Раптор ракетный двигатель: Ракетный двигатель Raptor 2 стал компактнее и на 20% производительнее / Хабр

Raptor («Раптор») — жидкостный ракетный двигатель, разрабатываемый компанией SpaceX | Космос

Двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива, работающий на жидких метане и кислороде, планируется применять на космическом корабле Starship и ускорителе Super Heavy.

Конструкция

Примерная схема работы ЖРД Raptor

Двигатель Raptor будет работать с использованием наиболее эффективной замкнутой схемы с полной газификацией компонентов, в отличие от другого двигателя SpaceX — Merlin, имеющего более простую систему газогенератора с открытым циклом[8][9] (закрытый цикл использовался на главных двигателях «Шаттлов» — RS-25 и в нескольких российских ракетных двигателях, например, в РД-171, РД-180, РД-191[9]).

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 переохлажденные 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[9].

Воспламенение топлива при запуске на земле и в полёте осуществляется системой искрового зажигания, что исключает необходимость в пирофорной смеси триэтилалюминия-триэтилборана для зажигания двигателей на РН семейства Falcon[9].

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.[10].

Заявленные характеристики двигателя Raptor в процессе проектирования в течение 2012—2017 годов менялись в широком диапазоне, от высокого значения целевой пустотной тяги 8200 кН[11] 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[12][2].

Характеристики

Характеристика[13] 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, Ch5), 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» Американского института аэронавтики и астронавтики[en] Макс Возофф[en] впервые публично упомянул проект ракетного двигателя Raptor. Проект подразумевал использование топливной пары кислород-водород.[14][15]

28 июля 2010 года на 46-й конференции «Joint Propulsion Conference» Американского института аэронавтики и астронавтики директор испытательного комплекса SpaceX в МакГрегоре[en] Том Маркьюзик[en] 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 фунт-сил[en] [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.[16]. 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.[17][18][15]

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 MCT[en], способной выводить полезную нагрузку 150—200 т на низкую околоземную орбиту, что превышает возможности SLS НАСА.[19][15]

Анонс и разработка узлов

16 ноября 2012 года, во время выступления в Королевском обществе аэронавтики[en] в Лондоне, Илон Маск впервые объявил о разработке двигателя Raptor, использующего в качестве топлива метан.[20][7][8][21][17][18]

В октябре 2013 года SpaceX анонсировала начало испытаний узлов метанового двигателя в Космическом центре имени Джона Стенниса.[22][23] Впервые объявлена номинальная тяга двигателя — 661 000 фунт-сил [2 942 кН].[24][15]

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.[25][17][18][15]

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.[26][27][11][15]

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.[28]

6 января 2015 года Илон Маск заявил, что целью является тяга двигателя чуть больше 230 тс [2 256 кН], что намного ниже заявленной ранее. [29][15]

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.[30][31][32] 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].[33][34][35] 27 сентября он пояснил, что коэффициент расширения 150 — для испытательного образца, вакуумная версия будет иметь коэффициент расширения 200.[36] Подробности были обобщены в статье о двигателе Raptor, опубликованной на следующей неделе.[9]

27 сентября 2016 года на 67-м ежегодном Международном конгрессе астронавтики в Гвадалахаре Илон Маск представил подробности концепции ITS.[37] 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. [5][15]

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.[2][38][15]

29 сентября 2017 года в рамках 68-го ежегодного Международного конгресса астронавтики в Аделаиде Илон Маск представил новую концепцию под кодовым названием BFR[39]. 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[2][38][15].

Илон Маск объявил, что двигатель Raptor впервые отправится в полёт как часть BFR[39]. В октябре 2017 года он пояснил, что лётные испытания начнутся на полноразмерном корабле (верхней ступени BFR), выполняющем «короткие прыжки» высотой в несколько сотен километров[40].

17 сентября 2018 года на презентации, в рамках которой был представлен первый космический турист BFR Юсаку Маэдзава, информация о ракете была обновлена[12]; 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[41][42]. Испытание продолжалось 2 секунды при давлении 170 бар, достигнута тяга 116 тс [1 137 кН], что составляет 60 % от номинального значения[43].

7 февраля 2019 года проведено очередное огневое испытание с использованием «теплых» компонентов топлива, после которого Илон Маск сообщил, что двигатель подтвердил проектную мощность[44], 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[45].

В августе 2019 испытан при полёте аппарата Starhopper. [46]

5 августа 2020 года состоялся тестовый «прыжок» прототипа Starship (SN5) с двигателем Raptor SN27 на 150 м[47]; с тех пор проведено ещё несколько подобных испытаний.

