Interested Article - Raptor (ракетный двигатель)

amity
  • 2021-07-06
  • 1

Raptor ( «Раптор» ) — жидкостный ракетный двигатель , разрабатываемый компанией SpaceX . Двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива , работающий на жидких метане и кислороде , применяется на космическом корабле Starship и ускорителе Super Heavy .

Конструкция

Примерная схема работы ЖРД Raptor

Двигатель Raptor использует наиболее эффективную замкнутую схему с полной газификацией компонентов топлива , в отличие от другого двигателя SpaceX — Merlin , имеющего более простую систему газогенератора с открытым циклом (закрытый цикл использовался на главных двигателях «Шаттлов» — RS-25 и в нескольких российских ракетных двигателях, например, в РД-171 , РД-180 , РД-191 ).

При использовании цикла с полной газификацией компонентов , где почти полный расход кислорода с небольшой долей метана будет приводить в действие турбонасос окислителя и почти полный расход метана с небольшой долей кислорода будет приводить в действие турбонасос горючего, оба потока — окислитель и горючее — будут полностью газифицированы в отдельных газогенераторах, прежде чем попадут в камеру сгорания.

ЖРД выполнен по двухвальной схеме подачи компонентов топлива (возможна протечка метана только в тракт метана и кислорода только в тракт кислорода, в отличие, например, от RS-25, где для исключения протечки вдоль вала турбины, на котором расположены насосы обоих компонентов, в уплотнение подаётся гелий) [ прояснить ] , а также имеет систему наддува баков компонентов топлива соответствующими газами, что устраняет потребность в гелии.

Двигатель использует переохлаждённые компоненты топлива, что позволяет увеличить массу топлива в баках за счёт увеличения её плотности, повышает удельный импульс , тягу, а также снижает риск кавитации в турбонасосах .

Воспламенение топлива при запуске на земле и в полёте осуществляется системой искрового зажигания , что исключает необходимость в пирофорной смеси триэтилалюминия - для зажигания двигателей на РН семейства Falcon .

В будущем возможно создание нескольких модификаций двигателя Raptor. В ускорителе Super Heavy только центральные двигатели, использующиеся при посадке, будут иметь карданный подвес и систему дросселирования . Двигатели внешнего кольца будут максимально упрощены для снижения стоимости и сухой массы ускорителя, а также повышения тяги и надёжности. .

Заявленные характеристики двигателя Raptor в процессе проектирования в течение 2012—2017 годов менялись в широком диапазоне, от высокого значения целевой пустотной тяги 8200 кН до поздней, гораздо более низкой тяги 1900 кН .

С 2018 года ожидается, что двигатель будет иметь удельный импульс 380 с в пустоте и 330 с у земли .

Характеристики

Характеристика Значение
Тяга на уровне моря Земли, кН 3050
Удельный импульс на уровне моря Земли, с 334,1
Тяга в вакууме, кН 3290
Удельный импульс в вакууме, с 360,3
Расход окислителя (кислород, LOX), кг/с 724
Расход горючего (метан, CH4), кг/с 206,5
Расход топлива (кислород + метан), кг/с 930,5
Соотношение компонентов топлива 3,506
Давление в камере сгорания, МПа 30
Давление в выходном сечении сопла, МПа 0,0735
Скорость в выходном сечении сопла, м/с 3450

Разработка

18 июня 2009 года на симпозиуме «Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation» впервые публично упомянул проект ракетного двигателя Raptor. Проект подразумевал использование топливной пары кислород-водород.

28 июля 2010 года на 46-й конференции «Joint Propulsion Conference» Американского института аэронавтики и астронавтики директор испытательного комплекса SpaceX в представил информацию о начальных этапах проектирования двух семейств двухступенчатых ракет-носителей и двух новых ракетных двигателей для них. Планировалось, что двигатель Merlin 2 с топливной парой керосин / жидкий кислород для первых ступеней Falcon X, Falcon XX будет способен развить тягу 1 700 000 [7 562 кН ] на уровне моря и 1 920 000 фунт-сил [8 540 кН ] в пустоте , что сделало бы его самым мощным двигателем в своем классе. . Двигатель Raptor, использующий жидкий водород и жидкий кислород, имеющий в пустоте тягу 150 000 фунт-сил [667 кН ], удельный импульс 470 с , предназначался для верхних ступеней сверхтяжелых ракет-носителей .

