Raptor ("Raptor") | |
---|---|
LRE "Raptor" a Hawthorne-i üzemben. | |
Típusú | LRE |
Üzemanyag | cseppfolyósított földgáz [1] |
Oxidálószer | folyékony oxigén [1] |
Ország | USA |
Használat | |
Alkalmazás | Csillaghajó/Szupernehéz (tervben) |
Termelés | |
Konstruktőr | SpaceX , USA |
Lehetőségek | Tengerszint / Vákuum |
Súly és méret jellemzői |
|
Magasság | 3,1 m [2] |
Átmérő | 1,3 m [2] |
Működési jellemzők | |
tolóerő | 2000 kN [3] |
Specifikus impulzus | 330 s [2] / 375 s [2] |
Nyomás az égéstérben | 33 MPa ( 336,5 kgf / cm² ) [4] |
Bővítési fokozat | 40 [5] / 200 [5] |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
A Raptor egy folyékony hajtóanyagú rakétamotor, amelyet a SpaceX fejlesztett ki . A folyékony metánnal [6] és oxigénnel [7] működő hajtóanyag-komponensek teljes gázosításával zárt ciklusú hajtóművet a tervek szerint a Starship űrhajókon és a Super Heavy boosteren alkalmaznák .
A Raptor motor a leghatékonyabb zárt kört használja az üzemanyag-alkatrészek teljes elgázosításával , ellentétben egy másik SpaceX motorral - a Merlin - nel , amely egy egyszerűbb nyílt ciklusú gázgenerátor rendszerrel rendelkezik [8] [9] (a zárt ciklust a főmotorokon használták a Shuttle - RS-25 és számos orosz rakétahajtóműben, például RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
Teljes komponens elgázosítási ciklus használatakor , ahol szinte az összes oxigén kis hányadával metán meghajtja az oxidáló turbószivattyút , és majdnem az összes metán kis hányadával az üzemanyag turbószivattyút, az oxidálószer és az üzemanyagáramok külön-külön teljesen elgázosodnak. gázgenerátorokat az égéstérbe való belépés előtt.
Az LRE kéttengelyes séma szerint készül az üzemanyag-alkatrészek ellátására (a metán csak a metánba, az oxigén csak az oxigénútba szivároghat, ellentétben például az RS-25-tel, ahol a szivárgás elkerülése érdekében a turbinatengely, amelyen mindkét alkatrész szivattyúja található, a tömítésbe héliumot szállítanak)[ pontosítás ] , valamint megfelelő gázokkal ellátott üzemanyag-alkatrész-tartályok túlnyomásos rendszere is van, ami kiküszöböli a hélium szükségességét.
A motor túlhűtött üzemanyag-komponenseket használ, ami lehetővé teszi a tartályokban lévő üzemanyag tömegének növelését a sűrűség növelésével, növeli a fajlagos impulzust , a tolóerőt, valamint csökkenti a kavitáció kockázatát a turbószivattyúkban [9] .
Az üzemanyag gyújtását a földön és repülés közben szikragyújtású rendszer végzi , ami kiküszöböli a trietil - alumínium - trietilborán pirofor keverékének szükségességét a Falcon hordozórakéta-család motorjainak begyújtásához [9] .
A jövőben lehetőség nyílik a Raptor motor számos módosításának létrehozására. A Super Heavy boosterben csak a leszálláshoz használt középső tolómotorok rendelkeznek kardán- és fojtószelep -rendszerrel . A külső gyűrűs motorokat a lehető legnagyobb mértékben leegyszerűsítik, hogy csökkentsék a nyomásfokozó költségeit és száraz tömegét, valamint növeljék a tolóerőt és a megbízhatóságot. [10] .
A Raptor motor deklarált jellemzői a tervezési folyamat során 2012 és 2017 között széles tartományban változtak, a 8200 kN -os cél üreges tolóerő [11] magas értékétől a késői, sokkal alacsonyabb, 1900 kN -os tolóerőig .
