Raptor ("Raptor") | |
---|---|
LRE "Raptor" Hawthornen tehtaalla. | |
Tyyppi | LRE |
Polttoaine | nesteytetty maakaasu [1] |
Hapettaja | nestemäinen happi [1] |
Maa | USA |
Käyttö | |
Sovellus | Starship/Super Heavy (suunniteltu) |
Tuotanto | |
Rakentaja | SpaceX , USA |
Vaihtoehdot | Merenpinta / Tyhjiö |
Painon ja koon ominaisuudet |
|
Korkeus | 3,1 m [2] |
Halkaisija | 1,3 m [2] |
Käyttöominaisuudet | |
työntövoima | 2 000 kN [3] |
Spesifinen impulssi | 330 s [2] / 375 s [2] |
Paine palotilassa | 33 MPa ( 336,5 kgf / cm² ) [4] |
Laajennusaste | 40 [5] / 200 [5] |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Raptor on nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori, jonka on kehittänyt SpaceX . Starship - avaruusaluksessa ja Super Heavy -tehostimessa on tarkoitus käyttää suljetun kierron moottoria , jossa on nestemäisellä metaanilla [6] ja hapella [7] toimivien ajoainekomponenttien täydellinen kaasutus .
Raptor-moottori käyttää tehokkainta suljettua piiriä polttoainekomponenttien täydellisellä kaasutuksella , toisin kuin toisessa SpaceX-moottorissa - Merlinissä , jossa on yksinkertaisempi avoimen kierron kaasugeneraattorijärjestelmä [8] [9] (suljettua sykliä käytettiin vuoden päämoottoreissa Shuttle - RS-25 ja useissa venäläisissä rakettimoottoreissa, esimerkiksi RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
Käytettäessä täydellistä komponenttikaasutussykliä , jossa lähes kaikki happi pienellä osalla metaania käyttää hapettimen turbopumppua ja lähes kaikki metaani, jossa on pieni osa happea, käyttää polttoaineen turbopumppua, sekä hapetin että polttoainevirrat kaasutetaan täysin erillisinä. kaasugeneraattorit ennen kuin ne menevät polttokammioon.
LRE on valmistettu kaksiakselisen kaavion mukaan polttoainekomponenttien syöttämiseksi (metaani voi vuotaa vain metaani- ja happipolkuihin vain happireitille, toisin kuin esimerkiksi RS-25, jossa vuotojen estämiseksi turbiinin akseli, johon molempien komponenttien pumput sijaitsevat, tiivisteeseen toimitetaan heliumia)[ selventää ] ja siinä on myös paineistusjärjestelmä polttoainekomponenttisäiliöille sopivilla kaasuilla, mikä eliminoi heliumin tarpeen.
Moottorissa käytetään alijäähdytettyjä polttoainekomponentteja, mikä mahdollistaa polttoaineen massan lisäämisen säiliöissä lisäämällä sen tiheyttä, lisää ominaisimpulssia , työntövoimaa ja vähentää myös turbopumppujen kavitaatioriskiä [9] .
Polttoaineen sytytys laukaisun aikana maassa ja lennon aikana suoritetaan kipinäsytytysjärjestelmällä , mikä eliminoi trietyylialumiinin ja trietyyliboraanin pyroforisen seoksen tarpeen Falcon - sarjan kantorakettien moottoreiden sytyttämiseksi [9] .
Tulevaisuudessa on mahdollista luoda useita muutoksia Raptor-moottoriin. Super Heavy - boosterissa vain laskeutumiseen käytetyissä keskipotkureissa on gimbal - ja kaasujärjestelmä . Ulkorenkaan moottoreita yksinkertaistetaan niin paljon kuin mahdollista tehostimen kustannusten ja kuivapainon alentamiseksi sekä työntövoiman ja luotettavuuden lisäämiseksi. [10] .
Raptor-moottorin ilmoitetut ominaisuudet suunnitteluprosessin aikana vuosina 2012–2017 vaihtelivat laajalla vaihteluvälillä tavoiteltavan onton työntövoiman korkeasta arvosta 8200 kN [11] myöhäiseen, paljon alhaisempaan 1900 kN :n työntövoimaan .
Vuodesta 2018 alkaen moottorin ominaisimpulssin odotetaan olevan 380 s tyhjässä tilassa ja 330 s lähellä maata [12] [2] .
