Raptor (ракетный двигатель) — posts24.ru. Что такое Raptor (ракетный двигатель)
Posts24.ru

Raptor (ракетный двигатель)


Raptor (Раптор)
Raptor-test-9-25-2016.jpg
ЖРД SpaceX «Раптор» на испытаниях.
Тип ЖРД
Топливо сжиженный природный газ[1]
Окислитель жидкий кислород[1]
Страна США
Использование
Применение BFR (планируется)
Производство
Конструктор SpaceX, США
Варианты SL / Vac
Массогабаритные
характеристики
Диаметр 1,3 м[2] / 2,4 м[2]
Рабочие характеристики
Тяга 1 700 кН[2] / 1 900 кН[2]
Удельный импульс 330 с[2] / 375 с[2]
Давление в камере сгорания 250 бар[2]
Степень расширения 40[3] / 200[3]
Commons-logo.svg Raptor (Раптор) на Викискладе

SpaceX Raptor («Раптор») — жидкостный ракетный двигатель, разрабатываемый компанией SpaceX. Двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов, работающий на жидком метане[4] и жидком кислороде[5]. Планируется, что двигатель будет применяться на ракете-носителе BFR.

Разработка двигателя с 2009 по 2015 год финансировалась за счет инвестиций компании SpaceX, без привлечения финансирования со стороны правительства США.[6][7] В январе 2016 года SpaceX заключила соглашение с ВВС США на сумму $33,7 млн долларов о разработке прототипа нового варианта двигателя «Раптор», предназначенного для использования на верхних ступенях ракет-носителей Falcon 9 и Falcon Heavy. Соглашение предусматривает финансирование в размере $67,3 млн со стороны SpaceX.[8][9]

По состоянию на сентябрь 2017 года, «Раптор» прошел 42 стендовых огневых испытания с общей наработкой 1200 секунд. Самое длительное испытание продолжалось 100 секунд. Тестовый двигатель работает с давлением в камере сгорания равным 20 МПа. Целевое давление составляет 25 МПа, SpaceX планирует достичь 30 МПа в последующих итерациях.[10]

История

Изначальный замысел

18 июня 2009 года на симпозиуме «Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation» Американского института аэронавтики и астронавтики[en] Макс Возофф[en] впервые публично упомянул проект ракетного двигателя под названием Raptor. Проект двигателя подразумевал использование топливной пары кислород / водород.[11][12]

28 июля 2010 года на 46-ой конференции «Joint Propulsion Conference» Американского института аэронавтики и астронавтики директор испытательного комплекса SpaceX[en] в МакГрегоре[en] Том Маркьюзик[en] представил информацию о начальных этапах проектирования двух семейств двухступенчатых ракет-носителей и двух новых ракетных двигателей для них. Первым был представлен проект двигателя Merlin 2 с топливной парой керосин / жидкий кислород. Двигатель предназначался для первых ступеней Falcon X, Falcon XX.[13] Планировалось, что Merlin 2 будет способен развить тягу 7 560 кН на уровне моря и 8 540 кН в вакууме, что сделало бы его самым мощным двигателем в своем классе. Проект «Раптор» представлял собой двигатель, использующий жидкий водород и жидкий кислород, имеющий тягу 667 кН в вакууме, удельный импульс 470 с и был предназначен для верхних ступеней сверхтяжелых ракет-носителей.[14][15][12]

В октябре 2012 года SpaceX публично объявила о работе над ракетным двигателем, который будет "в несколько раз мощнее, чем двигатели серии Merlin 1, и не будет использовать топливо RP-1", конкретики о топливе сообщено не было. Было сказано, что двигатель предназначен для ракеты-носителя следующего поколения под кодовым именем MCT[en], который, используя несколько таких двигателей, позволит выводить полезную нагрузку массой порядка 150 — 200 тонн на низкую околоземную орбиту, что превышает возможности SLS NASA.[16][12]