2018-tól a hajtómű fajlagos impulzusa üres térben 380 s , a talaj közelében pedig 330 s lesz [12] [2] .
Szolgáltatás [13] | Jelentése |
---|---|
Tolóerő a Föld tengerszintjén, kN | 3050 |
Fajlagos impulzus a Föld tengerszintjén, s | 334.1 |
Tolóerő vákuumban, kN | 3290 |
Fajlagos impulzus vákuumban, s | 360,3 |
Oxidálószer fogyasztás (oxigén, LOX), kg/s | 724 |
Üzemanyag fogyasztás (metán, CH4), kg/s | 206,5 |
Üzemanyag fogyasztás (oxigén + metán), kg/s | 930,5 |
Üzemanyag arány | 3.506 |
Nyomás az égéstérben, MPa | harminc |
Nyomás a fúvóka kimeneti szakaszában, MPa | 0,0735 |
Sebesség a fúvóka kimeneti részében, m/s | 3450 |
2009. június 18-án, az American Institute of Aeronautics and Astronautics "Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation" szimpóziumán Max Wozoff először említette nyilvánosan a Raptor rakétamotor projektet. idő. A projektben oxigén-hidrogén üzemanyagpárt használtak. [14] [15]
2010. július 28-án, az Amerikai Repülési és Űrhajózási Intézet 46. Közös Propulziós Konferenciáján a SpaceX MacGregor tesztüzem igazgatója, Tom ismertetett két kétlépcsős - család és két új rakétahajtómű- család tervezési szakaszairól. őket. A Merlin 2 kerozin /folyékony oxigén üzemanyaggal működő motor a Falcon X első szakaszaihoz, a Falcon XX a tervek szerint 1 700 000 lbf [ 7562 kN ] tolóerőre képes legyen tengerszinten és 1 920 000 lbf [ 8 540 kN , kategóriája legerősebb motorjává tenné. [16] . A folyékony hidrogént és folyékony oxigént használó , 150 000 lbf [ 667 kN ] tolóerővel és vákuumban 470 másodperces fajlagos impulzussal rendelkező Raptor motort a szupernehéz hordozórakéták felső fokozataiba szánták . [17] [18] [15]
2012 októberében a SpaceX bejelentette, hogy egy rakétahajtóművel foglalkozik, amely többszörösen erősebb lenne, mint a Merlin 1 hajtóművek , és nem használna RP-1 hajtóanyagot . A motort egy következő generációs, MCT kódnevű hordozórakétához tervezték, amely 150-200 tonnás hasznos terhet képes alacsony Föld körüli pályára szállítani , ami meghaladja a NASA SLS képességeit . [19] [15]
2012. november 16-án a londoni Royal Society of Aeronautics előadásában Elon Musk először jelentette be a metánt üzemanyagként használó Raptor motor kifejlesztését. [20] [7] [8] [21] [17] [18]
2013 októberében a SpaceX bejelentette, hogy megkezdi a metánmotor-alkatrészek tesztelését a John Stennis Űrközpontban . [22] [23] Az első alkalommal bejelentett motor tolóerő 661 000 lbf [ 2942 kN ]. [24] [15]
2014. február 19-én a SpaceX motorfejlesztésért felelős alelnöke, Thomas Muller a Santa Barbarában tartott "Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off" rendezvényen beszédében bejelentette, hogy a fejlesztés alatt álló Raptor motor 1 000 000 motor fejlesztésére lesz képes. lbf [ 4448 kN ]. A fajlagos impulzus 321 s tengerszinten és 363 s üres térben. [25] [17] [18] [15]
2014. június 9-én, a kölni Space Propulsion 2014 konferencián Thomas Müller bejelentette, hogy a SpaceX újrafelhasználható Raptor motort fejleszt egy olyan nehéz rakétához, amelyet a Marsra való repülésre terveztek . A motor tolóereje az első szakaszban 705 tf [ 6914 kN ] volt, ami valamivel erősebbé tette volna, mint az Apollo F-1 motorja . A motor nagy magasságú változata - tolóerő 840 tf [ 8 238 kN ], fajlagos impulzus 380 s . A Stennis Center szóvivője, Rebecca Strecker elmondta, hogy a vállalat kisméretű motoralkatrészeket tesztel a Mississippi államban található E-2 létesítményben . [26] [27] [11] [15]
