Raptor ("Raptor") | |
---|---|
LRE "Raptor" på fabrikken i Hawthorne. | |
Type | LRE |
Brændstof | flydende naturgas [1] |
Oxidationsmiddel | flydende oxygen [1] |
Land | USA |
Brug | |
Ansøgning | Starship/Super Heavy (planlagt) |
Produktion | |
Konstruktør | SpaceX , USA |
Muligheder | Havniveau / Vakuum |
Vægt- og størrelsesegenskaber |
|
Højde | 3,1 m [2] |
Diameter | 1,3 m [2] |
Driftsegenskaber | |
fremstød | 2.000 kN [3] |
Specifik impuls | 330 s [2] / 375 s [2] |
Tryk i forbrændingskammeret | 33 MPa ( 336,5 kgf / cm² ) [4] |
Ekspansionsgrad | 40 [5] / 200 [5] |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Raptor er en raketmotor med flydende drivmiddel udviklet af SpaceX . En lukket cyklusmotor med fuld forgasning af drivmiddelkomponenter, der opererer på flydende metan [6] og ilt [7] er planlagt til at blive brugt på rumskibet Starship og Super Heavy - boosteren .
Raptor-motoren bruger det mest effektive lukkede kredsløb med fuld forgasning af brændstofkomponenter , i modsætning til en anden SpaceX-motor - Merlin , som har et enklere åben-cyklus gasgeneratorsystem [8] [9] (den lukkede cyklus blev brugt på hovedmotorerne i Shuttle - RS-25 og i flere russiske raketmotorer, for eksempel i RD-171 , RD-180 , RD-191 [9] ).
Ved brug af en fuld komponent forgasningscyklus , hvor næsten al oxygen med en lille fraktion af metan vil drive oxidationsmiddelturbopumpen , og næsten al metan med en lille fraktion ilt vil drive brændstofturbopumpen, vil både oxidationsmiddel- og brændstofstrømmene blive fuldstændig forgasset i separate gasgeneratorer, før de kommer ind i forbrændingskammeret.
LRE er lavet i henhold til et to-akslet skema til levering af brændstofkomponenter (metan kan kun lække ind i metan og iltveje kun ind i iltvejen, i modsætning til f.eks. RS-25, hvor der for at forhindre lækage langs turbineakslen, hvorpå begge komponenters pumper er placeret, ind i tætningen helium leveres)[ afklar ] og har også et tryksystem til brændstofkomponenttanke med passende gasser, hvilket eliminerer behovet for helium.
Motoren anvender underkølede brændstofkomponenter, som gør det muligt at øge brændstofmassen i tanke ved at øge dens tæthed, øger specifik impuls , tryk og også reducerer risikoen for kavitation i turbopumper [9] .
Antændelse af brændstoffet under opsendelse på jorden og under flyvning udføres af et gnisttændingssystem , som eliminerer behovet for en pyrofor blanding af triethylaluminium - triethylboran til at antænde motorer på Falcon -familien af løfteraketter [9] .
I fremtiden er det muligt at lave flere modifikationer af Raptor-motoren. I Super Heavy boosteren vil kun de midterste thrustere, der bruges til landing, have et kardan- og gasreguleringssystem . De ydre ringmotorer vil blive forenklet så meget som muligt for at reducere omkostningerne og tørvægten af boosteren, samt øge trykkraften og pålideligheden. [10] .
De erklærede egenskaber for Raptor-motoren under designprocessen i løbet af 2012-2017 varierede inden for et bredt område, fra den høje værdi af målet hultryk på 8200 kN [11] til det sene, meget lavere tryk på 1900 kN .
Fra 2018 forventes motoren at have en specifik impuls på 380 s i tomt rum og 330 s nær jorden [12] [2] .