Анонс и разработка компонентов

16 ноября 2012 года во время выступления в Королевском Аэронавигационном Обществе[en] в Лондоне Илон Маск объявил о новом направлении для двигательного подразделения SpaceX — разработке ракетных двигателей, работающих на метане.[17] Он также указал, что концепция двигателя под кодовым названием «Раптор» теперь станет конструкцией на основе метана.[18][19][14][15]

В октябре 2013 года SpaceX анонсировала начало испытаний компонентов метанового двигателя в Космическом центре имени Джона Стенниса.[20][21] SpaceX впервые раскрыла номинальную тягу двигателя «Раптор» — 661 000 фунт-сил[en] [2 942 кН].[22][12]

19 февраля 2014 года вице-президент SpaceX по разработке двигателей Том Мюллер, выступая на мероприятии «Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off» в Санта-Барбаре, сообщил, что разрабатываемый двигатель «Раптор» будет способен развивать тягу в 1 000 000 фунт-сил [4 448 кН]. Удельный импульс составит 321 с на уровне моря и 363 с в вакууме.[23][14][24][12]

9 июня 2014 года на конференции космического движения в Кёльне Том Мюллер заявил, что SpaceX разрабатывает «Раптор» как многоразовый двигатель для тяжелой ракеты-носителя, предназначенной для полёта на Марс, тяга которого для первой ступени будет составлять 705 тонн-сил [6 914 кН], что сделает его чуть более мощным, чем двигатель программы «Аполлон» F-1. Вакуумная версия двигателя рассчитана на 840 тонн-сил [8 238 кН] тяги с удельным импульсом в 380 с. Пресс-секретарь центра Стенниса — Ребекка Стрекер добавила, что компания тестирует компоненты малого масштаба, используя стенд E-2 космического центра, расположенный в Миссисипи.[25][26][27][12]

В конце 2014 года SpaceX завершила этап тестирования главной форсунки. Летом 2015 года команда испытательного стенда E-2 завершила полномасштабное испытание кислородного газогенератора нового двигателя. С апреля по август 2015 года было выполнено 76 огневых испытаний газогенератора с общей наработкой около 400 секунд.[7]

В январе 2015 года Илон Маск заявил, что целью является тяга двигателя чуть больше 230 тонн-сил [2 256 кН], что намного ниже заявленной ранее.[28][12]

В январе 2016 года ВВС США предоставили SpaceX контракт с финансированием в размере 33,6 млн долларов на разработку прототипа многоразового двигателя «Раптор», работающего на метане, предназначенного для на верхних ступеней ракет-носителей Falcon 9 и Falcon Heavy, который также предусматривает финансирование со стороны SpaceX в размере не менее 67,3 млн долларов. Ожидается, что работа по контракту будет завершена в 2018 году.[8][9]

Разработка и испытания двигателей

26 сентября 2016 года Илон Маск опубликовал в Tritter два изображения первого тестового запуска двигателя «Раптор» в сборе на испытательном комплексе SpaceX в МакГрегоре.[29][30][31] Маск сообщил, что целевая производительность — удельный импульс в вакууме 382 с при коэффициенте расширения 150 и тяга в 3 000 кН при давлении в камере сгорания 300 бар.[32][33][34] 27 сентября он пояснил, что коэффициент расширения 150 для тестовой версии, вакуумная версия будет иметь коэффициент расширения 200.[35] Технические детали были обобщены в статье о двигателе «Раптор», опубликованной на следующей неделе.[36]

27 сентября 2016 года на 67-м ежегодном Международном конгрессе астронавтики в Гвадалахаре Маск представил детали концепции ITS.[37] Были указаны следующие характеристики двигателя «Раптор»: давление в камере сгорания 300 бар; возможность дросселирования тяги в диапазоне 20 — 100%; номинальная тяга 3 050 кН, удельный импульс 334 с, степень расширения 40; для вакуумной версии — тяга 3 500 кН, удельный импульс 382 с, степень расширения 200.[3][12]

