Raptor (motor cohete)
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|---|---|
| LRE "Raptor" en la planta de Hawthorne. | |
| Tipo de | LRE |
| Combustible | gas natural licuado [1] |
| oxidante | oxígeno líquido [1] |
| País | EE.UU |
| Uso | |
| Solicitud | Starship/Super Heavy (planeado) |
| Producción | |
| Constructor | SpaceX , Estados Unidos |
| Opciones | Nivel del mar / Vacío |
Características de peso y tamaño. |
|
| Altura | 3,1 metros [2] |
| Diámetro | 1,3 metros [2] |
| Características de funcionamiento | |
| empuje | 2000 kN [3] |
| Impulso específico | 330 segundos [2] / 375 segundos [2] |
| Presión en la cámara de combustión | 33 MPa ( 336,5 kgf /cm² ) [4] |
| Grado de expansión | 40 [5] / 200 [5] |
| Archivos multimedia en Wikimedia Commons | |
El Raptor es un motor de cohete de propulsante líquido desarrollado por SpaceX . Se planea usar un motor de ciclo cerrado con gasificación completa de los componentes propulsores que funcionan con metano líquido [6] y oxígeno [7] en la nave espacial Starship y el propulsor Super Heavy .
Construcción
El motor Raptor usa el circuito cerrado más eficiente con gasificación completa de los componentes del combustible , a diferencia de otro motor SpaceX, Merlin , que tiene un sistema generador de gas de ciclo abierto más simple [8] [9] (el ciclo cerrado se usó en los motores principales de el Shuttle - RS-25 y en varios motores de cohetes rusos, por ejemplo, en RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
Cuando se utiliza un ciclo de gasificación de componentes completos , donde casi todo el oxígeno con una pequeña fracción de metano impulsará la turbobomba del oxidante y casi todo el metano con una pequeña fracción de oxígeno impulsará la turbobomba de combustible, tanto el oxidante como las corrientes de combustible se gasificarán completamente por separado. generadores de gas antes de entrar en la cámara de combustión.
El LRE se fabrica de acuerdo con un esquema de dos ejes para suministrar componentes de combustible (el metano solo puede filtrarse en las rutas de metano y oxígeno solo en la ruta de oxígeno, en contraste, por ejemplo, con el RS-25, donde, para evitar fugas a lo largo el eje de la turbina, en el que se encuentran las bombas de ambos componentes, en el sello se suministra helio)[ aclarar ] y también cuenta con un sistema de presurización de los tanques de componentes de combustible con gases apropiados, lo que elimina la necesidad de helio.
El motor utiliza componentes de combustible sobreenfriados, lo que permite aumentar la masa de combustible en los tanques al aumentar su densidad, aumenta el impulso específico , el empuje y también reduce el riesgo de cavitación en las turbobombas [9] .
El encendido del combustible durante el lanzamiento en tierra y en vuelo se lleva a cabo mediante un sistema de encendido por chispa , que elimina la necesidad de una mezcla pirofórica de trietilaluminio - trietilborano para encender los motores en la familia de vehículos de lanzamiento Falcon [9] .
En el futuro, es posible crear varias modificaciones del motor Raptor. En el propulsor Super Heavy , sólo los propulsores centrales utilizados para el aterrizaje tendrán un sistema cardán y acelerador . Los motores del anillo exterior se simplificarán tanto como sea posible para reducir el costo y el peso seco del propulsor, así como para aumentar el empuje y la confiabilidad. [10] .
Las características declaradas del motor Raptor durante el proceso de diseño durante 2012-2017 variaron en un amplio rango, desde el alto valor del empuje hueco objetivo de 8200 kN [11] hasta el último empuje mucho más bajo de 1900 kN .
A partir de 2018, se espera que el motor tenga un impulso específico de 380 s en el espacio vacío y 330 s cerca del suelo [12] [2] .
