Содержание
что изменила SpaceX? Everyday Astronaut / Хабр
Видео от Тима Тодда (Everyday Astronaut)
Обзор двигателя Raptor:
В последние месяцы мы наблюдали переход SpaceX с версий двигателя Raptor, которые использовались на Starhopper, SN5, SN6, SN8, SN9, SN10 и SN11: Raptor v1.0, и Raptor, используемым на SN15, S20. и B4: Raptor v1.5. Новая версия Raptor, получившая название Raptor 2, имеет большое количество улучшений производительности и надежности; что SpaceX изменила в Raptor 2 и почему эти изменения выгодны для Starship?
Наглядное сравнение Raptor 1 и Raptor 2.
Двигатель Raptor
Двигатель Raptor представляет собой двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива (FFSCC), который работает на сверхохлажденном жидком кислороде и сверхохлажденном жидком метане Ch5, который будет установлен на космический носитель следующего поколения SpaceX: Starship. В двигателе Raptor используется очень выгодный цикл FFSCC, максимально увеличивающий импульс, генерируемый заданным количеством топлива.
Это третий двигатель FFSCC, когда-либо разработанный, и первый, покинувший испытательный стенд.
Диаграмма, показывает схему двигателя замкнутого цикла с полной газификацией компонентов топлива.
Первая ступень Starship, называемая Super Heavy, будет оборудована 33 двигателями Raptor: 20 двигателей Raptor без карданного подвеса в самом внешнем кольце; 10 двигателей на карданном подвесе в среднем кольце; и три центральных двигателя в самом внутреннем кольце. Ожидается, что в будущем это число уменьшится, поскольку SpaceX продолжит модернизацию двигателя Raptor. На второй ступени, Starship, в настоящее время установлено шесть двигателей: три двигателя без карданного подвеса, оптимизированные для работы в вакууме и три двигателя с карданным подвесом для работы на уровне моря. Генеральный директор и технический директор SpaceX Илон Маск отметил, что в будущем Ship, вероятно, получит еще три двигателя оптимизированных для работы в вакууме.
Компоновка двигателя Superheavy 33 Raptor.Компоновка двигателя Starship Raptor.
(Источник: SpaceX)
Raptor изготовлен из запатентованного SpaceX сплава SX500, медных, алюминиевых и стальных сплавов — нет информации, позволяющей предположить, что сплавы значительно изменились между Raptor 1 и Raptor 2. Двигатель использует некоторое количество элементов 3D-печати; однако SpaceX пытается максимально отказаться от 3D-печати из-за невозможности масштабирования, высокой стоимости и низкой скорости производства.
Одной из самых впечатляющих характеристик Raptor является его диапазон карданного подвеса: двигатель может поворачиваться на 15 градусов по осям X и Z. Это необходимо для выполнения маневра «перевернуть и затормозить», которое делает Starship. Диапазон карданного подвеса в 15 градусов — это много; для сравнения, RS-25 имеет 12,5 градусов, а двигатель SpaceX Merlin 5 градусов на первой ступени.
Диапазон карданного подвеса Raptor 2 составляет 15°.
Изменения
В начале 2022 года был замечен первый Raptor 2, что ознаменовало конец истории Raptor 1 — после начала производства Raptor 2 SpaceX прекратила производство всех двигателей Raptor 1.
5.
По сравнению с оригинальным Raptor, Raptor 2 выглядит почти незавершенным — большое количество трубопроводов и датчиков было удалено, что изменило внешний вид двигателя с «елочки» на значительно более компактный вид. В оригинальной версии Raptor, пока SpaceX училась запускать двигатель, требовалось очень большое количество датчиков для разработки, чтобы они могли отслеживать давление и температуру по всему двигателю. Кроме того, многие клапаны были объединены в клапанные пластины, что еще больше упростило трубопроводы.