Funktion [13] | Betyder |
---|---|
Fremstød ved jordens havoverflade, kN | 3050 |
Specifik impuls ved jordens havoverflade, s | 334,1 |
Fremstød i vakuum, kN | 3290 |
Specifik impuls i vakuum, s | 360,3 |
Oxidationsmiddelforbrug (ilt, LOX), kg/s | 724 |
Brændstofforbrug (metan, CH4), kg/s | 206,5 |
Brændstofforbrug (ilt + metan), kg/s | 930,5 |
Brændstofforhold | 3,506 |
Tryk i forbrændingskammeret, MPa | tredive |
Tryk i dysens udløbsdel, MPa | 0,0735 |
Hastighed i udløbsdelen af dysen, m/s | 3450 |
Den 18. juni 2009, ved symposiet "Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation" fra American Institute of Aeronautics and Astronautics , nævnte Max Wozoff offentligt Raptor-raketmotorprojektet for det første. tid. Projektet involverede brugen af et oxygen-brint brændstofpar. [14] [15]
Den 28. juli 2010, på den 46. fælles fremdriftskonference i American Institute of Aeronautics and Astronautics, præsenterede SpaceX MacGregor Test Facility Director Tom Markusic oplysninger om indledende designfaser af to familier af - trins løfteraketter og to nye raketmotorer til dem. Merlin 2 petroleums- /flydende oxygen-drevet motor til Falcon X første trin, Falcon XX var planlagt til at være i stand til 1.700.000 lbf [ 7.562 kN ] fremstød ved havoverfladen og 1.920.000 lbf [ 8.540 kN ] ville gøre den til den mest kraftfulde motor i sin klasse. [16] . Raptor-motoren, der brugte flydende brint og flydende oxygen, med en fremdrift på 150.000 lbf [ 667 kN ] og en specifik impuls på 470 s i vakuum , var beregnet til de øverste stadier af supertunge løfteraketter . [17] [18] [15]
I oktober 2012 annoncerede SpaceX arbejde på en raketmotor, der ville være flere gange kraftigere end Merlin 1-motorerne , og som ikke ville bruge RP-1- drivmiddel . Motoren var beregnet til en næste generations løfteraket, kodenavnet MCT , der var i stand til at levere en nyttelast på 150-200 tons til et lavt kredsløb om jorden , hvilket overstiger mulighederne for NASA 's SLS . [19] [15]
Den 16. november 2012, under en tale ved Royal Society of Aeronautics i London , annoncerede Elon Musk for første gang udviklingen af Raptor-motoren, der bruger metan som brændstof . [20] [7] [8] [21] [17] [18]
I oktober 2013 annoncerede SpaceX starten på at teste metanmotorkomponenter på John Stennis Space Center . [22] [23] Motortrykværdi annonceret for første gang til 661.000 lbf [ 2.942 kN ]. [24] [15]
Den 19. februar 2014 meddelte SpaceX Vice President for Engine Development Thomas Muller , som talte ved arrangementet "Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off" i Santa Barbara , at Raptor-motoren under udvikling ville være i stand til at udvikle 1.000.000 lbf [ 4.448 kN ]. Den specifikke impuls vil være 321 s ved havoverfladen og 363 s i tomt rum. [25] [17] [18] [15]
Den 9. juni 2014, på Space Propulsion 2014-konferencen i Köln , annoncerede Thomas Müller, at SpaceX er ved at udvikle en genanvendelig Raptor-motor til en tung raket designet til at flyve til Mars . Motorkraften for første etape var planlagt til at være 705 tf [ 6.914 kN ], hvilket ville have gjort den lidt kraftigere end Apollo F-1- motoren . Højtliggende version af motoren - trækkraft 840 tf [ 8 238 kN ], specifik impuls 380 s . Stennis Centers talskvinde Rebecca Strecker sagde, at virksomheden tester småskala motorkomponenter på E-2-anlægget i Mississippi . [26] [27] [11] [15]
I slutningen af 2014 afsluttede SpaceX test af hovedjetflyet . I sommeren 2015 gennemførte E-2 testbed-teamet en fuldskalatest af den nye motors iltgasgenerator . Fra april til august blev der udført 76 brandtest af gasgeneratoren med en samlet driftstid på omkring 400 sekunder. [28]
Den 6. januar 2015 udtalte Elon Musk, at målet er et motortryk på lidt mere end 230 tf [ 2.256 kN ], hvilket er meget lavere end tidligere angivet. [29] [15]
Den 26. september 2016 tweetede Elon Musk to billeder af den første testkørsel af den komplette Raptor-motor på SpaceX's McGregor testanlæg. [30] [31] [32] Musk rapporterede, at målydelsen er en vakuumspecifik impuls på 382 s , med et dyseudvidelsesforhold på 150, et tryk på 3.000 kN og et tryk i forbrændingskammeret på 300 bar [ 30 ] MPa ]. [33] [34] [35] Den 27. september præciserede han, at en ekspansionsfaktor på 150 er for testprøven, vakuumversionen vil have en ekspansionsfaktor på 200. [36] Detaljerne blev opsummeret i en artikel om Raptor motor udgivet den følgende uge. [9]
Den 27. september 2016, på den 67. årlige internationale astronautiske kongres i Guadalajara , præsenterede Elon Musk detaljerne i ITS- konceptet . [37] Raptor-motorens egenskaber blev givet: tryk i forbrændingskammeret 300 bar [ 30 MPa ]; muligheden for drosling af tryk i området 20-100%; nominelt tryk 3.050 kN , specifik impuls 334 s , ekspansionsforhold 40; for vakuumversionen - tryk 3.500 kN , specifik impuls 382 s , ekspansionsforhold 200. [5] [15]
I september 2017 bestod testmotoren, hvori der blev brugt en legering, der øger modstanden af iltturbopumpeelementerne over for oxidation , der opererer med et tryk i forbrændingskammeret på 200 bar og udvikler en trykkraft på 1.000 kN , 42 bænkbrandtests med en samlet driftstid på 1200 sekunder. Den længste test varede 100 sekunder. [2] [38] [15]
Den 29. september 2017, som en del af den 68. årlige internationale astronautiske kongres i Adelaide , præsenterede Elon Musk et nyt koncept, kodenavnet BFR [39] . Raptor-motorspecifikationerne er ændret: forbrændingskammertryk 250 bar [ 25 MPa ]; tryk 1.700 kN , specifik impuls 330 s ; for hulversionen - tryk 1.900 kN , specifik impuls 375 s [2] [38] [15] .