Ominaisuus [13] | Merkitys |
---|---|
Työntövoima Maan merenpinnan tasolla, kN | 3050 |
Spesifinen impulssi Maan merenpinnan tasolla, s | 334.1 |
Työntövoima tyhjiössä, kN | 3290 |
Spesifinen impulssi tyhjiössä, s | 360,3 |
Hapettimen kulutus (happi, LOX), kg/s | 724 |
Polttoaineen kulutus (metaani, CH4), kg/s | 206.5 |
Polttoaineen kulutus (happi + metaani), kg/s | 930,5 |
Polttoainesuhde | 3.506 |
Paine palotilassa, MPa | kolmekymmentä |
Paine suuttimen ulostuloosassa, MPa | 0,0735 |
Nopeus suuttimen ulostuloosassa, m/s | 3450 |
18. kesäkuuta 2009 American Institute of Aeronautics and Astronautics symposiumissa "Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation" Max Wozoff mainitsi julkisesti Raptor-rakettimoottoriprojektin ensimmäistä kertaa. aika. Hankkeessa käytettiin happi-vetypolttoaineparia. [14] [15]
28. heinäkuuta 2010 American Institute of Aeronautics and Astronauticsin 46. yhteispropulsiokonferenssissa SpaceX MacGregorin testauslaitoksen johtaja Tom Markusic esitteli kaksivaiheisen kantorakettiperheen ja kahden uuden rakettimoottorin suunnittelun alkuvaiheista. niitä. Falcon X:n ensimmäisten vaiheiden Merlin 2 kerosiinilla /nestemäisellä happipolttoaineella toimivan moottorin, Falcon XX:n suunniteltiin pystyvän 1 700 000 lbf [ 7 562 kN ] työntövoimaan merenpinnan tasolla ja 1 920 000 lbf [ 8 540 kN ] tyhjiössä . tekisi siitä luokkansa tehokkaimman moottorin. [16] . Nestemäistä vetyä ja nestemäistä happea käyttävä Raptor-moottori, jonka työntövoima oli 150 000 lbf [ 667 kN ] ja ominaisimpulssi 470 s tyhjiössä , oli tarkoitettu erittäin raskaiden kantorakettien ylempään vaiheeseen . [17] [18] [15]
Lokakuussa 2012 SpaceX ilmoitti rakentavansa rakettimoottorin, joka olisi useita kertoja tehokkaampi kuin Merlin 1 -moottorit ja joka ei käyttäisi RP-1- ponneainetta . Moottori oli tarkoitettu seuraavan sukupolven kantoraketille, koodinimeltään MCT ja joka pystyy kuljettamaan 150-200 tonnin hyötykuorman matalalle Maan kiertoradalle , mikä ylittää NASAn SLS :n kyvyt . [19] [15]
Marraskuun 16. päivänä 2012 Lontoon Royal Society of Aeronautics [en] -järjestössä pitämässään puheessa Elon Musk ensimmäistä kertaa metaania polttoaineena käyttävän Raptor-moottorin kehittämisestä . [20] [7] [8] [21] [17] [18]
Lokakuussa 2013 SpaceX ilmoitti aloittavansa metaanimoottorikomponenttien testauksen John Stennis -avaruuskeskuksessa . [22] [23] Moottorin työntövoima ilmoitettiin ensimmäistä kertaa 661 000 lbf [ 2 942 kN ]. [24] [15]
19. helmikuuta 2014 SpaceX:n moottorikehityksestä vastaava varapuheenjohtaja Thomas Muller ilmoitti "Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off" -tapahtumassa Santa Barbarassa , että kehitteillä oleva Raptor-moottori pystyy kehittämään 1 000 000 lbf [ 4 448 kN ]. Ominaisimpulssi on 321 s merenpinnalla ja 363 s tyhjässä tilassa. [25] [17] [18] [15]
Thomas Müller ilmoitti 9. kesäkuuta 2014 Kölnissä Space Propulsion 2014 -konferenssissa , että SpaceX kehittää uudelleen käytettävää Raptor-moottoria raskaaseen rakettiin, joka on suunniteltu lentämään Marsiin . Ensimmäisen vaiheen moottorin työntövoimaksi suunniteltiin 705 tf [ 6 914 kN ], mikä olisi tehnyt siitä hieman tehokkaamman kuin Apollo F-1 -moottori . Moottorin korkean tason versio - työntövoima 840 tf [ 8 238 kN ], ominaisimpulssi 380 s . Stennis Centerin tiedottaja Rebecca Strecker sanoi, että yritys testaa pienimuotoisia moottorikomponentteja E-2-laitoksessa Mississippissä . [26] [27] [11] [15]