Удалив большое количество этих компонентов, SpaceX сделала двигатель более огнестойким и термостойким: явный шаг к цели SpaceX по удалению всех кожухов двигателя с ракеты-носителя, что уменьшило бы массу ракеты-носителя. Это яркий пример мантры Маска «лучшая часть — это отсутствие части».
Еще одно различие между Raptor 1 и Raptor 2 заключается в удалении факельных воспламенителей в основной камере сгорания. Вместо использования резервных факельных воспламенителей хорошо перемешанный горячий газообразный кислород и горячий газообразный Ch5 самовоспламеняются под воздействием высокой температуры и давления.
Это изменение еще больше снижает массу двигателя.
Raptor 2 также имеет меньше фланцев, чем на исходных версиях Raptor. Фланцы отлично подходят для прототипирования, когда необходимо заменить детали, но они увеличивают массу и увеличивают потери давления в двигателе. Теперь, когда конструкция стала более стабильной, SpaceX смогла удалить многие фланцевые соединения на двигателе, вплоть до того, что надеется удалить все фланцы на Raptor 2.5, что еще больше увеличит тягу до 250 тонн и дебютирует на 12-ом ускорителе.
Визуализация, демонстрирующая шаг к удалению фланцев на Raptor 2 по сравнению с Raptor 1.
Изменение сопла
Самым фундаментальным изменением было расширение критического сечения сопла. Большее критическое сечение сопла позволяет большему количеству топлива проходить через двигатель, увеличивая тягу. Однако это изменение уменьшает коэффициент расширения — отношение между площадью выходного отверстия сопла и площадью критического сечения сопла. Чем выше степень расширения, тем больше работы выполняет сопло для преобразования высокого давления в высокую скорость, увеличивая удельный импульс двигателя.
Сравнение Raptor 1 и Raptor 2
Raptor 1 и Raptor 2 имеют одинаковый диаметр выходного отверстия сопла, а остальная часть двигателя имеет практически одинаковые размеры. Тем не менее, Raptor 2 значительно легче, чем Raptor 1 — Raptor 1 весил примерно 2000 кг (конечно, масса зависит от того, есть ли у двигателя кардан), а Raptor 2 — около 1600 кг.
Давление в камере MCC Raptor 2 составляет поразительные 300 бар — самое высокое давление MCC среди всех ракетных двигателей. Это значительно выше, чем у Raptor 1 с давлением в камере 250 бар. Предыдущим рекордсменом по самому высокому давлению в камере был российский РД-180, работающий при давлении 267 бар.
Из-за большего критического сечения сопла и повышенного давления в камере Raptor получил увеличенную тягу: Raptor 1 создавал 185 тонн тяги, а Raptor 2 — 230 тонн тяги. Однако недостатком расширения критического сечения сопла является снижение ISP: Raptor 1 имеет примерно 330 секунд ISP, а Raptor 2 достигает 327 секунд.
2 ускорения тратятся исключительно на борьбу с гравитационным колодцем Земли. При соотношении тяги к массе 1,25:1 80 % тяги тратится на борьбу с гравитацией, и только 20 % тяги используется для разгона корабля при 0,25 g. Несмотря на всего лишь 25-процентное увеличение тяги по сравнению TWR 1 : 1, это бесконечно увеличивает ЧИСТУЮ работу, выполняемую на ускорителе.
Поднимая до TWR 1,5 : 1, 66% тяги теряется на гравитацию, а остальные 33% совершает работу по разгону аппарата. Несмотря на увеличение тяги всего на 16 %, это увеличивает работу, выполняемую ускорителем, на 100 %.
Raptor 1 имеет приблизительный TWR 1,25 при старте, а Raptor 2 будет иметь TWR 1,5 при старте. Это 100-процентное увеличение работы, выполняемой в начале полета, значительно важнее, чем 1-процентное снижение ISP. Это имеет много преимуществ, например, ракета-носитель находится ниже в конце работы ускорителя, уменьшая количество топлива, необходимое для возвращения ракеты-носителя.