В октябре 2012 года SpaceX объявила о работе над ракетным двигателем, который будет в несколько раз мощнее, чем двигатели Merlin 1 , и не будет использовать топливо RP-1 . Двигатель предназначался для ракеты-носителя следующего поколения под кодовым именем , способной выводить полезную нагрузку 150—200 т на низкую околоземную орбиту , что превышает возможности SLS НАСА .

Анонс и разработка узлов

16 ноября 2012 года, во время выступления в в Лондоне , Илон Маск впервые объявил о разработке двигателя Raptor, использующего в качестве топлива метан.

В октябре 2013 года SpaceX анонсировала начало испытаний узлов метанового двигателя в Космическом центре имени Джона Стенниса . Впервые объявлена номинальная тяга двигателя — 661 000 фунт-сил [2 942 кН ].

19 февраля 2014 года вице-президент SpaceX по разработке двигателей Томас Мюллер , выступая на мероприятии «Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off» в Санта-Барбаре , сообщил, что разрабатываемый двигатель Raptor 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 пустоте.

9 июня 2014 года на конференции «Space Propulsion 2014» в Кёльне Томас Мюллер объявил, что SpaceX разрабатывает многоразовый двигатель Raptor для тяжелой ракеты, предназначенной для полёта на Марс . Планировалось, что тяга двигателя для первой ступени составит 705 тс [6 914 кН ], что сделало бы его чуть более мощным, чем двигатель программы «Аполлон» — F-1 . Высотная версия двигателя — тяга 840 тс [8 238 кН ], удельный импульс 380 с . Пресс-секретарь центра Стенниса — Ребекка Стрекер сообщила, что компания испытывает узлы двигателя малого масштаба на стенде E-2 в Миссисипи .

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

6 января 2015 года Илон Маск заявил, что целью является тяга двигателя чуть больше 230 тс [2 256 кН ], что намного ниже заявленной ранее.

Испытания двигателя

26 сентября 2016 года Илон Маск опубликовал в Twitter две фотографии первого испытательного запуска двигателя Raptor в сборе на испытательном комплексе SpaceX в МакГрегоре. Маск сообщил, что целевая производительность — удельный импульс в пустоте — 382 с , при коэффициенте расширения сопла 150, тяга в 3 000 кН , давление в камере сгорания 300 бар [30 МПа ]. 27 сентября он пояснил, что коэффициент расширения 150 — для испытательного образца, вакуумная версия будет иметь коэффициент расширения 200. Подробности были обобщены в статье о двигателе Raptor, опубликованной на следующей неделе.

27 сентября 2016 года на 67-м ежегодном Международном конгрессе астронавтики в Гвадалахаре Илон Маск представил подробности концепции ITS . Были даны характеристики двигателя Raptor: давление в камере сгорания 300 бар [30 МПа ]; 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.

К сентябрю 2017 года испытательный двигатель, в котором был применён сплав, повышающий устойчивость элементов турбонасоса кислорода к окислению , работающий с давлением в камере сгорания в 200 бар и развивающий тягу в 1 000 кН , прошёл 42 стендовых огневых испытания с общей наработкой 1200 секунд. Самое длительное испытание продолжалось 100 секунд.

29 сентября 2017 года в рамках 68-го ежегодного Международного конгресса астронавтики в Аделаиде Илон Маск представил новую концепцию под кодовым названием BFR . Характеристики двигателя Raptor изменились: давление в камере сгорания 250 бар [25 МПа ]; тяга 1 700 кН , удельный импульс 330 с ; для пустотной версии — тяга 1 900 кН , удельный импульс 375 с .

Илон Маск объявил, что двигатель Raptor впервые отправится в полёт как часть BFR . В октябре 2017 года он пояснил, что лётные испытания начнутся на полноразмерном корабле (верхней ступени BFR), выполняющем «короткие прыжки» высотой в несколько сотен километров .

