Раптор (ракетни мотор)

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
Прво паљење скалиране верзије мотора 25. септембра 2016. године у Мекгрегору

Раптор (енгл. Raptor) је први од целе фамилије ракетних мотора која је тренутно у фази развоја од стране америчке аеронаутичке компаније Спејс екс (SpaceX). Овај мотор биће коришћен у првом и другом степену ракета-носача тешке категорије, које су тренутно такође у фази развоја. Мотор ће као гориво користити метан и течни кисеоник[1], за разлику од мотора Мерлин 1 исте компаније који се тренутно користе за погон ракете Фалкон 9, а који као гориво користи гориво РП-1 и течни кисеоник. У почетним фазама развоја, као гориво се наводио течни водоник (LH2), али је касније објављено да су се планови променили и да се као гориво користи метан. У почетку је планирано да мотор Раптор има преко десет пута већи потисак од мотора Мерлин 1D који се тренутно користи за погон ракете Фалкон 9, али је то касније умањено и тренутно се планира да потисак буде три пута већи.

Планирано је да се развије цела фамилија мотора „која ће моћи вишекратно да се користи и која ће се користити за погон ракета-носача компаније Спејс екс наменски конструисаних за истраживање свемира и које ће у будућности бити превозно средство за колонизацију Марса“.[2]

Развој се финансира из приватних средстава компаније Спејс екс, уз додатна улагања Америчког ратног ваздухопловства.[3][4]

Историја[уреди]

Мотор Раптор се први пут помиње 2009. године када је о њему говорио Макс Возоф, инжењер компаније Спејс екс.[5] У априлу 2011. године само мали број инжењера радио је на развоју овог мотора, за који се у то време наводило да је намењен за употребу у другом или трећем степену ракете-носача и да ће као гориво користити LH2/LOX.[6] Касније исте године поново се причало о развоју Раптора.[7] Коначно, у марту 2012. године, у медијима се појавила вест да се озбиљно ради на развоју мотора, али јавности нису презентовани детаљи о техничким спецификацијама.[8]

У октобру 2012. године, компанија Спејс екс објавила је да ради пуном паром на развоју ракетног мотора „који ће производити неколико пута више потиска од мотора Мерлин, и неће користити гориво које користи овај мотор – РП-1“, али је одбила да појасни које ће гориво бити коришћено.[9] Компанија је најавила да ће технички детаљи бити доступни у року „од једне до три године“ и да је нови мотор намењен за коришћење у новој ракети-носачу, која ће користити више ових мотора за погон, и која ће моћи да достави терет масе 150 – 200.000 килограма у НЗО, чиме би надмашила и ракету коју тренутно развија агенција НАСА за путовање људи до астероида и касније до МарсаСвемирски лансирни систем (СЛС).[9]

Ово је допуњено следећег месеца, у новембру 2012. године, када је извршни директор компаније Илон Маск објавио да одсек компаније који се бави погонским јединицама (моторима) креће у новом смеру – окреће се развоју ракетних мотора који ће као гориво користити течни метан.[1] Надовезао се да ће концепт новог мотора, којем је дат привремени назив Раптор (енгл. Raptor), бити заснован на течном метану као погонском гориву[1], и да је ово гориво најбољи избор за планирану колонизацију Марса.[10]

Термин Раптор први пут се помиње 2009. године од стране компаније Спејс екс, и у почетку се односио само на развој ракетног мотора за горње степене ракете (други, трећи...)[5] – изјава из 2012. Илона Маска говори да се и даље радило само о мотору за горње степене[11] – али почетком 2014. године компанија потврђује да ће се мотор користити и у другом степену ракете, али и у првом степену (језгру) транспортера за колонизацију Марса, нове мега-ракете чији ће пречник језгра бити 10 метара. Свако од језгара ће користити девет мотора Раптор груписаних по сличном принципу као што су мотори Мерлин распоређени код језгра ракете Фалкон 9 v1.1 (тзв. „октавеб“ конфигурација).[10]

Информације које су представљене јавности у новембру 2012. указују да компанија Спејс екс можда има на уму да развије фамилију ракетних мотора базираних на дизајну Раптора.[12] Ово је компанија потврдила у октобру 2013. године.[2] Међутим, Гвејн Шотвел из компаније Спејс екс појаснила је у марту 2014. године да је фокус на конструкцији мотора Раптор у пуној величини, и да није планирано да се претходно конструишу мањи модели овог мотора.[13]