Vuoden 2014 lopulla SpaceX sai päätökseen pääsuihkun testauksen . Kesällä 2015 E-2-koealustiimi suoritti uuden moottorin happikaasugeneraattorin täyden mittakaavan testin. Huhti-elokuussa kaasugeneraattorille tehtiin 76 palokoetta, joiden kokonaiskäyttöaika oli noin 400 sekuntia. [28]
Elon Musk ilmoitti 6. tammikuuta 2015, että tavoitteena on moottorin työntövoima, joka on hieman yli 230 tf [ 2 256 kN ], mikä on paljon pienempi kuin aiemmin on kerrottu. [29] [15]
26. syyskuuta 2016 Elon Musk twiittasi kaksi kuvaa täydellisen Raptor-moottorin ensimmäisestä testiajosta SpaceX:n McGregor-testilaitoksessa. [30] [31] [32] Musk raportoi, että tavoitesuorituskyky on 382 s alipainekohtainen impulssi , suuttimen laajenemissuhde 150, työntövoima 3 000 kN ja paine polttokammiossa 300 baaria [ 30 MPa ]. [33] [34] [35] Syyskuun 27. päivänä hän selvensi, että testinäytteen laajennuskerroin on 150, tyhjiöversion laajennuskerroin on 200. [36] Yksityiskohdat tiivistettiin Raptoria koskevassa artikkelissa moottori julkaistiin seuraavalla viikolla. [9]
Elon Musk esitteli ITS -konseptin yksityiskohdat 27. syyskuuta 2016 Guadalajarassa 67. vuosittaisessa kansainvälisessä astronautikakongressissa . [37] Raptor-moottorin ominaisuudet annettiin: paine polttokammiossa 300 bar [ 30 MPa ]; mahdollisuus kuristaa työntövoimaa alueella 20-100%; nimellinen työntövoima 3 050 kN , ominaisimpulssi 334 s , laajenemissuhde 40; tyhjiöversiolle - työntövoima 3500 kN , ominaisimpulssi 382 s , laajenemissuhde 200. [5] [15]
Syyskuuhun 2017 mennessä testimoottori, jossa käytettiin metalliseosta, joka lisää happiturbopumpun elementtien hapettumiskestävyyttä ja joka toimii polttokammiossa 200 baarin paineella ja kehittää työntövoimaa 1 000 kN , läpäisi 42 penkkipalotestiä. kokonaiskäyttöaika 1200 sekuntia. Pisin testi kesti 100 sekuntia. [2] [38] [15]
Elon Musk esitteli 29. syyskuuta 2017 osana 68. vuosittaista kansainvälistä astronautiikkakongressia Adelaidessa uuden konseptin, koodinimeltään BFR [39] . Raptor-moottorin tekniset tiedot ovat muuttuneet: palotilan paine 250 bar [ 25 MPa ]; työntövoima 1700 kN , ominaisimpulssi 330 s ; ontto versio - työntövoima 1 900 kN , ominaisimpulssi 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk on ilmoittanut, että Raptor-moottori lentää ensimmäistä kertaa osana BFR:ää [39] . Lokakuussa 2017 hän selitti, että lentokokeet alkaisivat täysikokoisella aluksella (BFR-ylempi vaihe), joka suorittaa "lyhyitä hyppyjä" useiden satojen kilometrien korkeudella [40] .
17. syyskuuta 2018 pidetyssä esityksessä, jossa esiteltiin ensimmäinen BFR:n avaruusturisti Yusaku Maezawa , tietoa raketista päivitettiin [12] ; Raptor-moottorin ominaisuudet julkistettiin: polttokammion paineen tavoitearvo on noin 300 bar [ 30 MPa ]; työntövoima noin 200 tf [ 1 960 kN ]; potentiaalinen ominaisimpulssi on noin 380 s .
4.2.2019 lennon ensimmäinen palokoe[ selventää ] mallimoottori [41] [42] . Testi kesti 2 sekuntia 170 baarin paineessa ja saavutettiin 116 tf [ 1137 kN ] työntövoima , joka on 60 % nimellisarvosta [43] .
