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

Raptor (ракетный двигатель) — Вики

Raptor («Раптор») — жидкостный ракетный двигатель, разрабатываемый компанией SpaceX.
Двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива, работающий на жидких метане^[6] и кислороде^[7], планируется применять на космическом корабле Starship и ускорителе Super Heavy.

Содержание

• 1 Конструкция
  • 1.1 Характеристики
• 2 Разработка
  • 2.1 Анонс и разработка узлов
  • 2.2 Испытания двигателя
• 3 Раптор-2
• 4 Финансирование
• 5 См. также
• 6 Ссылки
• 7 Примечания

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^[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 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^[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

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.

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 и сопутствующего трубопровода, которые были необходимы в первой версии для осуществления отладки. Многие фланцевые соединения были заменены сваркой. Все эти улучшения значительно снижают сложность двигателя, удешевляют производство и уменьшают количество точек отказа.

Слева направо Раптор-1 и Раптор-2

Всего будет 3 версии двигателя Раптор-2: с карданным подвесом для отклонения вектора тяги, без карданного подвеса и версия для работы в вакууме.

На данный момент^{[когда?]} Раптор-2 по сравнению с Раптор-1 имеет следующие характеристики:

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].

См. также

• Interplanetary Transport System (ранее Mars Colonial Transporter)
• Сравнение орбитальных ракетных двигателей
• Raptor 2^[en][54]

Ссылки

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

Примечания

1. ↑ ^{1 2} The Annual Compendium of Commercial Space Transportation: 2018 (англ.) (недоступная ссылка). Federal Aviation Administration. Дата обращения: 7 августа 2018. Архивировано 8 августа 2018 года.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7} Making Life Multiplanetary (неопр.) (недоступная ссылка). SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 16 марта 2019 года.
3. ↑ Starship (неопр.) (недоступная ссылка). Space Exploration Technologies. Дата обращения: 18 января 2020. Архивировано 30 сентября 2019 года.
4. ↑ Raptor engine just reached 330 bar chamber pressure (неопр.). Дата обращения: 18 августа 2020. Архивировано 17 августа 2020 года.
5. ↑ ^{1 2 3} Mars Presentation (неопр.) (недоступная ссылка). SpaceX (27 сентября 2016). Архивировано 28 сентября 2016 года.
6. ↑ SpaceX Prepared Testimony by Jeffrey Thornburg (неопр.). spaceref.com (26 июня 2015). Дата обращения: 23 декабря 2018.
7. ↑ ^{1 2} Todd, David. Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars, seradata.com (20 ноября 2012). Архивировано 11 июня 2016 года. Дата обращения 4 ноября 2015.
8. ↑ ^{1 2} Todd, David. SpaceX’s Mars rocket to be methane-fuelled, Flightglobal.com (22 ноября 2012). Архивировано 11 января 2014 года. 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.».
9. ↑ ^{1 2 3 4 5} Belluscio, Alejandro G. «ITS Propulsion – The evolution of the SpaceX Raptor engine» (англ. 👁 🥧. Planning on a simplifying mod to Raptor for max thrust, but no throttling, to get to 250 mT level (англ.). @elonmusk (2019T23:26). Дата обращения: 28 июля 2019. Архивировано 23 августа 2019 года.
10. ↑ ^{1 2} Battle of the Heavyweight Rockets – SLS could face Exploration Class rival (англ.). NASASpaceFlight.com (29 августа 2014). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 31 августа 2019 года.
11. ↑ ^{1 2} First Private Passenger on Lunar BFR Mission (англ.). SpaceX (17 сентября 2018). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 18 марта 2021 года.
12. ↑ Д.Т. Брегвадзе, О.В. Габидулин, А.А. Гуркин, И.А. Заболотько. Применение топлива «кислород + метан» в жидкостных ракетных двигателях (рус. ) // Политехнический молодежный журнал. — 2017. — № 12. — doi:10.18698/2541-8009-2017-12-205.
13. ↑ AI AA. Part 7 — AIAA Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation (неопр.) (1 июля 2009). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 19 октября 2020 года.
14. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10} The Evolution of the Big Falcon Rocket (англ.). NASASpaceFlight.com (9 августа 2018). Дата обращения: 20 октября 2018. Архивировано 17 августа 2018 года.
15. ↑ Tom Markusic. SpaceX Propulsion (неопр. ). Space Exploration Technologies (28 июня 2010). Дата обращения: 25 октября 2018. Архивировано 30 июля 2016 года.
16. ↑ ^{1 2 3} SpaceX – Launch Vehicle Concepts & Designs (англ.). Spaceflight101.com. Дата обращения: 20 октября 2018. Архивировано 22 октября 2018 года.
17. ↑ ^{1 2 3} Alejandro G. Belluscio. SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power (англ.). NASASpaceFlight.com (7 марта 2014). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 26 июля 2019 года.
18. ↑ SpaceX aims big with massive new rocket (англ.), Flightglobal.com (15 October 2012). Архивировано 3 июля 2015 года. Дата обращения 19 октября 2018.
19. ↑ Royal Aeronautical Society. Elon Musk lecture at the Royal Aeronautical Society (неопр.) (23 ноября 2012). Дата обращения: 20 октября 2018. Архивировано 9 августа 2018 года.
20. ↑ Mars Colony: SpaceX CEO Elon Musk Eyes Huge Settlement On Red Planet (англ.), Huffington Post (26 November 2012). Архивировано 20 марта 2016 года. Дата обращения 20 октября 2018.
21. ↑ SpaceX to Test Rocket Engines in Hancock Co. (англ.), Mississippi Development Authority (23 October 2013). Архивировано 25 октября 2019 года. Дата обращения 19 октября 2018.
22. ↑ SpaceX to Conduct Raptor Engine Testing in Mississippi (англ.). www.parabolicarc. com (23 октября 2013). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 24 октября 2013 года.
23. ↑ SpaceX Could Begin Testing Methane-fueled Engine at Stennis Next Year (англ.), SpaceNews.com (25 October 2013). Дата обращения 19 октября 2018.
24. ↑ SpaceX’s propulsion chief elevates crowd in Santa Barbara (англ.), Pacific Coast Business Times (20 February 2014). Архивировано 5 марта 2017 года. Дата обращения 20 октября 2018.
25. ↑ Aerojet Rocketdyne, SpaceX Square Off For New Engine Work (англ.). aviationweek.com (12 июня 2014). Дата обращения: 19 октября 2018.
26. ↑ Daily Clipsheet (неопр.). ula.lonebuffalo.com (9 июня 2014). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 8 июля 2014 года.
27. ↑ ^{1 2} NASA-SpaceX testing partnership going strong (неопр.). Lagniappe, John C. Stennis Space Center. NASA (сентябрь 2015). — «this project is strictly private industry development for commercial use». Дата обращения: 10 января 2016. Архивировано 31 декабря 2015 года.
28. ↑ I am Elon Musk, CEO/CTO of a rocket company, AMA! (англ.). www.reddit.com (6 января 2015). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 8 сентября 2018 года.
29. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «SpaceX propulsion just achieved first firing of the Raptor interplanetary transport engine». Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 26 сентября 2016 года.
30. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «Mach diamonds». Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 26 сентября 2016 года.
31. ↑ SpaceX испытала ракетный двигатель Raptor для доставки людей на Марс (рус.). РИА Новости (26 сентября 2016). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 16 сентября 2018 года.
32. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (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. Архивировано 26 сентября 2016 года.
33. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (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. Архивировано 26 сентября 2016 года.
34. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (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. Архивировано 26 сентября 2016 года.
35. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (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. Архивировано 27 сентября 2016 года.
36. ↑ Making Humans a Multiplanetary Species (неопр.). SpaceX (27 сентября 2016). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 27 сентября 2016 года.
37. ↑ ^{1 2} Making Life Multiplanetary (Transcript) (неопр.) (недоступная ссылка). SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения: 19 октября 2018. Архивировано 4 августа 2019 года.
38. ↑ ^{1 2} Making Life Multiplanetary (неопр.). SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения: 2 января 2019. Архивировано 9 марта 2018 года.
39. ↑ Musk offers more technical details on BFR system (англ.). SpaceNews.com (15 октября 2017). Дата обращения: 19 октября 2018.
40. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (3 февраля 2019). — «First firing of Starship Raptor flight engine!». Дата обращения: 6 февраля 2019. Архивировано 5 февраля 2019 года.
41. ↑ Ольга Никитина. Илон Маск показал первые испытания двигателя для межпланетного корабля Starship (неопр.). Взгляд (4 февраля 2019). Дата обращения: 4 февраля 2019. Архивировано 4 февраля 2019 года.
42. ↑ SpaceX on Instagram (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. Архивировано 14 мая 2019 года.
43. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (7 февраля 2019). — «Raptor just achieved power level needed for Starship & Super Heavy». Дата обращения: 7 февраля 2019. Архивировано 7 февраля 2019 года.
44. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (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. Архивировано 7 февраля 2019 года.
45. ↑ Space X провела успешные испытания аппарата Starhopper Архивная копия от 28 августа 2019 на Wayback Machine // ТАСС, 28 августа
46. ↑ Starship SN5 conducts successful 150-meter flight test (англ.). NASASpaceFlight.com (3 августа 2020). Дата обращения: 12 августа 2020. Архивировано 1 февраля 2021 года.
47. ↑ Gwynne Shotwell. Statement of Gwynne Shotwell, President & Chief Operating Officer, Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) (неопр.). 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. Архивировано 28 января 2016 года.
48. ↑ ^{1 2 3 4} Agreement FA88111690001 (неопр.). Federal Procurement Data System^[en]. Дата обращения: 11 февраля 2019. Архивировано 11 февраля 2019 года.
49. ↑ Contracts for Jan. 13, 2016 (неопр.). 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. Архивировано 15 января 2016 года.
50. ↑ Orbital ATK, SpaceX Win Air Force Propulsion Contracts, SpaceNews^[en] (13 января 2016). Архивировано 3 февраля 2016 года. Дата обращения 15 января 2016.
51. ↑ Jeff Foust. Air Force adds more than $40 million to SpaceX engine contract (неопр.). SpaceNews^[en] (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.
52. ↑ Contracts for October 19, 2017 (неопр.). 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. Архивировано 10 февраля 2019 года.
53. ↑ Зачем Илону Маску самая большая ракета в истории // hi-tech.mail.ru