17 сентября 2018 года на презентации, в рамках которой был представлен первый космический турист BFR Юсаку Маэдзава , информация о ракете была обновлена ; озвучены характеристики двигателя Raptor: целевое значение давления в камере сгорания примерно 300 бар [30 МПа ]; тяга около 200 тс [1 960 кН ]; потенциально-возможный удельный импульс около 380 с .

4 февраля 2019 года было проведено первое огневое испытание лётного [ уточнить ] образца двигателя . Испытание продолжалось 2 секунды при давлении 170 бар , достигнута тяга 116 тс [1 137 кН ], что составляет 60 % от номинального значения .

7 февраля 2019 года проведено очередное огневое испытание с использованием «теплых» компонентов топлива, после которого Илон Маск сообщил, что двигатель подтвердил проектную мощность , достигнув уровня тяги в 172 тс [1 686 кН ] при давлении в камере сгорания 257 бар [25,7 МПа ]. Предполагается прирост тяги 10—20 % при использовании переохлаждённых компонентов топлива .

В августе 2019 испытан при полёте аппарата .

5 августа 2020 года состоялся тестовый "прыжок" прототипа Starship (SN5) с двигателем Raptor SN27 на 150 м ; с тех пор проведено ещё несколько подобных испытаний.

Раптор-2

Раптор-2 это новая версия двигателя Раптор, представляющая собой полную переработку двигателя первой версии. Инженеры избавились от факельных воспламенителей в главной камере сгорания, была переделана турбина, электроника, увеличено критическое сечение сопла. Двигатель избавился от большого количества датчиков (которые были необходимы в первой версии для осуществления отладки) и сопутствующего трубопровода. Многие фланцевые соединения были заменены сваркой. Все эти улучшения значительно снижают сложность двигателя, удешевляют производство и уменьшают количество точек отказа.

Всего будет три версии двигателя Раптор-2: с карданным подвесом для отклонения вектора тяги , без карданного подвеса и версия для работы в вакууме.

Производство двигателей Раптор-2 достигло 5 штук в неделю к февралю 2022 года и ожидается увеличение этого числа до 7 в марте [ источник не указан 306 дней ] .

На 2022 год Раптор-2 по сравнению с Раптор-1 имеет следующие характеристики:

Раптор-1 Раптор-2
Масса (примерно), кг 2000 1600
Тяга (на уровне моря), тс 185 230
Давление в камере сгорания, бар 250 300
Удельный импульс, сек 330 327

Финансирование

С 2009 по 2015 год разработка двигателя финансировалась за счёт инвестиций SpaceX, без привлечения финансирования со стороны правительства США .

13 января 2016 года ВВС США заключили со SpaceX соглашение о разработке прототипа двигателя Raptor, предназначенного для верхних ступеней ракет-носителей Falcon 9 и Falcon Heavy , с финансированием в размере 33,7 млн долларов со стороны ВВС и не менее 67,3 млн долларов со стороны SpaceX. Ожидалось, что работа по контракту будет завершена не позднее 31 декабря 2018 года .

9 июня 2017 года ВВС США изменили соглашение, увеличив сумму финансирования со своей стороны на 16,9 млн долларов, не уточнив цели .

19 октября 2017 года ВВС США предоставили SpaceX на разработку прототипа ракетного двигателя Raptor дополнительное финансирование в размере 40,8 млн долларов .

22 декабря 2017 года ВВС США предоставили SpaceX на разработку прототипа ракетного двигателя Raptor дополнительное финансирование в размере 6,5 млн долларов .