2014 végén a SpaceX befejezte a fő sugárhajtómű tesztelését . 2015 nyarán az E-2 tesztpad csapata befejezte az új motor oxigéngáz -generátorának teljes körű tesztelését. Áprilistól augusztusig a gázgenerátor 76 tűzpróbáját végezték el, összesen mintegy 400 másodperces üzemidővel. [28]
2015. január 6-án Elon Musk kijelentette, hogy a cél valamivel több, mint 230 tf [ 2256 kN ] motor tolóerő, ami jóval alacsonyabb a korábban közöltnél. [29] [15]
2016. szeptember 26-án Elon Musk Twitteren közzétett két fotót a teljes Raptor motor első tesztfutásáról a SpaceX McGregor tesztüzemében. [30] [31] [32] Musk arról számolt be, hogy a célteljesítmény egy 382 s vákuum-specifikus impulzus, 150 fúvóka tágulási arány, 3000 kN tolóerő és 300 bar nyomás az égéstérben [ 30 ] MPa ]. [33] [34] [35] Szeptember 27-én tisztázta, hogy a tesztminta tágulási tényezője 150, a vákuum változat tágulási tényezője 200 lesz. [36] A részleteket a Raptorról szóló cikk foglalta össze. motor a következő héten jelent meg. [9]
2016. szeptember 27-én, a 67. éves Nemzetközi Asztronautikai Kongresszuson Guadalajarában Elon Musk bemutatta az ITS koncepció részleteit . [37] A Raptor motor jellemzőit megadták: nyomás az égéstérben 300 bar [ 30 MPa ]; a fojtóerő lehetősége 20-100% tartományban; névleges tolóerő 3050 kN , fajlagos impulzus 334 s , tágulási arány 40; vákuum változatnál - tolóerő 3500 kN , fajlagos impulzus 382 s , tágulási arány 200. [5] [15]
2017 szeptemberéig a tesztmotor , amelyben az oxigénturbószivattyú elemeinek oxidációval szembeni ellenállását növelő ötvözetet használtak, 200 bar nyomással üzemel az égéstérben és 1000 kN tolóerőt fejlesztett ki , 42 próbapadi tűzteszten ment át. 1200 másodperc teljes működési idővel. A leghosszabb teszt 100 másodpercig tartott. [2] [38] [15]
2017. szeptember 29-én, a 68. éves Adelaide -i Nemzetközi Asztronautikai Kongresszus keretében Elon Musk egy új koncepciót mutatott be, a BFR kódnéven [39] . A Raptor motor specifikációi megváltoztak: az égéstér nyomása 250 bar [ 25 MPa ]; tolóerő 1700 kN , fajlagos impulzus 330 s ; üreges változatnál - tolóerő 1900 kN , fajlagos impulzus 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk bejelentette, hogy a Raptor motor először repül majd a BFR részeként [39] . 2017 októberében kifejtette, hogy a repülési tesztelést egy teljes méretű hajóval (BFR felső szakasz) kezdik, amely több száz kilométer magas "rövid ugrásokat" hajt végre [40] .
2018. szeptember 17-én az első BFR űrturistát , Yusaku Maezawát bemutató előadáson frissítették a rakétával kapcsolatos információkat [12] ; bejelentették a Raptor motor jellemzőit: az égéstérben a nyomás célértéke körülbelül 300 bar [ 30 MPa ]; tolóerő körülbelül 200 tf [ 1960 kN ]; A potenciális fajlagos impulzus körülbelül 380 s .
2019. február 4-én a repülés első tűzpróbája[ pontosítás ] mintamotor [41] [42] . A teszt 2 másodpercig tartott 170 bar nyomáson , és 116 tf [ 1137 kN ] tolóerőt értek el, ami a névleges érték 60%-a [43] .