Raptor (ракетный двигатель). Translate into Russian. Translation result — Translated by humans

Raptor (ракетный двигатель)

Ракетный двигатель Raptor будет иметь тягу в 6 раз большую чем вакуумный двигатель Merlin 1D второй ступени ракет Falcon 9, Falcon 9.1

Концепция Raptor это «многократно используемый метановый двигатель закрытого цикла для следующего поколения ракет SpaceX сконструированных для исследования и колонизации Марса». По словам Илона Маска, конструкция двигателя позволит достигнуть полной ре-используемости всех ступеней и уменьшения стоимости полетов на два порядка

Разработка двигателя в 2009-2015 годах шла силами SpaceX без привлечения государственных средств. В январе 2016 было достигнуто соглашение между SpaceX и ВВС США об инвестиция в размере 33.6 миллионов долларов. SpaceX при этом обязуется вложить в разработку как минимум в два раза большую сумму.

Впервые о Raptor рассказал Макс Возов на симпозиуме Института Аэронавтики и Астронавтики США о программе коммерческой доставки грузов и экипажа в 2009 году. В апреле 2011 SpaceX имела небольшой отдел, работающий над Raptor для второй ступени, на тот момент это был концепт водородно-кислородного двигателя и имел низкий приоритет. В марте 2012 новостные порталы утверждали, что разработка двигателя продвигается, но официальных заявление не было.

В октябре 2012 SpaceX объявили о концепции двигателя в несколько раз более мощного, чем Merlin 1 и не использующего керосин(что именно он использует, объявлено не было). О деталях в компании обещали рассказать в ближайшие три года и пояснили, что большой двигатель предназначен для новой ракеты SpaceX, которая использует несколько таких двигателей и выводит от 150 до 200 тонн на НОО, превосходя показатели NASA SLS.

This was cleared up the next month when, in November 2012, CEO Elon Musk announced a new direction for the propulsion division of SpaceX: developing methane-fueled rocket engines. He further indicated that the engine concept that had been codenamed Raptor would now become a methane-based design, and that methane would be the fuel of choice for SpaceX’ plans for Mars colonization.

Potential sources and sinks of methane (Ch5) on Mars.

Because of the presence of water underground and carbon dioxide in the atmosphere of Mars, methane, a simple hydrocarbon, can easily be synthesized on Mars using the Sabatier reaction. In-situ resource production on Mars has been examined by NASA and found to be viable for oxygen, water, and methane production. According to a study published by the Chicago School of Mines, in-situ resource utilization such as methane from Mars makes space missions more feasible technically and economically and enables reusability. Methane has been discovered in meteorites from Mars.

When first mentioned by SpaceX in 2009, the term «Raptor» was applied exclusively to an upper-stage engine concept—and 2012 pronouncements indicate that it still was a concept for an upper stage engine—but in early 2014 SpaceX confirmed that Raptor would be used both on a new second stage, as well as for the large (nominally, 10-meter-diameter) core of the Mars Colonial Transporter. Each booster core will utilize nine Raptor engines, similar to the use of nine Merlin 1s on each Falcon 9 booster core.

Early hints that a staged-combustion methane engine was under consideration at SpaceX were given in May 2011 when SpaceX asked if the Air Force was interested in a methane-fueled engine as an option to compete with the mainline kerosene-fueled engine that had been requested in the USAF Reusable Booster System High Thrust Main Engine solicitation.

Public information released in November 2012 indicated that SpaceX may have a family of Raptor-designated rocket engines in mind; this was confirmed by SpaceX in October 2013. However, SpaceX COO Gwynne Shotwell clarified in March 2014 that the focus of the new engine development program is exclusively on the full-size Raptor engine; smaller subscale methalox engines are not planned on the development path to the very large Raptor engine.

In October 2013, SpaceX announced that they would be performing methane engine tests of the Raptor engine at the John C. Stennis Space Center in Hancock County, Mississippi, and that SpaceX would add equipment to the existing test stand infrastructure in order to support liquid methane engine testing. In April 2014, SpaceX completed the requisite upgrades and maintenance to the Stennis test stand to prepare for testing of Raptor components, and expects to begin tests at the facility prior to the end of May 2014.

October 2013 was the first time SpaceX disclosed a nominal design thrust of the Raptor engine—2,940 kN (661,000 lbf)—although early in 2014 they announced a Raptor engine with greater thrust, and in 2015, one with lower thrust that might better optimize thrust-to-weight.

In February 2014, Tom Mueller, the head of rocket engine development at SpaceX, revealed in a speech that Raptor was being designed for use on a vehicle where nine engines would «put over 100 tons of cargo up to Mars,» and that the rocket would be more powerful than previously released publicly, producing greater than 4,400 kN (1,000,000 lbf). A June 2014 talk by Mueller provided more specific engine performance target specifications indicating 6,900 kN (705 tonnes-force) of sea-level thrust, 8,200 kN (840 tonnes-force) of vacuum thrust, and a specific impulse of 380 s for a vacuum version. Earlier information had estimated the design Isp under vacuum conditions as only 363 s. Jeff Thornburg, who led development of the Raptor engine at SpaceX 2011–2015, noted that methane rocket engines have higher performance than kerosene/RP-1 and lower than hydrogen, with significantly fewer problems for long-term, multi-start engine designs than kerosene—methane is cleaner burning—and significantly lower cost than hydrogen, coupled with the ability to «live off land» and produce methane directly from extraterrestrial sources.

In January 2015, Elon Musk made a statement that the thrust they were currently targeting was around 2,300 kN (230 tonnes-force), much lower than older comments mentioned. This brought into question much of the speculation surrounding a 9-engine booster, as he stated «there will be a lot of » By August 2015, an Elon Musk statement surfaced that indicated the oxidizer to fuel ratio of the Mars-bound engine would be approximately 3.8 to 1.

SpaceX successfully began development testing of injectors in 2014 and completed a full-power test of a full-scale oxygen preburner in 2015. 76 hot fire tests of the preburner, totaling some 400 seconds of test time, were executed from April–August 2015.

In January 2016, the US Air Force awarded a US$33.6 million development contract to SpaceX develop a prototype version of its methane-fueled reusable Raptor engine for use on the upper stage of the Falcon 9 and Falcon Heavy launch vehicles, with required double-matching funding by SpaceX of at least US$67. 3 million. Work under the contract is expected to be completed in 2018, and engine performance testing will be done at NASA’s John C. Stennis Space Center in Mississippi.

Scale size comparison of SpaceX first-stage launch vehicles: (from left) Falcon 9 v1.0 (2010), Falcon 9 v1.1 (2013), and a possible 10-meter diameter, 9-Raptor, first-stage booster core for the future Mars Colonial Transporter based on early-2014 information.

The Raptor engine will be powered by liquid methane and liquid oxygen using a more efficient staged combustion cycle, a departure from the ‘open cycle’ gas generator system and lox/kerosene propellants that current Merlin engines use. The Space Shuttle Main Engines (SSME) also used a staged combustion process, as do several Russian rocket engines (such as the RD-180).

Raptor is being explicitly designed to be able to deliver «long life … and more benign turbine environments.»

More specifically, Raptor will utilize a full-flow staged combustion cycle, where 100 percent of the oxidizer—with a low-fuel ratio—will power the oxygen turbine pump, and 100 percent of the fuel—with a low-oxygen ratio—will power the methane turbine pump. Both streams—oxidizer and fuel—will be completely in the gas phase before they enter the combustion chamber. Prior to 2014, only two full-flow staged combustion rocket engines have ever progressed sufficiently to be tested on test stands: the Soviet RD-270 project in the 1960s and the Aerojet Rocketdyne integrated powerhead demonstration project in the mid-2000s.

The Raptor engine is designed to work using deep cryogenic methalox propellants—fluids cooled to near their freezing points rather than nearer their boiling points which is more typical for cryogenic rocket engines.

The turbopump and many of the critical parts of the injectors will be manufactured by using 3D printing, which also increases the speed of development and iterative testing.

Stated design size for the Raptor engine has varied widely as design continues, from a high target of 8,200 kN (1,800,000 lbf) of vacuum thrust to a more recent, much lower target of 2,300 kN (230 tonnes-force). Estimates target a vacuum Isp of 363 seconds and a sea-level Isp of 321 seconds. Final thrust and Isp specifications for the as-built engines may continue to change dramatically as SpaceX moves the engine through the multi-year development cycle.

Additional characteristics of the full-flow design that are projected to further increase performance or reliability include:

eliminating the fuel-oxidizer turbine interseal, which is a potential point of failure in more traditional engine designs

lower pressures are required through the pumping system, increasing life span and further reducing risk of catastrophic failure

ability to increase the combustion chamber pressure, thereby either increasing overall performance, or «by using cooler gases, providing the same performance as a standard staged combustion engine but with much less stress on materials, thus significantly reducing material fatigue or weight.»

Vacuum version

Like the SpaceX Merlin engine, a vacuum version of the Raptor rocket engine is planned which would target a specific impulse of 380s, using a larger nozzle to allow more expansion by exhaust gases.