Características
| Característica [13] | Sentido |
|---|---|
| Empuje al nivel del mar de la Tierra, kN | 3050 |
| Impulso específico al nivel del mar terrestre, s | 334.1 |
| Empuje en vacío, kN | 3290 |
| Impulso específico en el vacío, s | 360.3 |
| Consumo de comburente (oxígeno, LOX), kg/s | 724 |
| Consumo de combustible (metano, CH4), kg/s | 206.5 |
| Consumo de combustible (oxígeno + metano), kg/s | 930.5 |
| Relación de combustible | 3.506 |
| Presión en la cámara de combustión, MPa | treinta |
| Presión en la sección de salida de la boquilla, MPa | 0.0735 |
| Velocidad en la sección de salida de la boquilla, m/s | 3450 |
Desarrollo
El 18 de junio de 2009, en el simposio "Innovaciones en órbita: una exploración del transporte comercial de tripulación y carga" del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica , Max Wozoff mencionó públicamente el proyecto del motor cohete Raptor por primera vez. tiempo. El proyecto implicó el uso de un par de combustible de oxígeno-hidrógeno. [14] [15]
El 28 de julio de 2010, en la 46.ª Conferencia de Propulsión Conjunta del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica, el Director del Centro de Pruebas MacGregor de SpaceX, Tom Markusic , presentó información las etapas iniciales de diseño de dos familias de vehículos de lanzamiento de etapas y dos nuevos motores de cohetes para a ellos. El motor alimentado con queroseno /oxígeno líquido Merlin 2 para las primeras etapas del Falcon X, se planificó que el Falcon XX fuera capaz de alcanzar un empuje de 1 700 000 lbf [ 7562 kN ] al nivel del mar y 1 920 000 lbf [ 8540 kN ] en el vacío , lo que lo convertiría en el motor más potente de su clase. [16] . El motor Raptor, que usaba hidrógeno líquido y oxígeno líquido, tenía un empuje de 667 kN [ 150 000 lbf ] y un impulso específico de 470 s en el vacío , estaba destinado a las etapas superiores de los vehículos de lanzamiento superpesados . [17] [18] [15]
En octubre de 2012, SpaceX anunció el trabajo en un motor de cohete que sería varias veces más potente que los motores Merlin 1 y no usaría propulsor RP-1 . El motor estaba destinado a un vehículo de lanzamiento de próxima generación, con nombre en código MCT , capaz de entregar una carga útil de 150 a 200 toneladas a la órbita terrestre baja , lo que supera las capacidades del SLS de la NASA . [19] [15]
Anuncio y desarrollo de nodos
El 16 de noviembre de 2012, durante un discurso en la Royal Society of Aeronautics de Londres , Elon Musk anunció por primera vez el desarrollo del motor Raptor que utiliza metano como combustible . [20] [7] [8] [21] [17] [18]
En octubre de 2013, SpaceX anunció el inicio de las pruebas de los componentes del motor de metano en el Centro Espacial John Stennis . [22] [23] Clasificación de empuje del motor anunciada por primera vez en 661 000 lbf [ 2942 kN ]. [24] [15]
El 19 de febrero de 2014, el vicepresidente de desarrollo de motores de SpaceX, Thomas Muller , hablando en el evento "Explorando la próxima frontera: la comercialización del espacio está despegando" en Santa Bárbara , anunció que el motor Raptor en desarrollo sería capaz de desarrollar 1,000,000 lbf [ 4448 kN ]. El impulso específico será de 321 s al nivel del mar y de 363 s en el espacio vacío. [25] [17] [18] [15]
El 9 de junio de 2014, en la conferencia Space Propulsion 2014 en Colonia , Thomas Müller anunció que SpaceX está desarrollando un motor Raptor reutilizable para un cohete pesado diseñado para volar a Marte . Se planeó que el empuje del motor para la primera etapa fuera de 705 tf [ 6,914 kN ], lo que lo habría hecho un poco más poderoso que el motor Apollo F-1 . Versión de gran altitud del motor: empuje 840 tf [ 8 238 kN ], impulso específico 380 s . La portavoz del Centro Stennis, Rebecca Strecker, dijo que la compañía está probando componentes de motores a pequeña escala en las instalaciones de E-2 en Mississippi . [26] [27] [11] [15]