У октобру 2013. Спејс екс је објавио да ће тестирање мотора Раптор бити спроведено у Свемирском центру Стенис у округу Хенкок у Мисисипију[14][15], и да ће компанија уложити у изградњу потребне инфраструктуре како би могла да се врше тестирања мотора погоњених течним метаном.[16] У априлу 2014. компанија Спејс екс завршила је потребне радове како би тестирање могло да се спроведе и очекивало се да само тестирање мотора Раптор започне крајем маја 2014. године.[17]

У октобру 2013. је такође први пут објављено колики ће потисак производити нови мотор – 2.940 kN[2] – мада је компанија већ почетком 2014. изјавила да ће коначна верзија Раптора производити још већи потисак. У фебруару 2014. Том Мјулер (енгл. Tom Mueller), шеф одсека за развој ракетних мотора у компанији Спејс екс, у интервјуу је изјавио да се Раптор развија тако да ракета-носач са девет ових мотора може „да достави преко 100 тона терета на површину Марса“, и да ће мотор бити моћнији него што се раније говорило – производиће више од 4.400 kN.[18][10] Мјулер је затим у јуну исте године изнео детаљније техничке карактеристике, попут потиска од чак 6.900 kN на нивоу мора, 8.200 kN у вакууму, уз специфични импулс од 380 секунди.[19]

Маск је на свом Твитер налогу 26. септембра објавио две фотографије првих тетстова новог мотора.[20][21] Том приликом објавио је и да је циљани потисак у вакууму 3 MN, са притиском у комори за сагоревање од 30 MPa и специфичним импулсом од 382 секунде.[22] Пречник вакуумске верзије биће око 4 метра, а објавио је и да ће се користити вишестепене пумпе.[23][24]

Конструкција[уреди]

Поређење димензија првог степена различитих ракета-носача компаније Спејс екс: (с лева) Фалкон 9 v1.0 (из 2010.), Фалкон 9 v1.1 (из 2013.) и први степен пречника 10 метара, са 9 мотора Раптор у „октавеб“ конфигурацији, који ће се користити код транспортера за колонизацију Марса. Са слике се може видети да млазница Раптора скоро има пречник као цео први степен ракете Фалкон 9.

Мотор Раптор за гориво ће користити течни метан и течни кисеоник, и уз то његов рад биће заснован на циклусу сагоревања по фазама[11], који се разликује од отвореног циклуса гасног генератора и који се тренутно користи у моторима Мерлин.[11] Главни мотор спејс-шатла такође користи циклус сагоревања по фазама[25], као и неколико ракетних мотора развијених у Русији.[11]

Поред тога, Раптор ће користити циклус сагоревања по фазама „пуног протока“, где ће 100% оксиданса покретати турбо-пумпу кисеоника, док ће 100% горива покретати турбо-пумпу метана. Оба тока – оксиданса и горива – биће у гасној фази пре него што стигну у комору за сагоревање. Пре овог мотора, само два мотора су успешно тестирана са циклусом сагоревања „пуног протока“, попут оног који ће бити основа Раптора – совјетски РД-270, развијен и успешно тестиран 1960их, и експериментални мотор развијен од стране америчке компаније Рокетдајн почетком 21. века.[10]

Циљ инжењера компаније Спејс екс је да мотор Раптор производи 8.200 kN потиска у вакууму – 6.900 kN потиска при полетању на нивоу мора[26] – уз специфични импулс у вакууму од 380 секунди и 321 секунде на нивоу мора.[18][10] Ове вредности нису коначне и биће временом мофификоване у складу са резултатима тестирања мотора и развоја унутар компаније Спејс екс.[26]

Још неке од карактеристика циклуса сагоревања „пуног протока“ за које се инжењери надају да ће побољшати перформансе и поузданост су:[10]

  • елиминисање заптивача који се налазе између горива и оксиданса у турбо-пумпи, а који може отказати код ракетних мотора класичне конструкције
  • у систему пумпи притисак је мањи, чиме се продужава радни век система и додатно умањује ризик од квара
  • применом овог типа сагоревања може се повећати притисак у комори за сагоревање, чиме се или постижу боље перформансе мотора, или се „користе гасови ниже температуре, и тако се добијају исте перформансе као код класичног циклуса сагоревања по фазама али уз знатно смањење напрезања материјала, и тако елиминише замор метала или му се знатно смањује укупна маса“.[10]

Поређење са другим ракетним моторима[уреди]