Testing of the Raptor’s oxygen preburner at Stennis in 2015

Initial development testing of Raptor methane engine components was done at the Stennis Space Center in Hancock County, Mississippi, where SpaceX added equipment to the existing infrastructure in order to support liquid methane engine testing. Initial testing at Stennis has been limited to components of the Raptor engine, since the 440 kN (100,000 lbf) test stands at the E-2 complex at Stennis were not large enough to test the full Raptor engine. The development Raptor engine discussed in the October 2013 time frame relative to Stennis testing was designed to generate more than 2,940 kN (661,000 lbf) vacuum thrust. A revised, higher-thrust, specification was discussed by the company in February 2014; but it is unclear whether that higher thrust is something that would be achieved with the initial development engines.

By April 2014, Raptor engine component testing was expected to initiate testing the next month, at the E-2 test complex which SpaceX modified to support methane engine tests. The first items tested were single Raptor injector elements, various designs of high-volume gas injectors.

The modifications to the test stands made by SpaceX are now a part of the Stennis test infrastructure and will be available to other users of the test facility after the SpaceX facility lease is completed.

SpaceX successfully completed a «round of main injector testing in late 2014,» and a «full-power test of the oxygen preburner component» for Raptor by June 2015. Tests are continuing on Raptor preburner components as of September 2015.

SpaceX will need to construct a new engine test stand or reconstruct an existing one to handle the larger thrust of the full Raptor engine. The B-2 test stand at Stennis Space Center is already being upgraded to accommodate testing of NASA’s 7,440 kN SLS core stage.

Сравнение ракетных двигателей Merlin, Raptor, BE-4, РД-180, RS-25 и F-1

В прошлом месяце на ресурсе Everyday Astronaut вышел чрезвычайно полезный и содержательный обзор современных и находящихся в разработке ракетных двигателей. Русский перевод статьи на днях опубликовал Alpha Centauri. Героями публикации стали следующие модели:

• Merlin (SpaceX, США) — используется в ракетах семейства Falcon: 1 шт. на первой ступени Falcon 1, 9 шт. на первой ступени и 1 шт. на второй ступени Falcon 9, 27 шт. на первой ступени (по 9 шт. на каждом из трех ускорителей) и 1 шт. на второй ступени Falcon Heavy
• Raptor (SpaceX, США) — проходит испытания, предназначен для сверхтяжелой ракеты BFR (31 шт. на первой ступени и 7 шт. на второй ступени)
• BE-4 (Blue Origin, США) — проходит испытания, предназначен в частности для тяжелой ракеты New Glenn
• РД-180 (НПО Энергомаш, РФ) — двухкомпонентный двигатель, используется в первых ступенях американских ракет Atlas III и Atlas V (1 шт.)
• RS-25 (Aerojet Rocketdyne, США) — использовался в многоразовом орбитальном ракетоплане космического челнока Space Shuttle (3 шт.), также планируется к использованию в первой ступени (4 шт.) сверхтяжелой ракеты SLS
• F-1 (Aerojet Rocketdyne, США) — использовался в первой ступени (5 шт. ) свертяжелой (на сегодня — самой тяжелой из когда-либо созданных) ракеты Saturn V, на которой 50 лет назад был выполнен первый в истории пилотируемый полет с посадкой на Луну.

Ракетный двигатель Merlin

Прежде чем начать с описания характеристик всех шести двигателей, давайте вкратце рассмотрим основные их параметры:

Цикл. Он бывает открытым или закрытым. В открытом часть топлива используется для приведения в действие турбо-насосного агрегата (вращения турбины, подающей топливо из бака в двигатель), после чего отработанная струя газа отводится наружу и теряется.

В закрытом цикле эта струя из газогенератора турбо-насосного агрегата подается в камеру сгорания, пройдя предварительное окисление кислородом для полного выгорания, и таким образом увеличивает тягу. Эту чрезвычайно сложную технологию впервые разработали и использовали в СССР, в двигателе НК-15, созданном для сверхтяжелой ракеты Н-1 (все четыре её испытания закончились неудачей, проект был закрыт). Аналогичная схема применяется в РД-180, который великолепным назвал даже Илон Маск.

В США эту схему применили в двигателе, где вместо керосина использовался жидкий водород — RS-25 орбитального ракетоплана Space Shuttle (Aerojet Rocketdyne). Его советским аналогом стал РД-0120, созданный для второй ступени ракеты-носителя Энергия. В двигателе замкнутого цикла вместо одного общего газогенератора установлены два — отдельно для водородного и кислородного насосов (поскольку жидкий водород является намного менее плотным, чем керосин и жидкий кислород). Во избежание утечек взрывоопасного водорода инженеры Aerojet Rocketdyne задействовали специальные прокладки, находившиеся под давлением безопасного в этом отношении гелия.

Недостатком RS-25 было то, что кислород в нем газифицировался частично — остальная часть в смесительную головку камеры поступала в жидком виде. Полная газификация задумывалась только в трех двигателях:

• РД-270 (СССР), разработка и испытания которого были приостановлены после сворачивания проекта по созданию сверхтяжелой ракеты УР-700
• «Интегрированном демонстраторе силовой насадки» (США), разработка которого также была прекращена
• Raptor компании SpaceX.

Таким образом, в случае удачи Raptor станет первым в истории серийным ракетным двигателем закрытого цикла с полной газификацией. Согласно Википедии, «при использовании данной схемы турбины могут иметь мéньшую рабочую температуру, так как через них проходит бóльшая масса, что должно привести к более продолжительному функционированию двигателя и его бóльшей надёжности». Как вы понимаете, для многоразовых ракет SpaceX это преимущество является ключевым.

Топливо. Рассматриваемые в статье ракетные двигатели используют один из следующих видов топлива: керосин, жидкий метан (природный газ) или жидкий водород. Ключевыми характеристиками топлива являются:

• Плотность, измеряемая в граммах на литр. Чем она больше, тем больше топлива вместит топливный бак.
• Соотношение масс сжигаемого горючего и окислителя (в качестве которого выступает жидкий кислород) — стехиометрический коэффициент. Сочетание плотности топлива со стехиометрическим коэффициентом определяет:
• Количество литров топлива, требуемого на один литр окислителя. В свою очередь этот показатель определяет пропорцию объемов баков для топлива и жидкого кислорода.
• Удельная тяга. Чем она больше, тем меньше топлива надо потратить, чтобы получить определённое количество движения. Выражаясь в секундах, удельная тяга показывает сколько времени двигатель может создавать тягу в 1 Н (Ньютон — сила, изменяющая за 1 секунду скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы), истратив при этом 1 кг топлива. Соответственно, чем удельная тяга больше, тем лучше.
• Температура кипения — определяет температуру, при которой топливо из жидкого состояния переходит в газообразное. Чем она ниже, тем сложнее и дороже хранить данное топливо.
• Температура горения — напротив, чем она ниже, тем лучше, поскольку меньше изнашивается двигатель (что опять же критично для многоразовых ракет).

В таблице снизу представлены все перечисленные выше характеристики:

	Керосин (RP-1)	Жидкий метан	Жидкий водород
Плотность	813 г/л	422 г/л	70 г/л
Стехиометрический коэффициент	2. 7	3.7	6
Кол-во топлива на 1 л окислителя	0.52	0.73	2.72
Удельная тяга	370 сек	459 сек	532 сек
Температура кипения	490 К	111 К	20 К
Температура горения	3,670 К	3,550 К	3,070 К

Как видим, в целом керосин в качестве топлива представляется более предпочтительным, за исключением таких параметров как удельная тяга и температура горения — здесь лидирует водород и занимает промежуточное положение метан. Почему же, в таком случае, некоторые производители ракет керосину предпочли метан или водород? Ответ кроется в миссиях, для которых эти ракеты, с заделом на будущее, предназначены — метан с водородом можно производить на Марсе. И соответственно не брать с собой топливо на обратную дорогу.

Теперь давайте рассмотрим характеристики самих ракетных двигателей:

	Merlin	Raptor	BE-4	РД-180	RS-25	F-1
Производитель	SpaceX (США)	SpaceX (США)	Blue Origin (США)	НПО Энергомаш (РФ)	Aerojet Rocketdyne (США)	Aerojet Rocketdyne (США)
Ракета-носитель	Falcon 9 (9 + 1) Falcon Heavy (27 + 1)	BFR (31 + 7)	New Glenn (7)	Atlas III (1) Atlas V (1)	ракетоплан Space Shuttle (3) SLS (4)	Saturn V (5)
Первый рабочий полет	2010	2021	2021-2022	2000 2002	1982 2020	1968
Цикл	Открытый	Закрытый (полная газификация)	Закрытый (частичная газификация)	Закрытый (частичная газификация)	Закрытый (частичная газификация)	Открытый
Топливо	Керосин	Метан	Метан	Керосин	Водород	Керосин
Давление в камере	97 бар	270 бар	135 бар	257 бар	206 бар	70 бар
Тяга	0. 84 мН	2.00 мН	2.40 мН	3.83 мН	1.86 мН	6.77 мН
Тяговооруженность	198:1	107:1	80:1	78:1	73:1	94:1
Удельная тяга	282 сек 311 сек	330 сек 350 сек	310 сек 340 сек	311 сек 338 сек	366 сек 452 сек	263 сек 304 сек

Здесь следует сразу оговорить, что приведенные в таблице характеристики не являются рекордными — например, у 4-камерного советского двигателя РД-170, разработанного для ракеты-носителя «Энергия», тяга была на несколько процентов больше, чем у F-1 — при том, что последний был крупнее и расходовал больше топлива.

Что касается эффективности, то её обычно оценивают по тяговооруженности (отношению тяги двигателя к его весу) и, в большей степени, удельной тяге. Напомню, что она показывает сколько секунд двигатель сможет создавать тягу в 1 Ньютон, истратив при этом 1 кг топлива. В таблице удельная тяга приводится в двух значениях, на уровне моря и в вакууме. В нашей таблице по тяговооруженности с большим отрывом от всех остальных двигателей лидирует Merlin, а по удельной тяге — RS-25.