График, показывающий гравитационные потери.
Будущее Raptor
Основная цель Маска состоит в том, чтобы стоимость тонны тяги Raptor была ниже 1000 долларов, а это означает, что для производства Raptor необходимо около 250 000 долларов. С этой целью ясно, что SpaceX продолжит делать Raptor более простым и дешевым в производстве, включая удаление всех фланцев на Raptor 2.5 и удаление как можно большего количества ‘элементов 3D-печати из производственной последовательности. Raptor 2.5 предназначен для дальнейшего увеличения тяги Raptor до 250 тонн тяги при давлении MCC 330 бар.
Кроме того, SpaceX пытается полностью отказаться от завесного охлаждения двигателя; есть несколько способов, которыми SpaceX может добиться этого, в том числе дополнительное завесное охлаждение или работа MCC с более высоким содержанием топлива. В настоящее время SpaceX изучает, будет ли выгоден отказ от завесного охлаждения горловины.
В целом ясно, что Raptor в настоящее время находится в начале пути. Подобно тому, что SpaceX сделала с двигателем Merlin, двигатель будет продолжать развиваться по мере того, как SpaceX будет больше летать, больше строить и больше тестировать.
Первоисточник
Илон Маск рассказал об увеличении тяги нового двигателя Raptor 2 для лунной ракеты — Газета.Ru
Илон Маск рассказал об увеличении тяги нового двигателя Raptor 2 для лунной ракеты — Газета.Ru | Новости
close
100%
Ракетный двигатель Raptor 2 обладает значительно большей тягой при меньшем весе по сравнению с Raptor. Об этом глава компании SpaceX Илон Маск заявил в Twitter.
Тяга и собственная масса считаются одними из важнейших характеристик ракетного двигателя. И то, и другое позволяет значительно повысить массу выводимой полезной нагрузки или используемого топлива.
Twitter-аккаунт издания Everyday Astronaut опубликовал две трехмерные модели: двигатель Raptor и его обновленную версию, Raptor 2, которая проходит финальные испытания. Авторы предположили, что новый двигатель будет весить 1600 килограммов против 2000 килограммов у старого.
На это сообщение ответил Илон Маск. Он подтвердил, что масса и правда снизится примерно на 20%, а тяга, напротив, возрастет на 20%. Согласно ранее опубликованным данным, тяга Raptor примерно равна 185 тоннам-сил. Однако приоритетом при разработке Raptor 2, по словам главы SpaceX, считается увеличение надежности, облегчение производства и снижение цены.
Двигатели Raptor (и Raptor 2) SpaceX планирует устанавливать на Starship — сверхтяжелую ракету нового поколения с возможностью многократного повторного использования. Именно с помощью этой ракеты и интегрированного в ее верхнюю ступень космического корабля Илон Маск планирует отправить людей на Марс и выполнить контракт NASA по доставке астронавтов на Луну к 2025-2026 году.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Анастасия Миронова
«Мсье, это какая страна?»
О том, что прозрачный мир сделал государства безликими
Владислав Набоков
Технологии на службе страховщиков
О том, как нейросеть поможет получить выплату по страховке
Владимир Трегубов
Новая форма денег
О перспективах криптовалюты
Георгий Бовт
Невообразимое будущее
О том, лучше или хуже нас будут жить наши дети
Алексей Мухин
Правила против права
О западных ценностях, которые превыше законодательства
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
SpaceX теперь строит двигатель Raptor в день, сообщает НАСА
Быстрые хищники —
«Это, кстати, очень высоко в их списке самых опасных.»
org/Person»>Эрик Бергер
—
Несколько ракетных двигателей Raptor, установленных на ракете Super Heavy.
Илон Маск/Twitter
Высокопоставленный представитель НАСА заявил на этой неделе, что SpaceX «очень хорошо» проделала работу по разработке транспортного средства для высадки людей на поверхность Луны, предприняв шаги для решения двух проблем космического агентства. самые большие опасения.