К сентябрю 2017 года тестовый двигатель, в котором был применен сплав, повышающий устойчивость к окислению турбонасоса кислорода, работающий под давлением в камере сгорания в 200 бар и развивающий тягу в 1 000 кН прошел 42 стендовых огневых испытания с общей наработкой 1200 секунд.[12][2][7]

29 сентября 2017 года в рамках 68-го ежегодного Международного конгресса астронавтики в Аделаиде Маск представил новую концепцию под кодовым названием BFR.[38] Характеристики двигателя «Раптор» изменились: давление в камере сгорания 250 бар; номинальная тяга 1 700 кН, удельный импульс 330 с; для вакуумной версии — тяга 1 900 кН, удельный импульс 375 с.[2][12]

Илон Маск объявил, что двигатель «Раптор» впервые отправится в полёт как часть ракеты-носителя BFR.[38] В октябре 2017 года Маск пояснил, что первые лётные испытания будут проведены на полномасштабным корабле, выполняющим "короткие прыжки" высотой в несколько сотен километров.[39]

17 сентября 2018 года на презентации, в рамках которой был представлен первый космический турист BFR Юсаку Маэдзава, информация о ракете была обновлена.[40] Были озвучены характеристики двигателя «Раптор»: целевое значение давления в камере сгорания примерно 300 бар; тяга около 200 тонн-сил [1 960 кН]; потенциально-возможный удельный импульс около 380 с.

Конструкция

Ракетный двигатель с полнопоточным закрытым циклом

Двигатель «Раптор» будет работать на жидком метане и жидком кислороде, с использованием наиболее эффективной замкнутой схемы с полной газификацией компонентов[41] (с дожиганием предварительно газифицированных окислительного и топливного компонентов), в отличие от двигатели Merlin с более простой системой газогенератора с открытым циклом и топливной парой керосин / жидкий кислород.[41] Закрытый цикл использовался на главных двигателях «Шаттла» RS-25,[42] и в нескольких российских ракетных двигателях, например, в РД-170, РД-180, РД-191, однако полнопоточный закрытый цикл до настоящего времени является для ракетно-космической отрасли, в некотором роде, недостижимым «граалем» жидкостных ракетных двигателей, оставаясь уделом тестовых демонстраторов практически полувековой давности (РД-270) или закрытой разработкой под частным финансированием и неизвестным коммерческим и практическим исходом, такой как «Integrated Powerhead Demonstrator»[en].

Подобная замкнутая схема с полной газификацией компонентов, помимо общего увеличения УИ ЖРД (либо облегчения конструкции или увеличения её надёжности и срока службы), также положительно сказывается на его общей надёжности, — устраняя потенциальные точки отказа, имеющие место в ЖРД с частичной газификацией компонентов топлива, или используя такие преимущества схемы, как отсутствие нужды нагнетать и сжигать в КС жидкие компоненты, что сводит на нет риск кавитации компонентов жидкостного топлива и повышает надёжность системы (также актуально и для многоступенчатого ТНА ЖРД Раптор, поскольку используемые в ракетах компании переохлаждённые компоненты топлива, аналогичное состояние которых заявлено и для будущих РН на двигателях «Раптор», менее склонны к кавитации, чем у «менее холодных» компонентов, используемых всей прочей ракетно-космической отраслью мира).[43][44]

Заявленные характеристики двигателя «Раптор» в процессе проектирования в течение 2012 — 2017 годов варьировались в широком диапазоне, от высокого значения целевой вакуумной тяги в 8 200 кН[27] до более поздней, гораздо более низкой цели в 1 900 кН. По версии 2017 года ожидается, что рабочий двигатель будет иметь удельный импульс 375 с в вакууме и 330 с на уровне моря.[2]