Но пожалуй главный интерес представляет цена вопроса — сколько же стоят все эти двигатели? Если сведения Everyday Astronaut более-менее достоверны, то картина складывается такая:

	Merlin	Raptor	BE-4	РД-180	RS-25	F-1
Цена одного двигателя	< $1 млн	~$2 млн	~$2 млн	$25 млн	> $50 млн	$30 млн
Ракета-носитель	Falcon Heavy	BFR	New Glenn	Atlas V	SLS	Saturn V
Кол-во двигателей у первой ступени	27	31	7	1	4	5
Полная стоимость	$27 млн	$62 млн	$14 млн	$25 млн	$200 млн	$150 млн
Цена на 1 кН (единицу тяги)	$1,170	$1,000	$3,333	$6,527	$26,881	$4,431
Ресурс (кол-во запусков)	10	50	25	1	19	1
Полная стоимость на один полет	$2. 7 млн	$1.24 млн	$0.56 млн	$25 млн	$10.5 млн	$150 млн
Полезная нагрузка (НОО)	30 т (1)	100 т	45 т	20 т	95 т	140 т
Полная стоимость на 1 т	$90 тыс	$12.4 тыс	$12.4 тыс	$1.25 млн	$110.5 тыс	$1.07 млн

⁽¹⁾Как уже рассказывал Gadgets News, в многоразовой опции полезная нагрузка Falcon Heavy составляет не 63.8 т, а 30 т — требуется брать больше топлива для возврата трех бустеров первой ступени. В отношении остальных многоразовых ракет я исхожу из того, что заявленная по ним полезная нагрузка также относится к многоразовой опции.

Обратите внимание, что в стоимость доставки на НОО заложена цена только двигателей первой ступени. По этому критерию мы получаем любопытное совпадение между BFR и New Glenn — $12.4 тыс за одну тонну. Это примерно на один порядок дешевле Falcon Heavy и SLS, и на два порядка — Atlas V и Saturn V.

Как уже рассказывал Gadgets News, путем сравнения цены запуска Falcon Heavy в разных опциях получается, что центральный ускоритель первой ступени FH оценивается SpaceX в $5 млн, а боковые — по $27.5 млн каждый. Откуда взялась столь существенная разница между, казалось бы, примерно одинаковыми ускорителями, непонятно. Я подозреваю, что сведения о цене запуска FH с сохранением всех трех ускорителей ($90 млн) неверны — уверено можно говорить лишь о ценах запуска с потерей двух боковых и центрального ($150 млн), а также с сохранением двух боковых ($95 млн) ускорителей. Предполагая примерно одинаковую цену всех трех ускорителей, будем считать, что настоящая цена запуска FH с полным сохранением первой ступени составляет 95-(150-95)/2=$62.5 млн. Эта цена почти соответствует запуску Falcon 9 с сохранением первой ступени.

Правда, и в этом случае не вполне понятно почему вторая ступень FH стоит 150-30×3=$60 млн, а вторая ступень Falcon 9 — 60-30=$30 млн (для простоты все числа округлены). Разницу в $30 млн предварительно будем считать наценкой за сложность. В перспективе, вероятно, цены второй ступени FH и Falcon 9 сравняются на уровне $30 млн, что составляет $1 млн за тонну (напомню, что полезная нагрузка FH с возвратом первой ступени составляет 30 т). Исходя из ресурса первой ступени (три ускорителя по цене $30 млн каждый) в 10 запусков, полная цена доставки на НОО одной тонны полезного груза ракетой FH составит (30×3)/10/30 + 1 = $1.3 млн (в т.ч. $90 тыс — за износ двигателей). Для сравнения, отправка на НОО 63.8 т полезного груза с потерей первой ступени ($150 млн) стоит $2.3 млн.

Таким образом, будущее снижение стоимости запусков Falcon Heavy обещает стать существенным, но отнюдь не революционным. Другое дело — BFR, у которой многоразовыми являются обе ступени, и вдобавок заявленный ресурс составляет 50 запусков. Если сделать смелое допущение, что и у BFR на ракетные двигатели приходится около 1/3 цены, то полная стоимость этой сверхтяжелой ракеты составит (31+7)×2×3=$228 млн. С учетом дополнительных сложностей её изготовления округлим эту сумму до $250 млн. Соответственно каждый из 50 запусков будет стоить $5 млн, а стоимость доставки груза на НОО составит $50 тыс за тонну. И вот это на рынке орбитальных запусков действительно станет революцией — если, конечно, сбудутся обещания SpaceX.

в США заявили о невозможности заменить российский ракетный двигатель РД-180 до 2030 года — РТ на русском

Аналитики американского конгресса считают, что Соединённым Штатам не удастся найти альтернативу российскому ракетному двигателю РД-180 как минимум до 2030 года. По их мнению, производство похожего американского аппарата предполагает технические и плановые риски. Тем временем в Пентагоне заявляют, что к 2022 году Штатам удастся полностью «уйти от зависимости» от РД-180. Как пояснили RT эксперты, в США уже несколько лет ведутся разработки собственного двигателя, однако на данный момент достичь показателей эффективности и надёжности российского аппарата не удалось.

В исследовательской службе американского конгресса заявили, что США не смогут заменить российский ракетный двигатель РД-180 ещё как минимум десять лет. К такому выводу специалисты пришли, проанализировав состояние программы космических запусков в интересах национальной безопасности. С докладом ознакомился RT.

По мнению аналитиков, переход к альтернативному двигателю или ракете-носителю американского производства не обойдётся без технических, программных или организационных рисков. Достичь эффективности и надёжности, какими обладает РД-180, вряд ли удастся до 2030 года, считают в исследовательской службе.

«Даже в случае плавного и осуществлённого точно по графику перехода от РД-180 к другим двигателям или ракетам-носителям вполне вероятно, что показатели результативности и надёжности, достигнутые на данный момент при использовании РД-180, удастся воспроизвести лишь гораздо позднее 2030 года», — говорится в докладе.

Число успешных последовательных пусков у РД-180 с 2000 года достигло примерно 81, уточняют исследователи. Они совершались в области гражданской и коммерческой космонавтики, а также в сфере обеспечения национальной безопасности Штатов.

Напомним, что РД-180 производит научно-производственное объединение «Энергомаш». Соединённые Штаты используют российский двигатель для разгона первой ступени одноразовой двухступенчатой ракеты-носителя Atlas V, которая выводит в космос военные спутники ВВС США и научно-исследовательские аппараты NASA. Впервые договор о поставках аппарата был заключён ещё в 1997 году, а затем неоднократно продлевался. В 2016 году сенат США согласовал закупку 18 ракетных двигателей до 2022 года.

Однако по окончании этого срока Вашингтон планирует отказаться от РД-180. В апреле прошлого года об этом заявил глава космического командования ВВС США Джон Реймонд.

«Наша стратегия по запускам работает. У нас 76 из 76 удачных запусков. На 24% сокращены затраты с 2012 года. Мы движемся в рамках намеченного плана в вопросе ухода от зависимости от РД-180», — сказал он.

Также по теме

«Самый мощный в мире»: какими характеристиками будет обладать новый российский ракетный двигатель РД-171МВ

В России началось производство опытных образцов новых ракетных двигателей РД-171МВ, которые считаются самыми мощными в мире. …

Более того, в 2019 году Пентагон ввёл запрет на сотрудничество с Россией и рядом других стран при космических пусках. Ограничения распространяются в отношении спутников, а также пусковых установок для их запуска. Решение военного ведомства вступит в силу 31 декабря 2022 года.  

В «Роскосмосе» такой шаг назвали недобросовестной конкуренцией. По мнению госкорпорации, власти США разрушают двусторонние отношения стран в космической отрасли и лишают американские компании возможности работать с РФ.

«Фактически это попытка лишить американских производителей возможности работать с российской ракетно-космической отраслью, искусственно ограничить использование российских средств выведения на международном рынке. Пентагон хочет разрушить то, что с таким трудом создано и поддерживается в российско-американских отношениях в области космоса», — сообщается в заявлении «Роскосмоса».

Впрочем, в исследовательской службе конгресса подчёркивают, что ВВС США предвидят ряд серьёзных проблем, связанных с отказом от российских двигателей и переходом к конкурентному рынку космических запусков. В частности, речь идёт о недавнем решении предприятия United Launch Alliance вывести из эксплуатации ракету-носитель Delta IV Medium. Её использовали для запусков самых тяжёлых военных спутников. Опасения вызывает и тот факт, что теперь единственным поставщиком, отвечающим требованиям нацбезопасности, остаётся компания SpaceX. Кроме того, ограничения на закупку РД-180, действующие во время переходного периода, могут затронуть график пусков Atlas V.

Как пояснил RT руководитель Института космической политики Иван Моисеев, на данный момент в мире нет аналогов российскому РД-180. Он отметил, что решение Вашингтона отказаться от двигателя в дальнейшем, скорее всего, окажется невыгодным.

«РД-180 — очень хороший двигатель, он в своём классе тяжёлых двигателей «кислород — керосин» является лучшим в настоящий момент. РД-180 стал основателем целого семейства двигателей, которые сейчас активно используются у нас и продаются в Штаты. Для американцев было бы выгодно строить свои новые ракеты также на базе нашего двигателя», — считает Моисеев.

По его мнению, имеющихся у США запасов РД-180 может хватить на запуски как раз до 2030 года. По данным НПО «Энергомаш», в прошлом году американской стороне было передано шесть двигателей. Кроме того, шесть двигателей РД-180 планируется отправить в США в 2020 году.

Американские специалисты принимали участие в создании РД-180 в 1990-е годы и даже получили часть документов, но разработать собственный двигатель с такими же характеристиками им не удалось, рассказал военный эксперт Алексей Леонков.