НАСА выбрало SpaceX и Starship для своей системы посадки человека в апреле 2021 года. В некотором смысле это был самый рискованный выбор вариантов НАСА, потому что Starship — очень большой и технически совершенный корабль. Однако из-за того, что компания самостоятельно вложила в проект миллиарды долларов, SpaceX представила самую низкую цену, и, исходя из своей предыдущей работы со SpaceX, НАСА было уверено, что компания в конечном итоге добьется успеха.
Двумя самыми большими проблемами технологического развития НАСА были новый ракетный двигатель Raptor и транспортировка и хранение жидкого кислорода и метанового топлива на орбите, сказал Марк Кирасич, заместитель помощника администратора НАСА, курирующий разработку миссий Artemis на Луну.
Однако во время заседания подкомитета Консультативного совета НАСА в понедельник Кирасич заявил, что SpaceX добилась существенного прогресса в обеих областях.
На Raptor
Ракетный двигатель Raptor имеет решающее значение для успеха Starship. Тридцать три из этих двигателей Raptor 2 приводят в действие ускоритель Super Heavy, который служит первой ступенью корабля, а еще шесть используются разгонным блоком Starship. Для успешной лунной миссии эти двигатели должны будут успешно повторно зажечься на поверхности Луны, чтобы доставить астронавтов обратно на орбиту внутри звездолета. Если двигатели откажут, астронавты, вероятно, погибнут.
Рекламное объявление
«SpaceX очень быстро продвигается вперед в разработке», — сказал Кирасич о Raptor. «Мы видели, как они производят то, что называлось Raptor 1.0. С тех пор они обновились до Raptor 2.0, что, во-первых, повышает производительность и тягу, а во-вторых, уменьшает количество деталей, сокращая время на производство и испытания.
Они строят эти штуки. очень быстро. Их целью было семь двигателей в неделю, и они достигли этой цели около четверти назад. Так что теперь они строят семь двигателей в неделю».
Для сравнения: ракетный двигатель Raptor 2 развивает тягу примерно в 510 000 фунтов. Это почти идентично количеству тяги, создаваемой двигателем RS-25, который будет использоваться для питания ракеты NASA Space Launch System. Этот двигатель был спроектирован и разработан компанией Rocketdyne в 1970-х годов для программы космических челноков, и компания имеет многолетний опыт их производства.
В 2015 году НАСА заключило с Aerojet Rocketdyne контракт на сумму 1,16 миллиарда долларов на «перезапуск производственной линии» двигателя RS-25. Опять же, это были деньги только на восстановление производственных мощностей, а не на создание двигателей. НАСА платит более 100 миллионов долларов за каждого из них. При начальном финансировании целью Aerojet Rocketdyne было производство четырех таких двигателей в год 9.
0030 .
Кирасич сказал, что по мере создания и испытаний Raptor SpaceX быстро повторяет эти процессы и производит двигатели более высокого качества.
Эрик Бергер
Эрик Бергер — старший космический редактор Ars Technica, освещающий все, от астрономии до частного космоса и НАСА, и автор книги «Отлет» о подъеме SpaceX. Сертифицированный метеоролог, Эрик живет в Хьюстоне.
Рекламное объявление
← Предыдущая история Следующая история →
Raptor 1 против Raptor 2: что изменила SpaceX?
Обзор двигателя Raptor:
В последние месяцы мы наблюдали переход SpaceX с версии Raptor, которая использовалась в Starhopper, SN5, SN6, SN8, SN9, SN10 и SN11: Raptor v1.0 и версию Raptor, используемый на SN15, S20 и B4: Raptor v1.5. Новая версия Raptor, получившая название Raptor 2, имеет большое количество улучшений производительности и надежности; что SpaceX изменила в Raptor 2 и почему эти изменения выгодны для Starship?
Параллельное сравнение Raptor 1 и Raptor 2.