A fines de 2014, SpaceX completó las pruebas del jet principal . En el verano de 2015, el equipo del banco de pruebas E-2 completó una prueba a gran escala del generador de gas oxígeno del nuevo motor . De abril a agosto se realizaron 76 pruebas de fuego del generador de gas con un tiempo total de funcionamiento de unos 400 segundos. [28]
El 6 de enero de 2015, Elon Musk declaró que el objetivo es un empuje del motor de poco más de 230 tf [ 2256 kN ], que es mucho más bajo que lo indicado anteriormente. [29] [15]
Pruebas de motores
El 26 de septiembre de 2016, Elon Musk tuiteó dos fotos de la primera prueba del motor Raptor completo en las instalaciones de prueba McGregor de SpaceX. [30] [31] [32] Musk informó que el rendimiento objetivo es un impulso específico de vacío de 382 s , con una relación de expansión de la boquilla de 150, un empuje de 3000 kN y una presión en la cámara de combustión de 300 bar [ 30 MPa ]. [33] [34] [35] El 27 de septiembre, aclaró que un factor de expansión de 150 es para la muestra de prueba, la versión de vacío tendrá un factor de expansión de 200. [36] Los detalles se resumieron en un artículo sobre el Raptor . motor publicado la semana siguiente. [9]
El 27 de septiembre de 2016, en el 67° Congreso Astronáutico Internacional Anual en Guadalajara , Elon Musk presentó los detalles del concepto ITS . [37] Se dieron las características del motor Raptor: presión en la cámara de combustión 300 bar [ 30 MPa ]; la posibilidad de estrangular el empuje en el rango de 20-100%; empuje nominal 3.050 kN , impulso específico 334 s , relación de dilatación 40; para la versión de vacío - empuje 3.500 kN , impulso específico 382 s , relación de expansión 200. [5] [15]
En septiembre de 2017, el motor de prueba, en el que se utilizó una aleación que aumenta la resistencia a la oxidación de los elementos de la turbobomba de oxígeno , operando con una presión en la cámara de combustión de 200 bar y desarrollando un empuje de 1.000 kN , superó 42 pruebas de fuego en banco. con un tiempo total de funcionamiento de 1200 segundos. La prueba más larga duró 100 segundos. [2] [38] [15]
El 29 de septiembre de 2017, como parte del 68º Congreso Astronáutico Internacional anual en Adelaida , Elon Musk presentó un nuevo concepto, cuyo nombre en código es BFR [39] . Las especificaciones del motor Raptor han cambiado: presión de la cámara de combustión 250 bar [ 25 MPa ]; empuje 1.700 kN , impulso específico 330 s ; para la versión hueca - empuje 1.900 kN , impulso específico 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk ha anunciado que el motor Raptor volará por primera vez como parte del BFR [39] . En octubre de 2017, explicó que las pruebas de vuelo comenzarían con un barco de tamaño completo (etapa superior BFR) realizando "saltos cortos" de varios cientos de kilómetros de altura [40] .
El 17 de septiembre de 2018, en una presentación que contó con el primer turista espacial BFR , Yusaku Maezawa , se actualizó la información sobre el cohete [12] ; se anunciaron las características del motor Raptor: el valor objetivo de la presión en la cámara de combustión es de aproximadamente 300 bar [ 30 MPa ]; empuje de unas 200 tf [ 1960 kN ]; El impulso específico potencial es de unos 380 s .
El 4 de febrero de 2019, la primera prueba de fuego del vuelo .[ aclarar ] motor de ejemplo [41] [42] . La prueba duró 2 segundos a una presión de 170 bar , y se logró un empuje de 116 tf [ 1.137 kN ], que es el 60% del valor nominal [43] .