«Американский двигатель проигрывал российскому по многим показателям примерно в два раза», — добавил он.

При этом Леонков напомнил, что в последние годы Штаты уже несколько раз заявляли о планах отказаться от РД-180, но этого так и не произошло.

«США это решение принимали и раньше, планировали отказать к 2018 году, потом к 2019, 2020, а теперь к 2022-му. Цифра всё время смещается в надежде, что у них появится свой достаточно дешёвый и надёжный аналог. Сроки проходят, а без наших двигателей никуда. Посмотрим, что будет на этот раз», — сказал эксперт.

• Здание Пентагона
• AFP

Политическое решение 

Поиск альтернативы РД-180 начался в США в 2015 году, пишут аналитики конгресса. Поводом для активизации процесса послужила реакция Москвы на американские санкции после событий на Украине.  

«Негативная реакция России на санкции, введённые США в 2014 году в связи с её действиями на Украине, усугубила и без того серьёзную проблему и усилила давно укоренившуюся внутреннюю обеспокоенность по поводу зависимости США от российского ракетного двигателя (РД-180), которым оснащена одна из основных ракет, используемых для критических важных космических запусков, осуществляемых в интересах национальной безопасности», — сообщается в материале.

Напомним, Вашингтон ограничил сотрудничество с Москвой из-за конфликта на юго-востоке Украины и воссоединения Крыма с РФ.

Как указывают исследователи, после якобы «нападения» России на Украину Соединённые Штаты ввели санкции против ряда российских физических и юридических лиц, включая главу «Роскосмоса» Дмитрия Рогозина.

Также по теме

«Главные соперники»: в США заявили о «планах» России и Китая использовать космос в военных операциях

Главную угрозу для сил США в космосе представляют Россия и Китай, говорится в аналитическом материале Института стратегических…

В ответ в РФ заявили о возможной отмене поставок РД-180. В докладе приводится цитата гендиректора госкорпорации о том, что Москва не сможет поставлять двигатели в США, если не получит гарантии, что они используются исключительно в гражданских целях. Такая реакция вызвала беспокойство в экспертных кругах.

«У многих наблюдателей нарастала обеспокоенность тем, что Россия могла внезапно ввести полный запрет на экспорт данного двигателя в США или же в некоторой степени ограничить экспорт продукции военного назначения», — отмечают сотрудники исследовательской службы.

Примечательно, что в 2014 году США попытались ввести запрет на закупку РД-180, но вскоре отказались от этой идеи, потому что не смогли найти замену. Бывший астронавт, член комитета сената по делам вооружённых сил Билл Нельсон пояснил, что поспешный отказ от российского двигателя способен поставить под удар национальную безопасность Соединённых Штатов. 

В том же 2014 году Пентагон сформировал комиссию, чтобы решить вопрос о возможной утрате РД-180, подчёркивается в докладе. Та порекомендовала не организовывать совместное производство аппарата в США, а потратить $141 млн на разработку нового американского двигателя к 2022 году.

Как стало известно ранее, ВВС США опубликовали тендер на разработку систем, которые обеспечат стране гарантированный доступ в космос и позволят отказаться от РД-180 «несоюзнического производства».

По мнению Ивана Моисеева, отказ США от РД-180 — это политическое решение. Похожий метод Вашингтон использовал во времена холодной войны.

«Отказ Пентагона сотрудничать с фирмами, которые работают по контракту с Россией, является следствием напряжённой обстановки между двумя государствами, результатом санкций. Здесь есть политическая составляющая. Это уже было во времена СССР, когда США запретили поставку в Советский Союз своих спутников и любых других, где есть американские комплектующие. До 1995 года мы фактически не занимались коммерцией в космосе», — сказал собеседник RT.

• Сотрудники во время сборки ракетного двигателя РД-180
• РИА Новости
• © Сергей Гунеев

Неоспоримое преимущество 

В настоящий момент разработкой американской версии ракетного двигателя занимаются несколько частных компаний. Например, Blue Origin, которая принадлежит владельцу Amazon Джеффу Безосу, работает над созданием BE-4. Двигатель предназначен для ракеты-носителя Vulcan. Предполагается, что в будущем она заменит Atlas V, однако старт новой ракеты пока не был произведён. 

Разработки ведёт также SpaceX Илона Маска. Компания взяла на себя обязательство вывести на орбиту в 2020 году военный спутник AFSPC-52 при помощи тяжёлой ракеты Falcon Heavy.

Также по теме

Межпланетные амбиции: почему частные космические компании конкурируют в борьбе за сотрудничество с Пентагоном

В будущем «триллионы людей» покорят космос, убеждён миллиардер Джефф Безос, основатель компаний Amazon и Blue Origin. Он подчеркнул,…

Помимо этого SpaceX создаёт двигатель Raptor, который будет использован для ракеты Starship. По мнению Маска, изобретение его компании превзошло РД-180, так как давление в камере сгорания двигателя достигло 268,9 бар (у РД-180 — 266,7 бар).

Однако, как пояснял главный конструктор НПО «Энергомаш» Пётр Лёвочкин, сравниваемые двигатели служат для ракет с разными топливными системами. Raptor работает на кислороде и метане, а РД-180 — на кислороде и керосине. Это всё равно, что сопоставлять дизельный и бензиновый двигатели, заметил он.

«Господин Маск, не будучи техническим специалистом, не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas используется совершенно другая топливная схема — «кислород — керосин», а это иные параметры работы двигателя», — прокомментировал Лёвочкин. 

Между тем Дмитрий Рогозин, комментируя высказывание Маска, заключил, что у РД-180 нет конкурентов.

«Хочу сказать, что дай бог им удачи создать двигатель лучше, чем у нас. Пока не получится, Россия в этой части номер один в мире», — сказал он.

Военный эксперт Алексей Леонков напомнил, что на сегодняшний день все американские космические программы по освоению дальнего космоса и вывода на геостационарные орбиты связаны с российскими двигателями. Этим доказывается их преимущество перед остальными аппаратами.

«Скоро в США будут запускать более дорогой BE-4 или (двигатель для. — RT) Falcon Heavy. Если бы они были выгоднее, чем российские двигатели, то американцы давно бы отказались от наших в пользу своих разработок», — заключил эксперт.

SpaceX готовит свою сверхтяжелую ракету Starship к первому орбитальному полету и собирается принять клиентов «Роскосмоса»

За последние несколько лет частная аэрокосмическая компания SpaceX добилась значительных успехов в разработке Starship — многоразовой двухступенчатой системы сверхтяжелого класса. Первая ступень — ракетный ускоритель Super Heavy, будет использоваться только для взлета с Земли, вторая — космический пилотируемый корабль. 

Во-первых, компании удалось провести серию успешных испытаний опытных образцов корабля Starship; прототипы поднимались на заданную высоту и успешно приземлялись. С ноября 2019 по март 2022 года сотрудники SpaceX провели 12 испытаний прототипов корабля Starship, 7 из них были успешными (SN2, SN5, SN6, SN15; SN8, SN9, SN10 — частичный успех).  

Во-вторых, в 2021 году SpaceX успешно провела огневые испытания прототипа своего сверхтяжелого ускорителя Super Heavy. С первой попытки специалисты запустили три двигателя Raptor, установленных на ускорителе. 

В-третьих, в 2022 году компания испытала свои новейшие двигатели Raptor 2, все они успешно отработали при давлении в 300 бар. Тридцать три двигателя Raptor 2 (20 маршевых и 13 рулевых) будут стоять на ускорителе Super Heavy, еще шесть (3 маршевых и 3 рулевых) — на самом корабле. 

В конце марта глава SpaceX Илон Маск написал в своем твиттере, что его команда готова провести долгожданный испытательный орбитальный полет Starship в мае этого года. Ракета уже прошла тестовую заправку и находится в полной сборке. Напомним, что первоначально этот полет должен был состояться еще в 2021 году, но он неоднократно переносился. 

Фото: SpaceX / Ракета Starship на стартовой площадке

Свой твит Маск опубликовал 21 марта в ответ на статью журналиста CNBC Майка Шитца. В статье Шитц процитировал недавний отчет Quilty Analytics, где рассказывалось, как решение России разорвать связи с международной космической отраслью в ответ на санкции повлияет на космический сектор США. В отчете указывалось, что уход «Роскосмоса» с космического рынка сделает SpaceX «мировым победителем в запуске спутников», поскольку теперь к частной компании «придет больше клиентов».

По словам американского журналиста, пример такого «подарка» — компания спутникового интернета OneWeb. Компания договорилась со SpaceX о запусках своих спутников с помощью ракет SpaceX вместо ракет «Роскосмоса». Илон Маск в своем твиттере написал, что не ожидал резкого повышения спроса на космические услуги SpaceX, потому что “итак, больше половины всех запусков спутников приходится на носители компании”.

«Изначально мы планировали, что на SpaceX будет приходиться 65% доли рынка пусковых услуг, — цитирует Илона Маска издание Universe Today. — Уход России с рынка, вероятно, увеличит этот показатель до 70%». Предприниматель поясняет, что дополнительная нагрузка на компанию незначительная и она не повлияет на разработку носителя Starship, испытательный орбитальный полет которого запланирован на май. Решение SpaceX испытать носитель в мае вызвано успешной проверкой новых двигателей Raptor 2. 

Жидкостный ракетный двигатель Raptor 2 — улучшенная версия Raptor 1, она гораздо мощнее. Выпускать новую версию начали в декабре 2021 года, эти двигатели производят на заводе SpaceX в Центральном Техасе. В феврале Илон Маск рассказал, что Raptor 2 выдает тягу 230 тонн-сил (2 255 кН) над уровнем моря, вместо 185 тонн-сил (1 814 кН) у Raptor 1. Маск оценивает, что, исходя из текущих объемов производства двигателей Raptor 2, а по состоянию на март 2022 года их выпускают 7 штук в неделю, к апрелю у компании будет готово 39 двигателей.   