Raptor Rundown
Двигатель Raptor представляет собой двигатель с полным циклом ступенчатого сгорания (FFSCC), работающий на переохлажденном жидком кислороде и переохлажденном жидком метане (Ch5). , оба из которых будут работать на космическом корабле SpaceX следующего поколения: Starship. Двигатель Raptor использует очень выгодный цикл FFSCC, максимизирующий импульс, генерируемый заданным количеством топлива — это третий двигатель FFSCC, когда-либо разработанный, и первый, покинувший испытательный стенд.
Диаграмма, показывающая схему полного цикла двигателя внутреннего сгорания со ступенчатой подачей.
Первая ступень Starship, называемая Super Heavy, будет битком набита 33 двигателями Raptor: 20 двигателей Raptor без карданного подвеса в самом внешнем кольце; 10 карданных двигателей в среднем кольце; и три центральных двигателя с карданным подвесом в самом внутреннем кольце. Ожидается, что в будущем это число уменьшится, поскольку SpaceX продолжит модернизацию Raptor.
На второй ступени, Starship, в настоящее время установлено шесть двигателей: три двигателя без подвеса с оптимизированным вакуумом и три двигателя с подвесом на уровне моря. Генеральный директор и технический директор SpaceX Илон Маск отметил, что в будущем корабль, вероятно, получит еще три двигателя с оптимизированным вакуумом, как только они увеличат длину корабля.
Компоновка двигателя Super Heavy 33 Raptor. Компоновка двигателя Starship Raptor. (Фото: SpaceX)
Raptor изготовлен из запатентованного SpaceX сплава SX500, медных, алюминиевых и стальных сплавов — нет информации, позволяющей предположить, что они значительно изменились между Raptor 1 и Raptor 2. Двигатель полагается на небольшое количество 3D печать; однако SpaceX пытается максимально отказаться от 3D-печати из-за невозможности масштабирования, высокой стоимости и низкой скорости производства.
Одной из самых впечатляющих характеристик Raptor является его диапазон подвеса: двигатель может поворачиваться на 15 градусов по осям Y и Z, что необходимо для посадки «переверни и сожги», которую выполняет Starship.
Диапазон подвеса в 15 градусов — это много; для сравнения, подвес RS-25 на 12,5 градусов и двигатель SpaceX Merlin на 5 градусов на первой ступени.
Диапазон подвеса Raptor 2 составляет 15°.
Изменения
В начале 2022 года был замечен первый Raptor 2, что ознаменовало конец Raptor 1 — после начала производства Raptor 2 SpaceX прекратила производство всех двигателей Raptor 1.5.
По сравнению с оригинальным Raptor, Raptor 2 выглядит на грани незавершенности — большое количество сантехники и датчиков было удалено, что изменило внешний вид двигателя «рождественской елки» на значительно более чистый вид. В оригинальной версии Raptor, пока SpaceX училась управлять двигателем, требовалось очень большое количество датчиков разработки, позволяющих отслеживать давление и температуру во всех трубопроводах Raptor. Кроме того, многие клапаны были объединены в клапанные пластины, что еще больше упростило водопровод.
Удалив большое количество этих компонентов, SpaceX сделала двигатель более огнестойким и термостойким: явный шаг к цели SpaceX по удалению всех кожухов двигателя с ракеты-носителя, что уменьшило бы массу ракеты-носителя примерно на 6 тонн.
Это яркий пример мантры Маска «лучшая часть — это отсутствие части».
Еще одно изменение, внесенное в Raptor 2 для дальнейшего уменьшения массы двигателя, — удаление факельных воспламенителей в основной камере сгорания. Вместо того, чтобы полагаться на резервные воспламенители факела, хорошо перемешанный горячий газообразный кислород и горячий газ Ch5 действуют гиперголически под воздействием высокой температуры и давления в основной камере сгорания (MCC).