Helmikuun 7. päivänä 2019 suoritettiin toinen palotesti käyttämällä "lämpimiä" polttoainekomponentteja, minkä jälkeen Elon Musk ilmoitti, että moottori vahvisti suunnittelutehon [44] saavuttaen työntövoiman 172 tf [ 1 686 kN ] paineessa 257 baarin palokammio [ 25,7 MPa ]. Työntövoiman oletetaan kasvavan 10–20 %, kun käytetään alijäähdytettyjä ponneainekomponentteja [45] .
Elokuussa 2019 sitä testattiin Starhopperin lennon aikana . [46]
5. elokuuta 2020 prototyypin Starship (SN5) koehyppy Raptor SN27 -moottorilla suoritettiin 150 metrillä [47] ; Sen jälkeen tällaisia testejä on tehty useita lisää.
Raptor-2 on uusi versio Raptor-moottorista, joka on täydellinen uudistus ensimmäisen version moottorista. Insinöörit pääsivät eroon pääpolttokammion sytyttimistä, turbiini ja elektroniikka suunniteltiin uudelleen ja suuttimen kriittistä osaa lisättiin. Moottori pääsi eroon suuresta määrästä antureita ja niihin liittyviä putkia, jotka olivat välttämättömiä ensimmäisessä versiossa virheenkorjausta varten. Monet laippaliitokset on korvattu hitsauksella. Kaikki nämä parannukset vähentävät merkittävästi moottorin monimutkaisuutta, tekevät sen valmistamisesta halvempaa ja vähentävät vikakohtia.
Raptor-2-moottorista tulee kaikkiaan 3 versiota: gimbalilla työntövoimavektorin kääntämiseen, ilman gimbaalia ja versio tyhjiössä työskentelemiseen.
Tällä hetkellä[ milloin? ] Raptor-2:lla verrattuna Raptor-1:een on seuraavat ominaisuudet:
Raptor-1 | Raptor-2 | |
---|---|---|
Paino (n.), kg | 2000 | 1600 |
Työntövoima (merenpinnassa), tf | 185 | 230 |
Paine palotilassa, tanko | 250 | 300 |
Ominaisimpulssi, sek | 330 | 327 |
Vuodesta 2009 vuoteen 2015 moottorin kehitystä rahoitettiin SpaceX:n investoinneilla ilman Yhdysvaltain hallituksen rahoitusta [48] [28] .
Yhdysvaltain ilmavoimat tekivät 13. tammikuuta 2016 sopimuksen SpaceX :n kanssa prototyypin Raptor-moottorin kehittämisestä Falcon 9- ja Falcon Heavy -kantorakettien ylempään vaiheeseen. Ilmavoimien rahoitus on 33,7 miljoonaa dollaria ja vähintään 67,3 miljoonaa dollaria. SpaceX:n sivuilta. Sopimuksen oli määrä valmistua viimeistään 31. joulukuuta 2018 [49] [50] [51] .
Yhdysvaltain ilmavoimat muuttivat sopimusta 9. kesäkuuta 2017 ja lisäsivät rahoituksen määrää puoleltaan 16,9 miljoonalla dollarilla tavoitteita määrittelemättä [49] [52] .
19. lokakuuta 2017 Yhdysvaltain ilmavoimat myönsivät SpaceX:lle 40,8 miljoonan dollarin lisärahoitusta Raptor-rakettimoottorin prototyypin kehittämiseen [49] [53] .
Joulukuun 22. päivänä 2017 Yhdysvaltain ilmavoimat myönsivät SpaceX:lle 6,5 miljoonan dollarin lisärahoituksen Raptor-rakettimoottorin prototyypin kehittämiseen [49] .
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Kuljetus |
| ![]() | ||||||||||||||
Moottorit |
| |||||||||||||||
Tehtävät |
| |||||||||||||||
laukaisualustat _ |
| |||||||||||||||
laskeutumisalustat _ | ||||||||||||||||
Sopimukset | ||||||||||||||||
Ohjelmat | ||||||||||||||||
Henkilöt |
| |||||||||||||||
Ei-lentävät ajoneuvot ja tulevat tehtävät on kursivoitu . †-merkki osoittaa epäonnistuneita tehtäviä, tuhoutuneita ajoneuvoja ja hylättyjä kohteita. |