2019. február 7-én egy újabb tűztesztet hajtottak végre "meleg" üzemanyag-komponensekkel, ami után Elon Musk arról számolt be, hogy a motor megerősítette a tervezett teljesítményt [44] , és elérte a 172 tf [ 1686 kN ] tolóerőt a motorban lévő nyomáson. 257 bar nyomású égéstér [ 25,7 MPa ]. Túlhűtött hajtóanyag-komponensek használata esetén a tolóerő 10-20%-os növekedését feltételezzük [45] .
2019 augusztusában a Starhopper repülése során tesztelték . [46]
2020. augusztus 5-én megtörtént a Starship (SN5) prototípusának Raptor SN27 motorral 150 méteres próba "ugrása" [47] ; Azóta több ilyen tesztet is végeztek.
A Raptor-2 a Raptor motor új verziója, amely az első verzió motorjának teljes átdolgozása. A mérnökök megszabadultak a fáklyás gyújtóktól a fő égéstérben, áttervezték a turbinát és az elektronikát, és megnövelték a fúvóka kritikus szakaszát. A motor megszabadult számos érzékelőtől és a kapcsolódó csövektől, amelyek az első verzióban szükségesek voltak a hibakereséshez. Sok karimás csatlakozást hegesztéssel helyettesítettek. Mindezek a fejlesztések jelentősen csökkentik a motor összetettségét, olcsóbbá teszik a gyártást, és csökkentik a meghibásodási pontokat.
A Raptor-2 motornak összesen 3 változata lesz: kardánnal a tolóerővektor eltérítésére, kardán nélküli és vákuumban történő munkavégzéshez.
Pillanatnyilag[ mikor? ] A Raptor-2 a Raptor-1-hez képest a következő jellemzőkkel rendelkezik:
Raptor-1 | Raptor-2 | |
---|---|---|
Súly (kb.), kg | 2000 | 1600 |
Tolóerő (tengerszinten), tf | 185 | 230 |
Nyomás az égéstérben, rúdban | 250 | 300 |
Fajlagos impulzus, sec | 330 | 327 |
2009 és 2015 között a motor fejlesztését a SpaceX befektetései finanszírozták, anélkül, hogy az Egyesült Államok kormányától finanszírozást vontak volna be [48] [28] .
2016. január 13-án az Egyesült Államok légiereje megállapodást kötött a SpaceX -szel egy Raptor hajtómű prototípusának kifejlesztéséről a Falcon 9 és Falcon Heavy hordozórakéták felső szakaszaihoz, a légierő 33,7 millió dolláros és legalább 67,3 millió dolláros támogatásával. a SpaceX oldalairól. A szerződést legkésőbb 2018. december 31-ig kellett befejezni [49] [50] [51] .
2017. június 9-én az Egyesült Államok légiereje módosította a megállapodást, 16,9 millió dollárral növelve a saját oldaláról származó finanszírozás összegét anélkül, hogy meghatározta volna a célokat [49] [52] .
2017. október 19-én az amerikai légierő 40,8 millió dolláros kiegészítő finanszírozást biztosított a SpaceX számára a Raptor rakétahajtómű prototípusának kifejlesztéséhez [49] [53] .
2017. december 22-én az amerikai légierő további 6,5 millió dolláros támogatást biztosított a SpaceX számára a Raptor rakétahajtómű prototípusának kifejlesztéséhez [49] .
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Szállítás |
| ![]() | ||||||||||||||
Motorok |
| |||||||||||||||
Küldetések |
| |||||||||||||||
kilövőállások _ | ||||||||||||||||
leszállópadok _ | ||||||||||||||||
Szerződések | ||||||||||||||||
Programok | ||||||||||||||||
Személyek |
| |||||||||||||||
A nem repülő járművek és a jövőbeli küldetések dőlt betűvel vannak szedve . A † jel sikertelen küldetéseket, megsemmisült járműveket és elhagyott helyszíneket jelez. |