Примечания

  1. ↑ 1 2 The Annual Compendium of Commercial Space Transportation: 2018 (англ.). Federal Aviation Administration. Проверено 7 августа 2018.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 SpaceX. Making Life Multiplanetary (29 сентября 2017).
  3. ↑ 1 2 3 SpaceX. Mars Presentation (27 сентября 2016).
  4. ↑ SpaceX Prepared Testimony by Jeffrey Thornburg
  5. ↑ Todd, David. Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars (20 ноября 2012). Архивировано 11 июня 2016 года. Проверено 4 ноября 2015. «"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".».
  6. ↑ Gwynne Shotwell. STATEMENT OF GWYNNE SHOTWELL, PRESIDENT & CHIEF OPERATING OFFICER, SPACE EXPLORATION TECHNOLOGIES CORP. (SPACEX). Congressional testimony 14–15. US House of Representatives, COMMITTEE ON ARMED SERVICES SUBCOMMITTEE ON STRATEGIC FORCES (17 March 2015). — «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.». Проверено 11 января 2016.
  7. ↑ 1 2 3 NASA-SpaceX testing partnership going strong. Lagniappe, John C. Stennis Space Center. NASA (September 2015). — «this project is strictly private industry development for commercial use». Проверено 10 января 2016.
  8. ↑ 1 2 Contracts: Air Force. U.S. Department of Defense Contracts press release (13 January 2016). Проверено 15 января 2016.
  9. ↑ 1 2 Orbital ATK, SpaceX Win Air Force Propulsion Contracts, SpaceNews (13 January 2016). Проверено 15 января 2016.
  10. ↑ SpaceX. Making Life Multiplanetary (Transcript) (29 сентября 2017).
  11. ↑ AI AA. Part 7 - AIAA Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation (1 июля 2009). Проверено 19 октября 2018.
  12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 The Evolution of the Big Falcon Rocket – NASASpaceFlight.com (англ.). www.nasaspaceflight.com. Проверено 20 октября 2018.
  13. ↑ Tom Markusic. Space Exploration Technologies. SpaceX Propulsion (28 июня 2010).
  14. ↑ 1 2 3 SpaceX – Launch Vehicle Concepts & Designs – Spaceflight101 (англ.). spaceflight101.com. Проверено 20 октября 2018.
  15. ↑ 1 2 SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power – NASASpaceFlight.com (англ.). www.nasaspaceflight.com. Проверено 19 октября 2018.
  16. ↑ SpaceX aims big with massive new rocket (англ.), Flightglobal.com (15 октября 2012). Проверено 19 октября 2018.
  17. ↑ Royal Aeronautical Society. Elon Musk lecture at the Royal Aeronautical Society (23 ноября 2012). Проверено 20 октября 2018.
  18. ↑ Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars | Hyperbola (11 июня 2016). Проверено 19 октября 2018.
  19. ↑ Mars Colony: SpaceX CEO Elon Musk Eyes Huge Settlement On Red Planet (англ.), Huffington Post (26 ноября 2012). Проверено 20 октября 2018.
  20. ↑ SpaceX to Test Rocket Engines in Hancock Co. - MDA (англ.), Mississippi Development Authority (23 октября 2013). Проверено 19 октября 2018.
  21. ↑ SpaceX to Conduct Raptor Engine Testing in Mississippi – Parabolic Arc (англ.). www.parabolicarc.com. Проверено 19 октября 2018.
  22. ↑ SpaceX Could Begin Testing Methane-fueled Engine at Stennis Next Year - SpaceNews.com (англ.), SpaceNews.com (25 октября 2013). Проверено 19 октября 2018.
  23. ↑ SpaceX’s propulsion chief elevates crowd in Santa Barbara (англ.), Pacific Coast Business Times (20 февраля 2014). Проверено 20 октября 2018.