Такого количества Raptor 2 достаточно, чтобы оборудовать ими Starship. Тридцать три двигателя установят на Super Heavy, еще шесть на сам космический корабль. 

Фото: SpaceX / Сопла прототипа Starship SN8, части ракетных двигателей Raptor

«Нужно несколько недель, чтобы полностью установить все двигатели, система Starship должна быть готова к полету не позже мая», — объясняет Маск. Однако, учитывая, что в своих прогнозах предприниматель не раз ошибался, вполне вероятно, испытательный полет может быть перенесен на 1-2 месяца.

Согласно документу SpaceX, который компания подала в Федеральную комиссию по связи США (FCC) в 2021 году, разделение корабля Starship и ускорителя Super Heavy должно произойти на 170 секунде полета. После ускоритель приводнится в Мексиканском заливе примерно в 32 км от берега. Starship продолжит полет, корабль достигнет высоты 200 км над уровнем моря, совершит почти полный виток вокруг планеты, а после начнет снижение. Корабль должен будет приводниться примерно в 100 км от побережья гавайского острова Кауаи.

[Статья по теме: К пуску готовят сразу два носителя сверхтяжелого класса]

Если испытания пройдут успешно, сверхтяжелая ракета будет готова к первым коммерческим полетам, включая запланированный на 2023 год облет Луны. Речь о проекте #dearMoon — космическом полете японского миллиардера Юсаку Маэдзава на борту корабля Starship. Также планируется, что в рамках миссии Artemis 3 («Артемида 3»), намеченной на 2025 год, звездолет SpaceX доставит на поверхность Луны астронавтов, впервые со времен последней миссии программы «Аполлон», которая состоялась в 1972 году.

Кроме того, Илон Маск неоднократно заявлял, что собирается использовать связку Starship и Super Heavy для регулярных полетов к Луне и Марсу. Глава SpaceX хочет доставлять на Красную планету людей и грузы, чтобы построить там первую обитаемую колонию.

Смотрите нас на youtube. Следите за всем новым и интересным из мира науки на нашей страничке в Google Новости, читайте в Яндекс Дзен наши материалы, не опубликованные на сайте 

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

«Роскосмосу» нужно подать в суд на Илона Маска, который украл технологии РД-180?

Икона американского космического бизнеса Илон Маск, мягко говоря, удивил, когда предупредил, что его компания SpaceX должна в ближайшее время любой ценой многократно нарастить производство двигателя Raptor следующего поколения. Заокеанские СМИ уже назвали эту ситуацию «кризисом Звездолета», возникшим из-за того, что в начале ноября покинули компанию вице-президент компании SpaceX по силовым установкам Уилл Хелтсли и вице-президент по полётам и запускам Ли Розен.

В этой связи Илон Маск пожаловался, что Уилл Хелтсли и Ли Розен закопались в проблемах (двигателя Raptor), не двигаясь вперед, тогда как недавно им выяснилось: обстоятельства «намного более серьезны», чем он думал ранее.

К тому, что не так с Raptor, вернемся позже. Отдельно скажем, что в США несколькими годами ранее прошла шумная и, вероятно, дорогостоящая пиар-кампания вокруг многоразовых сверхтяжелых ракет Starship, разрабатываемых для доставки людей и грузов на Луну, Марс и другие планеты Солнечной системы.

Читайте также

«Омикрон-апокалипсис: Почему не спасут ни локдауны, ни QR-коды»Фильмы-катастрофы об эпидемиях, убивающих человечество, становятся явью?

«Для каждого полета понадобится много движков Raptor — 33 для гигантской ракеты-носителя первой ступени, и 6 для космического корабля верхней ступени, известного как Звездолет, — писал интернет-ресурс Space. — Компания SpaceX хочет управлять большим парком космических кораблей в ближайшие годы. Действительно, возможно, тысяча транспортных средств потребуется для колонизации Марса, одной из давних мечтаний Маска». Об этом заявил предприниматель-миллиардер на совместном осеннем заседании Совета по космическим исследованиям и Совета по физике и астрономии, которые являются частью Национальных академий наук, техники и медицины США.

И вот теперь космический олигарх Илон Маск написал шокирующее электронное письмо своим сотрудникам, напугав их увольнениями в случае банкротства. Копию отправил в издание Space Explored. Закончил он свое послание на драматической ноте:

«Все сводится к тому, что мы столкнемся с реальным риском банкротства, если не сможем достичь запусков Звездолетов хотя бы раз в две недели в следующем году.

Спасибо, Илон».

Теперь многие критики Маска задаются вопросом: «Является ли это электронное письмо о банкротстве SpaceX мистификацией?» Как известно, ракета Starship использует двигатели, которые принципиально отличаются от серийной линейки Falcon, и позиционируются как основа всех грандиозных планов компании по межпланетным полетам и спутниковой интернет-группировке Starlink.

Любопытно, что публикация в Space Explored — не единственный источник предполагаемого электронного письма. Другой его версией поделился твиттер-аккаунт Tesla Tunnel, который известен своей жесткой критикой Маска и его непрозрачной компании. Короче говоря, юзер с ником @TeslaTunnel обратил внимание на то, что «часть (письма), выделенная жирным шрифтом, подтверждает позицию аккаунта, согласно которой Маск использует угрозу „банкротства“ для получения новых дотаций от государства».

С этой точкой зрения согласен провайдер спутникового интернета Viast, который жалуется, что глава SpaceX имеет от американской казны миллиард за миллиардом, тогда как другие компании-конкуренты не получают ни шиша в виде помощи. Или, на худой конец, сущие центы. Дескать, при таких халявных деньгах любой неуч, даже такой как Маск, окажется иконой космического бизнеса.

Похоже, правда в этой критике есть: в интервью журналисту Крису Андерсону из газеты Wired Маск признался: «У нас в SpaceX практически нет патентов. Наша основная долгосрочная конкуренция — в Китае. Если бы мы опубликовали патенты, это было бы фарсом, потому что китайцы просто использовали бы их как книгу рецептов».

Читайте также

Но любой специалист по патентоведению объяснит на пальцах, почему «космическая икона США» нагло врет. Все разговоры о якобы китайском авторском пиратстве ведут только звездно-полосатые политики, нацеленные на антикитайский хайп и не знающие сущности дела. Если бы и впрямь имело место воровство интеллектуальной собственности, то янки не стали бы импортировать товары с лейблом Made in China на сотни миллиардов долларов в год. А с учетом того, что КНР имеет активы во всем мире, то заокеанской адвокатуре не составило бы труда отсудить компенсацию за инженерный плагиат.

Между тем, по плану SpaceX, под который выделены огромные казенные деньги, первый коммерческий полет Звездолета SN20 должен состояться в январе-феврале 2022 года. Единственно, что может отсрочить старт — это Федеральное управление гражданской авиации США, которое может не успеть завершить экологическую экспертизу орбитальной стартовой площадки Starship в Южном Техасе. Судя же по публикациям в СМИ, задержек не будет, значит, старт должен состояться.

Однако теперь письмо Маска ставит этот «знаменитый» полет Звездолета под большое сомнение. Вряд ли космический олигарх блефует, о чем говорит увольнение авторитетных спецов Хелтсли и Розена, за которыми вслед ушли и другие ведущие сотрудники-разработчики. О проблемах с двигателем Raptor хозяин SpaceX, кстати, узнал не вчера. Об этом писали тамошние эксперты после взрыва Звездолета SN9 в начале этого года.

Тот «жесткий (по словам Маска) старт», как выяснилось, имел отношение к управлению метановым турбонасосом Raptor. Это, в свою очередь, привело к нагнетанию топлива с более высоким, чем требовалось, давлением внутри камеры сгорания, что в конечном итоге стало причиной разрушения Звездолета.

Не секрет, что работающий на жидком метане и кислороде Raptor — это двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива, такого же типа, что и линейка советских движков РД-170, РД-180 и РД-191. Напомним также, еще в 2019 году Илон Маск объявил о своем рекорде среди ракетных двигателей. Дескать, Raptor достиг 268.9 бар давления в камере сгорания, что превышает текущий рекорд среди ракетных двигателей в 267 бар, установленный РД-180.

Читайте также

Пугало из Путина и Си — лучший способ укрепить «Мертвую империю»«Саммит за демократию»: «вы либо с нами, либо со злыми русскими и злыми китайцами»

К слову, двигатель РД-180 потребляет около 1,25 тонн топлива в секунду, которое подается турбонасосом мощностью 180 000 киловатт, что, для сравнения, более чем в два раза превышает мощность реактора атомного ледокола «Арктика». В результате этого в одной камере диаметром всего 380 миллиметров сгорает примерно 0,6 тонны топлива в секунду, выделяя гигантскую энергию. Долгое время никто не мог повторить успех наших советских инженеров.

Здесь самое время вернуться назад — в годы правления Ельцина, когда компания Lockheed открыла свой научно-технический офис прямо на заводе «Энергомаш» (где изготавливался РД-180).

Журнал MIT Technology Review, ведущее научное издание США, в свое время призналось, что «это была грандиозная операция». По словам Джима Сакетта, бывшего инженера, работавшего тогда в компании Lockheed в Космическом центре НАСА, и командированного на «Энергомаш», «ВВС США, основной заказчик Lockheed, потребовали от компании получить доступ к 10 ключевым советским ракетным технологиям, необходимым для производства РД-180». В противном случае американские переговорщики вообще не имели право заключать сделку стоимостью в один миллиард долларов на закупку 101 двигателя.