Raptor 2 также имеет меньше фланцев, чем на оригинальных версиях Raptor. Фланцы отлично подходят для прототипирования, когда необходимо заменить детали, но они увеличивают массу и увеличивают потери давления в двигателе. Теперь, когда конструкция стала более стабильной, SpaceX смогла удалить многие фланцы на двигателе, вплоть до того, что надеется удалить все фланцы на Raptor 2.5, что еще больше увеличит тягу до 250 тонн и дебютирует на ракете-носителе 12.
Визуализация демонстрируя шаг к удалению фланцев на Raptor 2 по сравнению с Raptor 1.
Изменение горловины
Самым фундаментальным изменением было открытие горловины, позволяющее большему количеству топлива проходить через двигатель и увеличивающее тягу. Однако это изменение уменьшает степень расширения — отношение между площадью выходного отверстия сопла и площадью горловины. Чем выше степень расширения, тем больше работы выполняет сопло для преобразования высокого давления в высокую скорость, увеличивая удельный импульс двигателя.
Сравнение Raptor 1 и Raptor 2
Raptor 1 и Raptor 2 имеют одинаковый диаметр выходного отверстия сопла, а остальная часть двигателя имеет практически одинаковые размеры. При этом Raptor 2 значительно легче Raptor 1: Raptor 1 имеет массу 2000 кг, а Raptor 2 — 1600 кг.
Давление ЦУД Raptor 2 составляет поразительные 300 бар, что на 50 бар больше, чем у Raptor 1 — самое высокое давление ЦУД среди всех ракетных двигателей. Предыдущим рекордсменом по самому высокому давлению в ГЦС был российский РД-180, работающий при давлении 267 бар.
Благодаря более широкому горлу и повышенному давлению в камере, Raptor получил значительную тягу: Raptor 1 произвел 185 тонн тяги, а Raptor 2 — 230 тонн тяги. Однако недостатком открытия горла является снижение ISP примерно на 1%: Raptor 1 достигает примерно 330 секунд ISP, а Raptor 2 достигает 327 секунд. 92 ускорения тратится чисто на борьбу с гравитационным колодцем Земли. При соотношении тяги к весу 1,25:1 80 % тяги тратится на борьбу с гравитацией, и только 20 % тяги используется для разгона корабля при 0,25 g. Несмотря на всего лишь 25-процентное увеличение тяги по сравнению с TWR 1 : 1, это бесконечно увеличивает ЧИСТУЮ работу, выполняемую на транспортном средстве.
Подпрыгивая до TWR 1,5 : 1, 67% тяги теряется на гравитацию, а остальные 33% выполняют работу над аппаратом. Несмотря на увеличение тяги всего на 16 %, это увеличивает работу, выполняемую транспортным средством, на 100 %.
Raptor 1 будет иметь приблизительный TWR 1,25 при старте, а Raptor 2 будет иметь TWR 1,5 при старте.
Это 100-процентное увеличение работы, выполняемой в начале полета, значительно важнее, чем 1-процентное снижение ISP. Это имеет много преимуществ, например, ракета-носитель находится на меньшей дальности в конце своего горения, что уменьшает количество топлива, необходимого для догорания ракеты-носителя.
Диаграмма, показывающая потерю гравитации.
Будущее Raptor
Основная цель Маска состоит в том, чтобы себестоимость тонны тяги Raptor была ниже 1000 долларов — это означает, что для производства Raptor необходимо около 250 000 долларов. С этой целью ясно, что SpaceX продолжит делать Raptor проще и дешевле, в том числе удалив все фланцы на Raptor 2.5 и исключив как можно больше 3D-печати из производственной последовательности. Raptor 2.5 предназначен для дальнейшего увеличения тяги Raptor до 250 тонн тяги при давлении MCC 330 бар.
Кроме того, SpaceX пытается удалить из двигателя все пленочное охлаждение горловины; есть несколько способов, которыми SpaceX может добиться этого, в том числе дополнительное пленочное охлаждение или работа ЦУПа с более высоким содержанием топлива.