См. также

Ссылки

  • // everydayastronaut.com

Примечания

  1. ↑ (англ.) . Federal Aviation Administration . Дата обращения: 7 августа 2018. Архивировано из 8 августа 2018 года.
  2. ↑ . SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано из 16 марта 2019 года.
  3. . Дата обращения: 19 декабря 2023. 26 мая 2023 года.
  4. . Дата обращения: 18 августа 2020. 17 августа 2020 года.
  5. ↑ . SpaceX (27 сентября 2016). 28 сентября 2016 года.
  6. . spaceref.com (26 июня 2015). Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из 19 марта 2023 года.
  7. ↑ Todd, David (2012-11-20). . FlightGlobal Hyperbola . Архивировано из 11 июня 2016 . Дата обращения: 4 ноября 2015 . {{ cite news }} : Указан более чем один параметр |work= and |newspaper= ( справка ) ; Неизвестный параметр |description= игнорируется ( справка )
  8. ↑ Todd, David (2012-11-22). . Flightglobal . из оригинала 11 января 2014 . Дата обращения: 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. {{ cite news }} : Указан более чем один параметр |work= and |newspaper= ( справка )
  9. ↑ Belluscio, Alejandro G. (англ.) . NASASpaceFlight.com (3 октября 2016). Дата обращения: 8 февраля 2017. 22 ноября 2018 года.
  10. e^ 👁 🥧. (англ.) . @elonmusk (2019T23:26). Дата обращения: 28 июля 2019. 23 августа 2019 года.
  11. ↑ (англ.) . NASASpaceFlight.com (29 августа 2014). Дата обращения: 19 октября 2018. 31 августа 2019 года.
  12. ↑ (англ.) . SpaceX (17 сентября 2018). Дата обращения: 19 октября 2018. 18 марта 2021 года.
  13. Д.Т. Брегвадзе, О.В. Габидулин, А.А. Гуркин, И.А. Заболотько. // Политехнический молодежный журнал. — 2017. — № 12 . — doi : . 20 сентября 2018 года.
  14. AI AA. (1 июля 2009). Дата обращения: 19 октября 2018. 19 октября 2020 года.
  15. ↑ (англ.) . NASASpaceFlight.com (9 августа 2018). Дата обращения: 20 октября 2018. 17 августа 2018 года.
  16. Tom Markusic. . Space Exploration Technologies (28 июня 2010). Дата обращения: 25 октября 2018. 30 июля 2016 года.
  17. ↑ (англ.) . Spaceflight101.com . Дата обращения: 20 октября 2018. 22 октября 2018 года.
  18. ↑ Alejandro G. Belluscio. (англ.) . NASASpaceFlight.com (7 марта 2014). Дата обращения: 19 октября 2018. 26 июля 2019 года.
  19. . Flightglobal.com (англ.) . 2012-10-15. из оригинала 3 июля 2015 . Дата обращения: 19 октября 2018 .
  20. Royal Aeronautical Society. (23 ноября 2012). Дата обращения: 20 октября 2018. 9 августа 2018 года.
  21. . Huffington Post (англ.) . 2012-11-26. из оригинала 20 марта 2016 . Дата обращения: 20 октября 2018 .
  22. . Mississippi Development Authority (англ.) . 2013-10-23. из оригинала 25 октября 2019 . Дата обращения: 19 октября 2018 .
  23. (англ.) . www.parabolicarc.com (23 октября 2013). Дата обращения: 19 октября 2018. 24 октября 2013 года.
  24. . SpaceNews.com (англ.) . 2013-10-25 . Дата обращения: 19 октября 2018 .
  25. . Pacific Coast Business Times (англ.) . 2014-02-20. из оригинала 5 марта 2017 . Дата обращения: 20 октября 2018 .
  26. (англ.) . aviationweek.com (12 июня 2014). Дата обращения: 19 октября 2018.
  27. . ula.lonebuffalo.com (9 июня 2014). Дата обращения: 19 октября 2018. 8 июля 2014 года.
  28. ↑ . Lagniappe, John C. Stennis Space Center . NASA (сентябрь 2015). — « this project is strictly private industry development for commercial use ». Дата обращения: 10 января 2016. 31 декабря 2015 года.
  29. (англ.) . www.reddit.com (6 января 2015). Дата обращения: 19 октября 2018. 8 сентября 2018 года.
  30. (25 сентября 2016). — «SpaceX propulsion just achieved first firing of the Raptor interplanetary transport engine». Дата обращения: 19 октября 2018. 26 сентября 2016 года.
  31. (25 сентября 2016). — «Mach diamonds». Дата обращения: 19 октября 2018. 26 сентября 2016 года.
  32. . РИА Новости (26 сентября 2016). Дата обращения: 19 октября 2018. 16 сентября 2018 года.