«Они (русские) не видели альтернативы. Они бы просто разорились. Вот так они спасли компанию», — вспоминает Сакетт. Похоже, это и объясняет, почему компания SpaceX не имеет патентов на двигатель Raptor. Может, пришло время «Роскосмосу» подать иск на Илона Маска за воровство советской интеллектуальной собственности. Пусть икона американского космического бизнеса докажет обратное. Впрочем, скорее всего, Москва не решится отстаивать свои патентные интересы. Страшновато!

Наука и техника

В России создадут свои банкоматы — СМИ

В Италии нашли три деревянных серпа возрастом более 7 тысяч лет

В Японии ученые создали таракана-киборга

Ученые узнали, почему храм Кукулькана издает необычные звуки

Все материалы по теме (2156)

Смогут ли SpaceX и Blue Origin превзойти старую российскую конструкцию ракетного двигателя?

За час до захода солнца 24 мая 2000 года со стартового комплекса 36 на базе ВВС на мысе Канаверал стартовала необычная ракета. Как и большинство ракет, Атлас 3 унаследовал свою конструкцию от межконтинентальной баллистической ракеты — в данном случае от первой такой ракеты в Америке, предназначенной для того, чтобы угрожать Советскому Союзу ядерным уничтожением. В этом не было ничего необычного. Но у ракеты была новая первая ступень, значительно более мощная, чем те, что она заменила. РД-180, как называется двигатель, был построен НПО Энергомаш на подмосковном заводе. В браке, который был бы невообразим в разгар космической гонки, русский двигатель приводил в движение американскую ракету.

За последние два десятилетия из Флориды взлетело еще 83 таких ракеты.

На «Атлас-3» и его преемнике «Атлас-5» РД-180 вывел на орбиту не менее 16 американских спутников-шпионов, а также 13 военных спутников связи, полдюжины спутников GPS, два военных метеорологических спутника и три ракеты. спутники предупреждения, предназначенные для обнаружения пусков ракет, в том числе из той страны, где она была построена. Он запустил четыре американских миссии на Марс. Запуск НАСА «Новые горизонты» к Плутону в 2006 году и «Юнона» к Юпитеру в 2011 году был осуществлен на задней части РД-180.

РД-180 примечателен не только геополитическими особенностями своего подъема к известности, но и тем, что во многих отношениях он был просто лучше , чем любой другой ракетный двигатель того времени. Когда в феврале 2019 года Илон Маск объявил об успешном испытании двигателя SpaceX Raptor, который предназначен для запуска ракеты Starship следующего поколения, он похвастался высоким давлением, достигаемым в двигательной камере Raptor: более чем в 265 раз превышающим атмосферное давление в море. уровень. Он написал в Твиттере, что «Раптор» побил рекорд, удерживаемый в течение нескольких десятилетий «потрясающим российским РД-180».

После того, как Россия аннексировала Крым в 2014 году, дни РД-180 как основного продукта американской ракетной техники были сочтены. «Ястребам» давно не нравилось такое расположение, но двигатель был очень хорош и, учитывая его возможности, дешев — так он и остался. Но поскольку отношения с Россией испортились, противникам двигателя в Конгрессе во главе с сенатором Джоном Маккейном удалось ввести запрет на использование двигателя в американских ракетах после конца 2022 года. Это вынудило ВВС найти новую ракету, чтобы добиться успеха. Атлас 5.9 с двигателем РД-1800003

Все это поднимает вопрос: как российский двигатель десятилетней давности стал эталоном, по которому мерили себя лучшие американские ученые-ракетчики?

Если вы хотите понять, что сделало РД-180 таким хорошим двигателем, полезно понять, что для его создания требуется много мастерства. Хотя над ракетными двигателями сотрудничают сотни людей, жизненно важно, чтобы кто-то с хорошим дизайном руководил: компромиссы слишком сложны, чтобы их можно было решить грубой силой или комитетом. В случае с РД-180 этим человеком был Валентин Глушко.

После того, как СССР проиграл Америке в гонке на Луну, разработка наилучшего из возможных ракетных двигателей стала «национальным приоритетом», по словам Вадима Лукашевича, аэрокосмического инженера и российского историка космоса. Советские лидеры хотели построить самую мощную в мире ракету «Энергия», чтобы поддерживать свои космические станции на околоземной орбите и поднимать «Буран», будущий российский космический шаттл. Глушко получил ресурсы для создания лучшего двигателя, на который он был способен, и он был хорош в создании двигателей. В результате появился РД-170, старший брат РД-180.

Российский двигатель РД-180 привел в действие десятки запусков Atlas V, некоторые из которых несли спутники, предназначенные, в частности, для слежки за той страной, где он был построен.

Craig F. Walker

РД-170 был одним из первых ракетных двигателей, в которых использовался метод, называемый поэтапным сгоранием. Другим был главный двигатель американского космического корабля «Шаттл», также разработанный в 1970-х годах. Напротив, двигатели F-1 на первой ступени ракеты «Сатурн-5», которая запустила «Аполлон» на Луну, имели более старую и более простую конструкцию, называемую газогенераторным двигателем. Ключевое отличие: двигатели ступенчатого сгорания могут быть более эффективными, но они подвержены большему риску взрыва. Как объясняет Уильям Андерсон, изучающий ракетные двигатели на жидком топливе в Университете Пердью, «скорость выделения энергии просто экстремальна». По словам Андерсона, требуется человек с очень проницательным воображением, чтобы понять, какие сумасшедшие вещи творятся в камерах сгорания ракетных двигателей. В России таким проницательным человеком был Глушко.

«В шаттл было вложено столько средств, что никто в НАСА не хотел говорить о разработке двигателя с многоступенчатым сгоранием, богатого кислородом. .. Кислород сожжет большинство вещей, если дать искру.»

Чтобы понять, почему двигатели Глушко были таким инженерным достижением, нам нужно немного разобраться в технике.

Есть два ключевых показателя эффективности ракеты: тяга, или количество силы, которую ракета оказывает, и удельный импульс, мера того, насколько эффективно она использует свое топливо. Ракета с большой тягой, но малым удельным импульсом не выйдет на орбиту — ей придется нести столько топлива, что вес топлива потребует больше топлива, и так далее. И наоборот, ракета с высоким удельным импульсом, но малой тягой никогда не оторвется от земли. (Однако такие ракеты хорошо работают в космосе, где достаточно постоянного толчка.)

Ракетный двигатель, очень похожий на авиационный реактивный двигатель, сжигает топливо вместе с окислителем — часто кислородом — для создания горячего газа, который расширяется вниз и выходит из сопла двигателя, ускоряя двигатель в обратном направлении. В отличие от реактивных двигателей, которые получают кислород из окружающего воздуха, ракеты должны нести собственный кислород (или другой окислитель), поскольку в космосе его, конечно, нет. Как и реактивным самолетам, ракетам нужен способ нагнетать топливо и кислород в камеру сгорания под высоким давлением; при прочих равных, более высокое давление означает лучшую производительность. Для этого в ракетах используются турбонасосы, которые вращаются со скоростью сотни оборотов в секунду. Турбонасосы приводятся в действие турбинами, а они, в свою очередь, питаются от предкамерных горелок, которые также сжигают топливо и кислород.

Решающее различие между двигателями ступенчатого сгорания, такими как РД-180, и газогенераторными двигателями, такими как F-1 Сатурна, заключается в том, что происходит с выхлопом этих предкамер. В то время как газогенераторные двигатели выбрасывают его за борт, двигатели ступенчатого сгорания повторно впрыскивают его в основную камеру сгорания. Одной из причин этого является то, что выхлоп содержит неиспользованное топливо и кислород — предварительные горелки не могут сжечь все это. Выбрасывать его — это пустая трата, что важно для ракеты, которая также должна поднимать каждый фунт топлива и кислорода, которые она собирается использовать. Но повторный впрыск выхлопных газов влечет за собой деликатную балансировку соответствующих давлений и расходов, чтобы двигатели не взорвались. Для его работы требуется целая серия турбонасосов. Команде экспертов обычно требуется десятилетие или больше моделирования и тестирования, чтобы выяснить, как все сделать правильно.

У РД-170 и РД-180 есть еще одно преимущество. Они богаты кислородом, что означает именно то, на что это похоже: они вводят дополнительный кислород в систему. (Главный двигатель космического челнока, напротив, является двигателем с высоким содержанием топлива.) Двигатели с высоким содержанием кислорода, как правило, сгорают чище и легче воспламеняются. Они также обеспечивают более высокое давление в камере сгорания и, следовательно, лучшую производительность, но они более склонны к взрыву, поэтому в течение десятилетий в США не предпринималось никаких серьезных усилий, чтобы заставить их работать. «В шаттл было вложено так много денег, что никто в НАСА не хотел говорить о разработке двигателя с многоступенчатым сгоранием, богатого кислородом», — говорит Андерсон. «Кислород сожжет большинство вещей, если вы дадите искру». Это требует большой осторожности в отношении материалов, используемых для изготовления двигателя, и еще большей осторожности в том, чтобы в него не попали посторонние материалы, такие как частички металлического мусора. «Чем больше мы узнаем о физике того, что происходит внутри камеры сгорания, тем больше мы понимаем, насколько она нестабильна на самом деле», — говорит Андерсон.

Если РД-170 был, возможно, лучшим ракетным двигателем своего поколения, то главный двигатель космического челнока был, возможно, вторым лучшим (и был значительно дороже в производстве). Ни один из них не реализовал свой потенциал. Двигатель космического челнока был застрял в лимоне транспортного средства, которое оказалось гораздо более громоздким, чем надеялись его разработчики. С другой стороны, РД-170 летал только дважды: один раз в 1987 году и один раз в 1988 году. Хотя его разработка была национальным приоритетом, к тому времени, когда Глушко доказал, что он работает, Советский Союз был на грани распада.

1990-е были неспокойным временем в России, особенно для космической программы. Чтобы выжить без государственного финансирования, недавно приватизированные аэрокосмические компании обратились к коммерческому рынку.