Elon Musk har annonceret, at Raptor-motoren vil flyve for første gang som en del af BFR [39] . I oktober 2017 forklarede han, at flyvetestning ville begynde med et skib i fuld størrelse (BFR øvre trin), der udfører "korte hop" flere hundrede kilometer højt [40] .
Den 17. september 2018, ved en præsentation, der indeholdt den første BFR-rumturist , Yusaku Maezawa , blev oplysninger om raketten opdateret [12] ; Raptor-motorens egenskaber blev annonceret: målværdien for trykket i forbrændingskammeret er ca. 300 bar [ 30 MPa ]; tryk på omkring 200 tf [ 1.960 kN ]; potentiel specifik impuls er omkring 380 s .
Den 4. februar 2019, den første brandtest af flyvningen[ afklar ] prøvemotor [41] [42] . Testen varede 2 sekunder ved et tryk på 170 bar , og der blev opnået et tryk på 116 tf [ 1.137 kN ], hvilket er 60 % af den nominelle værdi [43] .
Den 7. februar 2019 blev endnu en brandtest udført med "varme" brændstofkomponenter, hvorefter Elon Musk rapporterede, at motoren bekræftede designeffekten [44] og nåede et trykniveau på 172 tf [ 1.686 kN ] ved et tryk i forbrændingskammer på 257 bar [ 25,7 MPa ]. Der antages en stigning i fremdriften på 10-20% ved anvendelse af underkølede drivmiddelkomponenter [45] .
I august 2019 blev den testet under Starhoppers flyvning . [46]
Den 5. august 2020 fandt et test-"hop" af prototypen Starship (SN5) med en Raptor SN27-motor i 150 m sted [47] ; Siden da er flere sådanne test blevet udført.
Raptor-2 er en ny version af Raptor-motoren, som er en komplet omarbejdning af motoren i den første version. Ingeniører slap af med flare-tænderne i hovedforbrændingskammeret, turbinen og elektronikken blev redesignet, og den kritiske del af dysen blev øget. Motoren slap af med et stort antal sensorer og tilhørende rørføringer, som var nødvendige i den første version til fejlretning. Mange flangeforbindelser er blevet erstattet af svejsning. Alle disse forbedringer reducerer motorens kompleksitet betydeligt, gør den billigere at fremstille og reducerer fejlpunkter.
Der vil være 3 versioner af Raptor-2-motoren i alt: med en kardan til at afbøje trykvektoren, uden en kardan og en version til at arbejde i et vakuum.
I øjeblikket[ hvornår? ] Raptor-2 sammenlignet med Raptor-1 har følgende egenskaber:
Raptor-1 | Raptor-2 | |
---|---|---|
Vægt (ca.), kg | 2000 | 1600 |
Drivkraft (ved havoverfladen), tf | 185 | 230 |
Tryk i forbrændingskammeret, bar | 250 | 300 |
Specifik impuls, sek | 330 | 327 |
Fra 2009 til 2015 blev udviklingen af motoren finansieret af investeringer fra SpaceX, uden at tiltrække finansiering fra den amerikanske regering [48] [28] .
Den 13. januar 2016 indgik det amerikanske luftvåben en aftale med SpaceX om at udvikle en prototype Raptor-motor til de øverste stadier af Falcon 9 og Falcon Heavy løfteraketter med finansiering på 33,7 millioner dollars fra luftvåbnet og mindst 67,3 millioner dollars. fra siderne af SpaceX. Kontrakten forventedes afsluttet senest den 31. december 2018 [49] [50] [51] .
Den 9. juni 2017 ændrede det amerikanske luftvåben aftalen og øgede finansieringsbeløbet fra sin side med 16,9 millioner dollars uden at specificere målene [49] [52] .
Den 19. oktober 2017 forsynede det amerikanske luftvåben SpaceX med $40,8 millioner i yderligere finansiering til at udvikle Raptor-raketmotorprototypen [49] [53] .
Den 22. december 2017 gav det amerikanske luftvåben SpaceX yderligere 6,5 millioner dollars i finansiering til at udvikle Raptor-raketmotorprototypen [49] .
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Transportere |
| ![]() | ||||||||||||||
Motorer |
| |||||||||||||||
Missioner |
| |||||||||||||||
affyringsramper _ | ||||||||||||||||
landingspuder _ | ||||||||||||||||
Kontrakter | ||||||||||||||||
Programmer | ||||||||||||||||
Personer |
| |||||||||||||||
Ikke-flyvende køretøjer og fremtidige missioner er i kursiv . †-tegnet angiver mislykkede missioner, ødelagte køretøjer og forladte steder. |