Финансирование

С 2009 по 2015 год разработка двигателя финансировалась за счёт инвестиций SpaceX, без привлечения финансирования со стороны правительства США[48][28].

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[49][50][51].

9 июня 2017 года ВВС США изменили соглашение, увеличив сумму финансирования со своей стороны на 16,9 млн долларов, не уточнив цели[49][52].

19 октября 2017 года ВВС США предоставили SpaceX на разработку прототипа ракетного двигателя Raptor дополнительное финансирование в размере 40,8 млн долларов[49][53].

22 декабря 2017 года ВВС США предоставили SpaceX на разработку прототипа ракетного двигателя Raptor дополнительное финансирование в размере 6,5 млн долларов[49].

источник — https://ru.wikipedia.org/wiki/Raptor_ (ракетный_двигатель)

его ракетный двигатель признан лучшим, а состояние выросло на $33 млрд

Двигатель Raptor, разработанный инженерами Маска наконец-то превзошел известный своими исключительными техническими параметрами российский двигатель РД-180, а личное состояние самого бизнесмена только за одни сутки увеличилось на баснословные 32,6 миллиарда долларов

Известный технически эксперт и постоянный автор «Новых Известий» Вадим Лукашевич обратил внимание на новый этап глобальной «битвы» Илона Маска и Дмитрия Рогозин.

Он напомнил, как еще в феврале 2019 года Илон Маск заявил, что его двигатель Raptor превзошел известный своими исключительными техническими параметрами российский двигатель РД-180 (это линейка двигателей, идущая от советского РД-170/171, целиком на советском заделе) по давлению в камере сгорания.

Двигатель Raptor, созданный на предприятиях Маска, достиг 11 февраля 2019 года давления 268.9 бар, превзойдя по этому показателю наш РД-180 (давление в камере сгорания которого 261.7 кгс/кв. см, т.е. 256.6 бар).

Дмитрий Рогозин тут же громогласно заявил, что он не верит, что Маск сможет создать двигатель лучший, чем РД-180, потому что он не является специалистом в этом вопросе, и он вообще не понимает, о чем идет речь, а Россия «в этой части номер один в мире» и т.д. и т.п.:

Маниакальное неверие Рогозина в возможности Илона Маска объяснил тогда главный конструктор НПО «Энергомаш» Петр Левочкин:

«Маск говорит о превосходстве американского двигателя Raptor над российским РД-180, поскольку не является техническим специалистом…» Говоря о давлении в камере сгорания, Левочкин уточнил, что РД-180 был сертифицирован с 10%-м запасом, поэтому давление в его камере сгорания «выше 280 атмосфер».

«В общем, все специалисты по ракетным двигателям у нас, наш двигатель РД-180 с учетом 10%-го запаса сертифицирован на давление в камере сгорания до 282. 3 бар, поэтому Маск нибельмеса в двигателях и не знает о чем говорит. И вообще у него нихрена не получится, потому что все специалисты по ракетным двигателям у нас, наш двигатель с учетом 10%-го запаса сертифицирован на давление до 282.3 бар, а Маск нибельмеса в…. Эта музыка будет вечной, если я заменю батарейки» — пишет Лукашевич.

И вот ровно 4 января 2022 года Илон Маск сообщил о том, что рабочее давление в камере сгорания его Raptor-2 достигло 300 бар.

«Страна еще праздновать не кончила, а тут такое национальное унижение… Дмитрий Олегович, чем ответим аферисту-проходимцу-мошеннику-почтибанкроту?» — задает вопрос эксперт.

Но не только успехи Маска в двигателестроении поминают сегодня мирвоые СМИ, а и еще и феноменальное финансовое достижение, о котором сообщил «Форбс»:

«Состояние Илона Маска выросло за день на $32,6 млрд и достигло отметки $304,2 млрд. Это произошло из-за того, что акции Tesla подскочили в цене на 13,53% до $1 199,78 за акцию. Компания побила свой предыдущий рекорд по поставкам автомобилей, что и привело к одному из крупнейших однодневных скачков богатства».

Эту цифру Рогозин точно не сможет превзойти никогда…

Материалы по теме:

Илон Маск стал человеком года по версии журнала Time

Илон Маск распродает акции Tesla по совету подписчиков

Рекорд для одного человека: 11 млрд долларов налогов заплатит Илон Маск в 2021 году

СШАРекордыТехнологииРогозинРоссияИлон МаскракетыРакетабогатстводоллар СШАСССРсостояние

Нашли опечатку в тексте? Выделите её и нажмите ctrl+enter

SpaceX — Starship

В среду, 5 мая, Starship с серийным номером 15 (SN15) успешно завершил пятое высотное летное испытание SpaceX прототипа Starship со Звездной базы в Техасе.