Име мотора Потисак у вакууму
(килоњутна (kN))
Специфични импулс
у вакууму (секунди)
Однос масе
и потиска
SpaceX Раптор
(циљано[26])
3.000 363 још непознато
Blue Origin BE-4 2.400[27] још непознато још непознато
SpaceX Мерлин 1D 801[28] 309[29] 150
SpaceX Мерлин 1C 610 304[30] 96
РД-170 7.887 338 82
РД-180 4.150 338 78
РД-270 6.710 322 153,24
Главни мотор спејс-шатла 2.280 453[31] 73[32]
Рокетдајн F-1 (Сатурн V) 7.740 304[33] 83

Види још[уреди]

Референце[уреди]

  1. 1,0 1,1 1,2 Todd, David (20. 11. 2012). „Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars”. FlightGlobal Hyperbola. Приступљено 22. 11. 2012. »"We are going to do methane." Musk announced as he described his future plans for reusable launch vehicles including those designed to take astronauts to Mars within 15 years, "The energy cost of methane is the lowest and it has a slight Isp (Specific Impulse) advantage over Kerosene," said Musk adding, "And it does not have the pain in the ass factor that hydrogen has".« 
  2. 2,0 2,1 2,2 Leone, Dan (25. 10. 2013). „SpaceX Could Begin Testing Methane-fueled Engine at Stennis Next Year”. Space News. Приступљено 26. 10. 2013. 
  3. ^ Gwynne Shotwell (17. 03. 2015). „STATEMENT OF GWYNNE SHOTWELL, PRESIDENT & CHIEF OPERATING OFFICER, SPACE EXPLORATION TECHNOLOGIES CORP. (SPACEX)” (PDF). Congressional testimony. US House of Representatives, COMMITTEE ON ARMED SERVICES SUBCOMMITTEE ON STRATEGIC FORCES. стр. 14—15. Приступљено 11. 01. 2016. »SpaceX has already begun self-funded development and testing on our next-generation Raptor engine. ... Raptor development ... will not require external development funds related to this engine.« 
  4. ^ „NASA-SpaceX testing partnership going strong” (PDF). Lagniappe, John C. Stennis Space Center. NASA. септембар 2015. Приступљено 10. 01. 2016. »this project is strictly private industry development for commercial use« 
  5. 5,0 5,1 „Long term SpaceX vehicle plans”. HobbySpace.com. Архивирано из оригинала на датум 14. 02. 2010. Приступљено 13. 07. 2009. 
  6. ^ „Notes: Space Access'11: Thurs. - Afternoon session - Part 2: SpaceX”. RLV and Space Transport News. 7. 04. 2011. Архивирано из оригинала на датум 20. 03. 2012. Приступљено 8. 04. 2011. 
  7. ^ „SpaceX Raptor LH2/LOX engine”. RLV and Space Transport News. 8. 08. 2011. Архивирано из оригинала на датум 2. 11. 2011. Приступљено 9. 08. 2011. 
  8. ^ Rosenberg, Zach (16. 03. 2012). „SpaceX readies upgraded engines”. Flightglobal. Приступљено 17. 03. 2012. »SpaceX is in the midst of a variety of ambitious engine programmes, including the Merlin 2, a significant modification of the Merlin 1 series, and the Raptor upper stage engine. Details of both projects are tightly held.« 
  9. 9,0 9,1 Rosenberg, Zach (15. 10. 2012). „SpaceX aims big with massive new rocket”. Flightglobal. Приступљено 17. 10. 2012. 
  10. 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 10,6 Belluscio, Alejandro G. (7. 03. 2014). „SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power”. NASAspaceflight.com. Приступљено 7. 03. 2014. 
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 Todd, David (22. 11. 2012). „SpaceX’s Mars rocket to be methane-fuelled”. Flightglobal. Приступљено 5. 12. 2012. »Musk said Lox and methane would be SpaceX’s propellants of choice on a mission to Mars, which has long been his stated goal. SpaceX’s initial work will be to build a Lox/methane rocket for a future upper stage, codenamed Raptor. The design of this engine would be a departure from the “open cycle” gas generator system that the current Merlin 1 engine series uses. Instead, the new rocket engine would use a much more efficient “staged combustion” cycle that many Russian rocket engines use.« 
  12. ^ Todd, David (20. 11. 2012). „Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars”. FlightGlobal Hyperbola. Приступљено 22. 11. 2012. »The new Raptor upper stage engine is likely to be only the first engine in a series of lox/methane engines.« 
