Русская Википедия:Raptor (ракетный двигатель)

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Шаблон:Ракетный двигатель 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

Файл:Raptor Engine Unofficial Combustion Scheme.svg

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)Шаблон: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-Шаблон:Iw 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 Шаблон:Num до поздней, гораздо более низкой тяги Шаблон:Num.

С 2018 года ожидается, что двигатель будет иметь удельный импульс Шаблон:Num в пустоте и Шаблон:Num 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» Шаблон:Iw Шаблон:Iw 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 Шаблон:Iw Шаблон:Iw 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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]] на уровне моря и Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]] в пустоте, что сделало бы его самым мощным двигателем в своем классе.. Двигатель Raptor, использующий жидкий водород и жидкий кислород, имеющий в пустоте тягу Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]], удельный импульс Шаблон:Num, 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 Шаблон:Iw, способной выводить полезную нагрузку Шаблон:Num на низкую околоземную орбиту, что превышает возможности SLS НАСА.

Анонс и разработка узлов

16 ноября 2012 года, во время выступления в Шаблон:Iw 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 — Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]].

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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]. Удельный импульс составит Шаблон:Num на уровне моря и Шаблон:Num 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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]], что сделало бы его чуть более мощным, чем двигатель программы «Аполлон» — F-1. Высотная версия двигателя — тяга Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]], удельный импульс Шаблон:Num. 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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]], 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 — Шаблон:Num, при коэффициенте расширения сопла 150, тяга в Шаблон:Num, давление в камере сгорания Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]. 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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]; возможность дросселирования тяги в диапазоне 20—100%; номинальная тяга Шаблон:Num, удельный импульс Шаблон:Num, степень расширения 40; для вакуумной версии — тяга Шаблон:Num, удельный импульс Шаблон:Num, 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 Шаблон:Num, 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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]; тяга Шаблон:Num, удельный импульс Шаблон:Num; для пустотной версии — тяга Шаблон:Num, удельный импульс Шаблон:Num.

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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]; тяга около Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]; потенциально-возможный удельный импульс около Шаблон:Num.

4 февраля 2019 года было проведено первое огневое испытание лётногоШаблон:Уточнить образца двигателя. Испытание продолжалось 2 секунды при давлении Шаблон:Num, достигнута тяга Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]], 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 Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]] при давлении в камере сгорания Шаблон:Num [[[:Шаблон:Num]]]. Предполагается прирост тяги 10—20 % при использовании переохлаждённых компонентов топлива.

В августе 2019 испытан при полёте аппарата Starhopper.

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

Шаблон:Нет ссылок в разделе Шаблон:Главная 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 мартеШаблон:Нет АИ.

На данный моментШаблон:Когда 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

• Interplanetary Transport System (ранее Mars Colonial Transporter)
• Сравнение орбитальных ракетных двигателей

Ссылки

• Is SpaceX's Raptor engine the king of rocket engines? // everydayastronaut.com