El 7 de febrero de 2019, se llevó a cabo otra prueba de fuego con componentes de combustible "tibio", luego de lo cual Elon Musk informó que el motor confirmó la potencia de diseño [44] , alcanzando un nivel de empuje de 172 tf [ 1686 kN ] a una presión en el cámara de combustión de 257 bar [ 25,7 MPa ]. Se asume un aumento en el empuje del 10 al 20% cuando se usan componentes propulsores sobreenfriados [45] .
En agosto de 2019, se probó durante el vuelo del Starhopper . [46]
El 5 de agosto de 2020 se realizó un "salto" de prueba del prototipo Starship (SN5) con motor Raptor SN27 para 150 m [47] ; Desde entonces, se han llevado a cabo varias pruebas más de este tipo.
Raptor 2
Raptor-2 es una nueva versión del motor Raptor, que es una reelaboración completa del motor de la primera versión. Los ingenieros se deshicieron de los encendedores de bengalas en la cámara de combustión principal, se rediseñaron la turbina y la electrónica, y se aumentó la sección crítica de la boquilla. El motor eliminó una gran cantidad de sensores y tuberías asociadas, que eran necesarios en la primera versión para la depuración. Muchas conexiones de brida han sido reemplazadas por soldadura. Todas estas mejoras reducen significativamente la complejidad del motor, abaratan su fabricación y reducen los puntos de falla.
Habrá 3 versiones del motor Raptor-2 en total: con cardán para desviar el vector de empuje, sin cardán y una versión para trabajar en el vacío.
En este momento[ ¿cuándo? ] Raptor-2 en comparación con Raptor-1 tiene las siguientes características:
| rapaz-1 | Raptor-2 | |
|---|---|---|
| Peso (aprox.), kg | 2000 | 1600 |
| Empuje (al nivel del mar), tf | 185 | 230 |
| Presión en la cámara de combustión, bar | 250 | 300 |
| Impulso específico, seg. | 330 | 327 |
Financiamiento
De 2009 a 2015, el desarrollo del motor fue financiado por inversiones de SpaceX, sin atraer fondos del gobierno de EE . UU . [48] [28] .
El 13 de enero de 2016, la Fuerza Aérea de EE. UU. firmó un acuerdo con SpaceX para desarrollar un prototipo de motor Raptor para las etapas superiores de los vehículos de lanzamiento Falcon 9 y Falcon Heavy , con una financiación de 33,7 millones de dólares de la Fuerza Aérea y al menos 67,3 millones de dólares desde los lados de SpaceX. Se esperaba que el contrato se completara a más tardar el 31 de diciembre de 2018 [49] [50] [51] .
El 9 de junio de 2017, la Fuerza Aérea de EE. UU. cambió el acuerdo, aumentando la cantidad de fondos de su parte en $16,9 millones, sin especificar los objetivos [49] [52] .
El 19 de octubre de 2017, la Fuerza Aérea de EE. UU. otorgó a SpaceX $40,8 millones en fondos adicionales para desarrollar el prototipo de motor de cohete Raptor [49] [53] .
El 22 de diciembre de 2017, la Fuerza Aérea de EE. UU. proporcionó a SpaceX $ 6,5 millones adicionales en fondos para desarrollar el prototipo de motor de cohete Raptor [49] .
Véase también
- Sistema de Transporte Interplanetario (anteriormente Mars Colonial Transporter )
- Comparación de motores de cohetes orbitales
- Raptor 2 [54]
Enlaces
- ¿Es el motor Raptor de SpaceX el rey de los motores de cohetes? // diarioastronauta.com
Notas
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- ↑ Contratos del 19 de octubre de 2017 . Número de publicación: CR-203-17 . Departamento de Defensa de EE. UU. (19 de octubre de 2017). - "Space Exploration Technologies Corp., Hawthorne, California, recibió una modificación de $ 40,766,512 (P00007) para el desarrollo del prototipo del sistema de propulsión de cohetes Raptor para el programa Evolved Expendable Launch Vehicle". Consultado el 9 de febrero de 2019. Archivado desde el original el 10 de febrero de 2019.
- ↑ ¿Por qué Elon Musk necesita el cohete más grande de la historia ? // hi-tech.mail.ru
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