , med ett munstyckesexpansionsförhållande på 150, en dragkraft på 3 000 kN och ett tryck i förbränningskammaren på 300 bar [ 30 ] MPa ]. [33] [34] [35] Den 27 september klargjorde han att en expansionsfaktor på 150 är för testprovet, vakuumversionen kommer att ha en expansionsfaktor på 200. [36] Detaljer sammanfattades i en artikel om Raptor motor publicerad nästa vecka. [9]
Den 27 september 2016, vid den 67:e årliga internationella astronautiska kongressen i Guadalajara , presenterade Elon Musk detaljerna i ITS- konceptet . [37] Raptormotorns egenskaper angavs: tryck i förbränningskammaren 300 bar [ 30 MPa ]; möjligheten att strypa dragkraften i intervallet 20-100%; nominell dragkraft 3 050 kN , specifik impuls 334 s , expansionsförhållande 40; för vakuumversionen - dragkraft 3 500 kN , specifik impuls 382 s , expansionsförhållande 200. [5] [15]
I september 2017 klarade testmotorn, i vilken en legering användes som ökar motståndet hos syrgasturbopumpelementen mot oxidation , som arbetar med ett tryck i förbränningskammaren på 200 bar och utvecklade en dragkraft på 1 000 kN , 42 bänkbrandtest. med en total drifttid på 1200 sekunder. Det längsta testet varade i 100 sekunder. [2] [38] [15]
Den 29 september 2017, som en del av den 68:e årliga internationella astronautiska kongressen i Adelaide , presenterade Elon Musk ett nytt koncept, kodnamnet BFR [39] . Raptors motorspecifikationer har ändrats: tryck i förbränningskammaren 250 bar [ 25 MPa ]; dragkraft 1 700 kN , specifik impuls 330 s ; för den ihåliga versionen - dragkraft 1 900 kN , specifik impuls 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk har meddelat att Raptor-motorn kommer att flyga för första gången som en del av BFR [39] . I oktober 2017 förklarade han att flygtestning skulle börja med att ett fullstort fartyg (BFR upper stage) utförde "korta hopp" flera hundra kilometer höga [40] .
Den 17 september 2018, vid en presentation som presenterade den första BFR-rymdturisten , Yusaku Maezawa , uppdaterades information om raketen [12] ; egenskaperna hos Raptor-motorn tillkännagavs: målvärdet för trycket i förbränningskammaren är ungefär 300 bar [ 30 MPa ]; dragkraft cirka 200 tf [ 1 960 kN ]; potentiell specifik impuls är cirka 380 s .
Den 4 februari 2019 genomfördes flygets första brandtest[ förtydliga ] provmotor [41] [42] . Testet varade i 2 sekunder vid ett tryck på 170 bar och en dragkraft på 116 tf [ 1 137 kN ] uppnåddes, vilket är 60 % av det nominella värdet [43] .
Den 7 februari 2019 genomfördes ytterligare ett brandtest med "varma" bränslekomponenter, varefter Elon Musk rapporterade att motorn bekräftade designeffekten [44] och nådde en dragkraftsnivå på 172 tf [ 1 686 kN ] vid ett tryck i förbränningskammare på 257 bar [ 25,7 MPa ]. En ökning av dragkraften på 10–20 % antas vid användning av underkylda drivmedelskomponenter [45] .
I augusti 2019 testades den under flygningen av Starhopper . [46]
Den 5 augusti 2020 ägde ett test "hopp" av prototypen Starship (SN5) med en Raptor SN27-motor under 150 m [47] ; Sedan dess har flera fler sådana tester genomförts.
Raptor-2 är en ny version av Raptor-motorn, som är en fullständig omarbetning av motorn i den första versionen. Ingenjörer gjorde sig av med flaretändarna i huvudförbränningskammaren, turbinen och elektroniken gjordes om och den kritiska delen av munstycket utökades. Motorn gjorde sig av med ett stort antal sensorer och tillhörande rörledningar, som var nödvändiga i den första versionen för felsökning. Många flänsanslutningar har ersatts av svetsning. Alla dessa förbättringar minskar motorns komplexitet avsevärt, gör den billigare att tillverka och minskar felpunkter.
Det kommer att finnas 3 versioner av Raptor-2-motorn totalt: med en kardan för att avleda dragkraftsvektorn, utan en kardan och en version för att arbeta i ett vakuum.
Just nu[ när? ] Raptor-2 jämfört med Raptor-1 har följande egenskaper:
Raptor-1 | Raptor-2 | |
---|---|---|
Vikt (ca), kg | 2000 | 1600 |
Dragkraft (vid havsytan), tf | 185 | 230 |
Tryck i förbränningskammaren, bar | 250 | 300 |
Specifik impuls, sek | 330 | 327 |
Från 2009 till 2015 finansierades utvecklingen av motorn av investeringar från SpaceX, utan att locka finansiering från den amerikanska regeringen [48] [28] .
Den 13 januari 2016 ingick det amerikanska flygvapnet ett avtal med SpaceX om att utveckla en prototyp Raptor-motor för de övre stegen av Falcon 9 och Falcon Heavy bärraketer , med finansiering på 33,7 miljoner dollar från flygvapnet och minst 67,3 miljoner dollar från sidorna av SpaceX. Kontraktet beräknades vara klart senast den 31 december 2018 [49] [50] [51] .
Den 9 juni 2017 ändrade det amerikanska flygvapnet avtalet och ökade finansieringsbeloppet från sin sida med 16,9 miljoner dollar, utan att specificera målen [49] [52] .
Den 19 oktober 2017 försåg det amerikanska flygvapnet SpaceX med 40,8 miljoner dollar i ytterligare finansiering för att utveckla Raptor-raketmotorprototypen [49] [53] .
Den 22 december 2017 gav det amerikanska flygvapnet SpaceX ytterligare 6,5 miljoner dollar i finansiering för att utveckla Raptor-raketmotorprototypen [49] .
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Transport |
| |||||||||||||||
Motorer |
| |||||||||||||||
Uppdrag |
| |||||||||||||||
startramper _ | ||||||||||||||||
landningsplattor _ | ||||||||||||||||
Kontrakt | ||||||||||||||||
Program | ||||||||||||||||
Personer |
| |||||||||||||||
Icke-flygande fordon och framtida uppdrag är i kursiv stil . Tecknet † indikerar misslyckade uppdrag, förstörda fordon och övergivna platser. |