  13. ^ Gwynne Shotwell (21. 03. 2014). Broadcast 2212: Special Edition, interview with Gwynne Shotwell (audio file). The Space Show. Корисна информација се налази на: 21:25–22:10. 2212. Архивирано из оригинала (mp3) на датум 22. 03. 2014. Приступљено 22. 03. 2014. »our focus is the full Raptor size« 
  14. ^ „NASA Stennis Space Center to Test SpaceX Next Generation Rocket Engines Systems”. Mississippi Development Authority. 23. 10. 2013. Приступљено 27. 10. 2013. 
  15. ^ „Cochran: Space-X Decision Bodes Well for Job Growth in South Mississippi”. Senator Cochran. 23. 10. 2013. Архивирано из оригинала на датум 29. 10. 2013. Приступљено 27. 10. 2013. 
  16. ^ Messier, Doug (23. 10. 2013). „SpaceX to Conduct Raptor Engine Testing in Mississippi”. Parabolic Arc. Приступљено 23. 10. 2013. 
  17. ^ Guess, Natalie (21. 04. 2014). „NASA, SpaceX Cut Ribbon To Launch Testing Partnership”. MS EIGS. Приступљено 22. 04. 2014. [мртва веза]
  18. 18,0 18,1 „SpaceX propulsion chief elevates crowd in Santa Barbara”. Pacific Business Times. 19. 02. 2014. Приступљено 22. 02. 2014. 
  19. ^ Butler, Amy; Svitak, Amy. „AR1 vs. Raptor: New rocket program will likely pit kerosene against methane” (2014-06-09). Aviation Week & Space Technology. »SpaceX is developing the Raptor as a reusable engine for a heavy-lift Mars vehicle, the first stage of which will feature 705 metric tons of thrust, making it 'slightly larger than the Apollo F-1 engine,' Tom Mueller, SpaceX vice president of propulsion development, said during a space propulsion conference last month in Cologne, Germany. The vacuum version is targeting 840 metric tons of thrust with 380 sec. of specific impulse. The company is testing subscale components using the E-2 test stand at NASA's Stennis Space Center in Mississippi, says Stennis spokeswoman Rebecca Strecker. ... Mueller said many people ask why the company switch to methane for its Mars rocket. With reusability in mind, SpaceX's cost studies revealed that 'by far the most cost-effective propellant to use is methane,' he said, which would be easier than hydrogen to manufacture on Mars.« 
  20. ^ Musk, Elon (26. 09. 2016). „SpaceX propulsion just achieved first firing of the Raptor interplanetary transport engine”. Twitter.com. Архивирано из оригинала на датум 26. 09. 2016. Приступљено 26. 09. 2016. 
  21. ^ Musk, Elon (26. 09. 2016). „Mach diamonds”. Twitter.com. Архивирано из оригинала на датум 26. 09. 2016. Приступљено 26. 09. 2016. 
  22. ^ Musk, Elon (26. 09. 2016). „Production Raptor goal is specific impulse of 382 seconds and thrust of 3 MN (~310 metric tons) at 300 bar”. Twitter.com. Архивирано из оригинала на датум 26. 09. 2016. Приступљено 26. 09. 2016. 
  23. ^ Musk, Elon (26. 09. 2016). „based on your other specs, is that like a ~14 foot diameter nozzle? Elon Musk: pretty close”. Twitter.com. Архивирано из оригинала на датум 26. 09. 2016. Приступљено 26. 09. 2016. 
  24. ^ Musk, Elon (26. 09. 2016). „Sweet Jesus, that means you are pumping to 45-50 MPa... Surely this will be using multiple stage pumps? Elon Musk: yes”. Twitter.com. Архивирано из оригинала на датум 26. 09. 2016. Приступљено 26. 09. 2016. 
  25. ^ „Space Shuttle Main Engines”. NASA. Приступљено 6. 03. 2013. 
  26. 26,0 26,1 26,2 Bergin, Chris (29. 08. 2014). „Battle of the Heavyweight Rockets -- SLS could face Exploration Class rival”. NASAspaceflight.com. Приступљено 30. 08. 2014. 
  27. ^ Ferster, Warren (17. 09. 2014). „ULA To Invest in Blue Origin Engine as RD-180 Replacement”. Space News. Приступљено 19. 09. 2014. 
  28. ^ „SpaceX Falcon 9 product page”. Приступљено 8. 08. 2013. 
  29. ^ „Falcon Heavy Merlin Engines”. SpaceX. 12. 04. 2013. Приступљено 12. 07. 2014. 
  30. ^ „Merlin 1C”. Astronautix.com. Приступљено 2. 11. 2013. 
  31. ^ „SSME”. Astronautix.com. Приступљено 2. 11. 2013. 
  32. ^ „Encyclopedia Astronautica: SSME”. Приступљено 7. 07. 2014. 
  33. ^ „F-1”. Astronautix.com. Приступљено 2. 11. 2013.