  24. ↑ SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power – NASASpaceFlight.com (англ.). www.nasaspaceflight.com. Проверено 19 октября 2018.
  25. ↑ Aerojet Rocketdyne, SpaceX Square Off For New Engine Work (англ.). aviationweek.com. Проверено 19 октября 2018.
  26. ↑ News Center 7398139 (8 июля 2014). Проверено 19 октября 2018.
  27. ↑ 1 2 Battle of the Heavyweight Rockets – SLS could face Exploration Class rival – NASASpaceFlight.com (англ.). www.nasaspaceflight.com. Проверено 19 октября 2018.
  28. ↑ r/IAmA - I am Elon Musk, CEO/CTO of a rocket company, AMA! (англ.). reddit. Проверено 19 октября 2018.
  29. ↑ Elon Musk on Twitter (рус.), Twitter. Проверено 19 октября 2018.
  30. ↑ Elon Musk on Twitter (рус.), Twitter. Проверено 19 октября 2018.
  31. ↑ SpaceX испытала ракетный двигатель Raptor для доставки людей на Марс (рус.), РИА Новости (20160926T1219+0300Z). Проверено 19 октября 2018.
  32. ↑ Elon Musk on Twitter: "Production Raptor goal is specific impulse of 382 seconds and thrust of 3 MN (~310 metric tons) at 300 bar" (26 сентября 2016). Проверено 19 октября 2018.
  33. ↑ Elon Musk on Twitter (англ.), Twitter. Проверено 19 октября 2018.
  34. ↑ Elon Musk on Twitter: "@rocketrepreneur 382s is with a 150 area ratio vacuum (or Mars ambient pressure) nozzle. Will go over specs for both versions on Tues." (26 сентября 2016). Проверено 19 октября 2018.
  35. ↑ Elon Musk on Twitter: "@rocketrepreneur Meant to say 200 AR for production vac engine. Dev will be up to 150. Beyond that, too much flow separation in Earth atmos." (27 сентября 2016). Проверено 19 октября 2018.
  36. ↑ ITS Propulsion – The evolution of the SpaceX Raptor engine – NASASpaceFlight.com (англ.). www.nasaspaceflight.com. Проверено 19 октября 2018.
  37. ↑ SpaceX. Making Humans a Multiplanetary Species (20 сентября 2016). Проверено 19 октября 2018.
  38. ↑ 1 2 SpaceX. Making Humans a Multiplanetary Species (20 сентября 2016). Проверено 19 октября 2018.
  39. ↑ Musk offers more technical details on BFR system - SpaceNews.com (англ.), SpaceNews.com (15 октября 2017). Проверено 19 октября 2018.
  40. ↑ SpaceX. First Private Passenger on Lunar BFR Mission (18 сентября 2018). Проверено 19 октября 2018.
  41. ↑ 1 2 Todd, David. SpaceX’s Mars rocket to be methane-fuelled (22 ноября 2012). Проверено 5 декабря 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.».
  42. ↑ Space Shuttle Main Engines. NASA. Проверено 6 марта 2013.
  43. ↑ Belluscio, Alejandro G. "SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power". NASAspaceflight.com (7 марта 2014).
  44. ↑ Belluscio, Alejandro G. "ITS Propulsion – The evolution of the SpaceX Raptor engine". NASASpaceFlight.com (3 октября 2016).

Ссылки

commons: Raptor (ракетный двигатель) на Викискладе

Что такое Posts24.ru Наш сайт - это статьи из Интернета, написанные на более понятном языке для наших читателей. Он открыт для любого пользователя. Posts24.ru это библиотека, которая является общественной.

Основа этой страницы находится в Posts24.ru. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wiki® — зарегистрированный товарный знак организации Wiki Foundation, Inc. Posts24.ru является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation). Posts24.ru - НЕофициальный сайт Википедии!

E-mail: admin@posts24.ru
ВОЗМОЖНОСТИ Posts24.ru
Политика конфиденциальности      Условия использования      Отказ от ответственности      Пресс-релизы