  33. (25 сентября 2016). — «Production Raptor goal is specific impulse of 382 seconds and thrust of 3 MN (~310 metric tons) at 300 bar». Дата обращения: 19 октября 2018. 26 сентября 2016 года.
  34. (25 сентября 2016). — «Chamber pressure is almost 3X Merlin, so engine is about the same size for a given area ratio». Дата обращения: 19 октября 2018. 26 сентября 2016 года.
  35. (25 сентября 2016). — «382s is with a 150 area ratio vacuum (or Mars ambient pressure) nozzle. Will go over specs for both versions on Tues.» Дата обращения: 19 октября 2018. 26 сентября 2016 года.
  36. (26 сентября 2016). — «Meant to say 200 AR for production vac engine. Dev will be up to 150. Beyond that, too much flow separation in Earth atmos.» Дата обращения: 19 октября 2018. 27 сентября 2016 года.
  37. . SpaceX (27 сентября 2016). Дата обращения: 19 октября 2018. 27 сентября 2016 года.
  38. ↑ . SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано из 4 августа 2019 года.
  39. ↑ . SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения: 2 января 2019. 9 марта 2018 года.
  40. (англ.) . SpaceNews.com (15 октября 2017). Дата обращения: 19 октября 2018. 22 марта 2023 года.
  41. (3 февраля 2019). — «First firing of Starship Raptor flight engine!» Дата обращения: 6 февраля 2019. 5 февраля 2019 года.
  42. Ольга Никитина. . Взгляд (4 февраля 2019). Дата обращения: 4 февраля 2019. 4 февраля 2019 года.
  43. (англ.) (5 февраля 2019). — «Completed a two-second test fire of the Starship Raptor engine that hit 170 bar and ~116 metric tons of force – the highest thrust ever from a SpaceX engine and Raptor was at ~60% power.» Дата обращения: 6 февраля 2019. 14 мая 2019 года.
  44. (7 февраля 2019). — «Raptor just achieved power level needed for Starship & Super Heavy». Дата обращения: 7 февраля 2019. 7 февраля 2019 года.
  45. (7 февраля 2019). — «Design requires at least 170 metric tons of force. Engine reached 172 mT & 257 bar chamber pressure with warm propellant, which means 10% to 20% more with deep cryo.» Дата обращения: 7 февраля 2019. 7 февраля 2019 года.
  46. от 28 августа 2019 на Wayback Machine // ТАСС, 28 августа
  47. (англ.) . NASASpaceFlight.com (3 августа 2020). Дата обращения: 12 августа 2020. 1 февраля 2021 года.
  48. от 4 августа 2022 на Wayback Machine // hi-tech.mail.ru
  49. Gwynne Shotwell. . Congressional testimony 14–15. US House of Representatives, Committee on Armed Service Subcommittee on Strategic Forces (17 марта 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. ». Дата обращения: 11 января 2016. 28 января 2016 года.
  50. ↑ . . Дата обращения: 11 февраля 2019. 11 февраля 2019 года.
  51. . Release No: CR-008-16 . US Department of Defense (13 января 2016). — «Space Exploration Technologies, Corp. (SpaceX), Hawthorne, California, has been awarded a $33,660,254 other transaction agreement for the development of the Raptor rocket propulsion system prototype for the Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) program.» Дата обращения: 15 января 2016. 15 января 2016 года.
  52. . . 2016-01-13. из оригинала 3 февраля 2016 . Дата обращения: 15 января 2016 .
  53. Jeff Foust. . (21 октября 2017). — «According to government procurement documents, the Air Force modified that agreement June 9, adding nearly $16.9 million to the award, not specifying what the funding would be used for beyond it was a “supplement agreement for work within scope.”». Дата обращения: 9 февраля 2019.
  54. . Release No: CR-203-17 . US Department of Defense (19 октября 2017). — «Space Exploration Technologies Corp., Hawthorne, California, has been awarded a $40,766,512 modification (P00007) for the development of the Raptor rocket propulsion system prototype for the Evolved Expendable Launch Vehicle program.» Дата обращения: 9 февраля 2019. 10 февраля 2019 года.
Источник —

amity
  • 2021-07-06
  • 1
  • Tags:

Same as Raptor (ракетный двигатель)

The title for the last searches