Как и в предыдущих высотных летных испытаниях Starship, SN15 приводился в действие тремя двигателями Raptor, каждый из которых выключался последовательно до достижения транспортным средством апогея — примерно 10 км высоты. SN15 выполнил переход топлива во внутренние баки, в которых содержится топливо для посадки, прежде чем переориентироваться для входа в атмосферу и управляемого аэродинамического снижения.

Прототип звездолета снизился под активным аэродинамическим управлением, реализованным за счет независимого движения двух передних и двух задних закрылков на корабле. Все четыре закрылка приводились в действие бортовым бортовым компьютером, чтобы контролировать положение Starship во время полета и обеспечивать точную посадку в намеченном месте. Двигатели Raptor SN15 снова запустились, когда машина выполнила маневр переворота при посадке непосредственно перед приземлением для номинальной посадки на площадку.

Эти испытательные полеты Starship направлены на улучшение нашего понимания и разработку полностью многоразовой транспортной системы, предназначенной для перевозки экипажа и грузов в длительных межпланетных полетах и ​​помощи человечеству в возвращении на Луну, а также в путешествиях на Марс и дальше.

Поздравляем всю команду SpaceX с успешным полетом и приземлением SN15!

Космический корабль SpaceX Starship и ракета Super Heavy (в совокупности именуемые Starship) представляют собой полностью многоразовую транспортную систему, предназначенную для перевозки экипажа и грузов на околоземную орбиту, Луну, Марс и дальше. Starship станет самой мощной из когда-либо созданных ракет-носителей в мире, способных выводить на орбиту Земли более 100 метрических тонн.

Обзор

STARSHIP

Starship — полностью многоразовый космический корабль и вторая ступень системы Starship. Он предлагает интегрированную секцию полезной нагрузки и способен доставлять пассажиров и грузы на околоземную орбиту, в планетарные пункты назначения и между пунктами назначения на Земле.

СВЕРХТЯЖЕЛЫЙ

Первая ступень, или ускоритель, нашей системы запуска следующего поколения имеет полную взлетную массу более 3 миллионов кг и использует переохлажденный жидкий метан и жидкий кислород (Ch5/LOX) в качестве топлива. Ракета-носитель вернется на посадку на стартовую площадку на своих 6 опорах.

ПОЛЕЗНАЯ НАГРУЗКА

|

Обтекатель полезной нагрузки Starship имеет диаметр 9 м и высоту 18 м, что обеспечивает самый большой полезный объем полезной нагрузки среди всех текущих или разрабатываемых пусковых установок. Этот объем полезной нагрузки может быть настроен как для экипажа, так и для груза.

ЗВЕЗДНЫЙ КОРАБЛЬ ИСПОЛЬЗУЕТ

СПУТНИКИ

Starship предназначен для доставки спутников дальше и с более низкой предельной стоимостью запуска, чем наши нынешние аппараты Falcon. С отсеком полезной нагрузки больше, чем у любого эксплуатируемого или разрабатываемого в настоящее время обтекателя, Starship создает возможности для новых миссий, включая космические телескопы, даже большие, чем Джеймс Уэбб.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ STARSHIP

КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

Starship может доставлять как грузы, так и людей на МКС и обратно. Обтекатель Starship обеспечивает значительные возможности для космической деятельности. Кормовые грузовые контейнеры также могут вмещать различные полезные грузы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗВЕЗДНОГО КОРАБЛЯ

ПОЛЕТЫ НА ЛУНУ

Создание баз для поддержки будущих космических исследований требует транспортировки большого количества грузов на Луну для исследований и развития пилотируемых космических полетов. Starship предназначен для перевозки этих строительных блоков.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗВЕЗДНЫХ КОРАБЛЕЙ

МЕЖПЛАНЕТНЫЙ ТРАНСПОРТ

Строительство городов на Марсе потребует доступной доставки значительного количества грузов и людей. Полностью многоразовая система Starship использует перенос топлива в космосе для достижения этой цели и позволяет людям совершать длительные межпланетные полеты.

Звездолеты готовы к летным испытаниям.

Звездолет в полете

Звездолет успешно приземляется

Три двигателя Raptor на базе Звездолета

Художественный рендеринг Звездолета, взлетающего на Марс

Художественный рендеринг Звездолета и сверхтяжелого корабля в полете с несколькими звездолетами

Художественное изображение звездолета, приближающегося к Сатурну и его спутникам

Музыкальный концерт на борту звездолета

Художественная визуализация Starship и Super Heavy в полете

Raptor News — TESLARATI