Именно тогда в Москву переехал Джим Сакетт, инженер, работавший на Lockheed в Космическом центре имени Джонсона НАСА в Хьюстоне. Lockheed заинтересовалась использованием ступенчатого сжигания с высоким содержанием кислорода для питания ракет Atlas следующего поколения, с которыми она планировала конкурировать за контракты ВВС и НАСА.

Сакетту, который был назначен руководителем московского офиса Lockheed, удалось связаться с Энергомашем, постсоветской компанией космической промышленности, которая стала владельцем РД-170 и связанных с ним технологий двигателей. Энергомаш с энтузиазмом воспринял интерес Lockheed. Но РД-170 был слишком мощным: ракеты «Атлас», которые «Локхид» собиралась отправить в космос, были значительно меньше «Энергии», для которой был разработан РД-170. Поэтому «Энергомаш» фактически урезал двигатель пополам — фирма подготовила предложение о двухкамерной модификации четырехкамерного РД-170, которую можно было бы использовать в «Атласе». Это было рождение РД-180.

Отношения требовали значительной интеграции между российскими и американскими военно-промышленными подрядчиками. Lockheed открыла офис на Энергомаше в Подмосковье. Это была грандиозная операция, вспоминает Сакетт. «У них там металлургический завод, поэтому они сами куют металлы, — говорит он. «У них есть все свои собственные механические мастерские, все свои собственные испытательные лаборатории. Много всего, и все под одной крышей. И в конце концов все это превращается в ракетный двигатель».

Потребовалось около года ежедневных обстоятельных технических совещаний между командой Сакетта и руководителями и инженерами Энергомаша, чтобы понять, будут ли работать предложенные закупки двигателей РД-180. Lockheed хотела заключить небольшую сделку без каких-либо обязательств. Энергомаш настаивал на долгосрочной договоренности. Контракт был подписан по итогам марафонской шестичасовой сессии в 1996, — говорит Сакетт. Результат: сделка на 101 двигатель на миллиард долларов.

ВВС США, основной заказчик Lockheed, потребовали доступа к 10 ключевым технологиям, необходимым для производства РД-180, на случай, если отношения с Россией когда-либо рухнут и Америке придется самой производить двигатели. Это была большая просьба. США охотились за жемчужиной советских космических технологий, и российское правительство не было в восторге. «Но они не видели альтернативы, — говорит Сакетт, — потому что страна не просто изменила свое мнение, они разорились. Они просто разорились. Так они спасли компанию».

Хотя больше внимания уделялось американо-российскому сотрудничеству на Международной космической станции, во многих отношениях сотрудничество по РД-180 стало более глубоким. Ведь космическая станция не имеет решающего значения для национальной безопасности ни той, ни другой страны, в отличие от спутников разведки и связи.

Теперь, когда отношения между двумя странами испортились, утверждает Сакетт, США могут просто производить РД-180 внутри страны. Критики двигателя говорят, что это было бы астрономически дорого. Но стоимость «не должна быть астрономической!» — говорит Сакет. «У нас здесь есть умные люди, и у нас есть рецепт! Именно поэтому мы определили и согласовали эти 10 ключевых производственных технологий, чтобы мы могли взять чертежи и заметки, а затем приступить к их созданию».

Этого маловероятно, отчасти потому, что после десятилетий застоя американские компании наконец-то работают над двигателями, которые могут быть лучше РД-180.

Характеристики двигателя сильно влияют на конструкцию ракеты над ним. Поэтому, когда Конгресс потребовал от ВВС прекратить использование РД-180, это спровоцировало конкуренцию не только за новый двигатель, но и за совершенно новую ракету. Такая конкуренция была неизбежна — в конце концов, дизайн не вечен. Но поскольку разработка новых двигателей и ракет требует больших затрат времени и денег, выбор времени для перехода всегда является политически спорным вопросом. Запрет РД-180, введенный Конгрессом, усугубил проблему.

Есть четыре серьезных претендента на создание этой новой ракеты: SpaceX, Blue Origin, United Launch Alliance (совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin, известное под инициалами ULA) и Northrop Grumman. Будут выбраны двое из них, исходя из теории, что наличие двух победителей создает постоянную конкуренцию, а выбор одного приведет к монополии, которая затем может развернуться и нанести ущерб ВВС. На карту поставлены тысячи рабочих мест: если ULA проиграет, она может выйти из бизнеса.

Первые испытания двигателя BE-4 компании Blue Origin в октябре 2017 г. В начале 2019 г., Blue Origin заложила основу для завода в Алабаме, где она планирует производить сотни двигателей.

Courtesy image

Новый Glenn, участник конкурса Blue Origin, использует BE-4, новейший и самый мощный двигатель Blue Origin. (Как и ракета ULA — эти две фирмы одновременно являются конкурентами и деловыми партнерами.) Проекты как BE-4, так и SpaceX Raptor в решающей степени зависят от RD-180. БЕ-4 — это двигатель ступенчатого сгорания, обогащенный кислородом, такой же, как РД-170 и РД-180. Тем временем Raptor похож на РД-180 тем, что он подает выхлопные газы предкамеры сгорания в камеру сгорания, благодаря чему почти все топливо и окислитель, хранящиеся в баках ракеты, используются для создания тяги. Тем не менее, Raptor полагается на корректировку подхода Глушко: его турбонасосы питаются потоками как с высоким содержанием топлива, так и с высоким содержанием окислителя, что теоретически приводит к максимальной эффективности.

Первый испытательный запуск двигателя SpaceX Raptor в 2016 году. Ранее в этом году Илон Маск похвастался в Твиттере, когда Raptor впервые превзошел давление в камере РД-180.

Courtesy image

В некотором смысле BE-4 и Raptor подобны попытке создать лучшую скрипку, чем Страдивари, используя современные методы. У Blue Origin и SpaceX есть доступ к более качественной диагностике и более сложным методам моделирования, чем у Глушко. У них также есть еще одна конструктивная особенность, важная для американских ВВС: они сделаны в США.

Возможно, самым большим техническим преимуществом этих новых двигателей по сравнению с РД-180 является то, что они используют в качестве топлива метан, а не керосин, как РД-180. Керосин может испортить работу двигателя после многократного использования. Метан имеет более высокий удельный импульс и сгорает чище. Также намного проще (в принципе) синтезировать на Марсе, что Маск и стремится сделать.

Ни один новый двигатель еще не вышел на орбиту. Этим летом SpaceX планирует испытательные полеты своей ракеты Starhopper, которая в конечном итоге будет оснащена тремя Raptor. Эти полеты будут короткими, на высоте нескольких тысяч футов над испытательным полигоном SpaceX в Техасе. Blue Origin также тестирует BE-4 в Техасе и начала строительство завода в Алабаме, где будет производить двигатели. Он арендовал у ВВС стартовый комплекс 36, где РД-180 впервые поднялся в воздух, и планирует запустить там New Glenn в 2021 году9.0003

Энергомаш тем временем отчаянно надеется, что российская космонавтика снова начнет использовать его двигатели. По словам аналитика российской космической отрасли Павла Лузина, в последние годы около 90% ее производства приходится на США. Как и его американские коллеги, «Энергомаш» теперь рискует быть устаревшим из-за Маска и Безоса, которые благодаря своей свободе от устаревших конструктивных ограничений и готовности тратить деньги и рисковать наконец вырвали разработку ракетного двигателя из десятилетия застоя.

Мэтью Боднер — московский журналист, пишущий об аэрокосмической и военной сферах.

Новости Raptor — TESLARATI

Дикая физика Raptor: пожирающий метан ракетный двигатель SpaceX

Джонатан О’Каллаган

Наука

31.07.2019 06:00

Чтобы доставить людей на Марс, SpaceX строит мощный космический корабль Starship с двигателем Raptor — одним из первых, работающих на метане и предназначенных для повторного использования. 1000 раз

Двигатели Merlin компании SpaceX, показанные во время запуска спутниковой миссии Arabsat-6A, будут заменены двигателями Raptor SpaceX

Генеральный директор SpaceX Илон Маск намерен отправиться на Марс. Для этого потребуется огромный новый космический корабль, оснащенный новым ракетным двигателем, непохожим ни на что, виденное ранее. Шаг вперед Raptor, будущее усилий SpaceX.

Raptor предназначен для питания новых многоразовых транспортных средств, которые строит SpaceX, космического корабля Starship и ракеты Super Heavy. В совокупности эти огромные машины предназначены для доставки в космос до 100 человек, возможно, на Луну и Марс, с предварительным запуском людей вокруг Луны, запланированным на 2023 год. SpaceX испытала первую готовую к полету версию Raptor в феврале 2019 года и , на прошлой неделе он впервые управлял Raptor во время «прыжковых» испытаний прототипа Starship под названием Starhopper.

Движок находился в разработке большую часть десятилетия, проходя несколько итераций. По своей сути он похож на другие двигатели, сжигая химическое топливо для создания тяги. Но его использование жидкого кислорода и метана — что-то в значительной степени беспрецедентное в ракетной индустрии — и его инновационный дизайн означают, что он может быть козырем SpaceX, когда дело доходит до исследования Солнечной системы.

«Нет другого ракетного двигателя, способного производить столько энергии из жидкого метана и жидкого кислорода, как двигатель Raptor», — говорит Тим ​​Додд, отраслевой эксперт, который ведет популярный канал Everyday Astronaut на YouTube. «Идея заключается в том, чтобы сделать его более пригодным для повторного использования практически без ремонта. Это определенно поможет их бизнес-кейсу, если они смогут просто летать снова и снова».

Самый популярный

Возможность повторного использования является ключевым аспектом, поскольку Маск сказал, что каждый двигатель должен быть способен выполнять до 1000 операций Starship для поддержки амбициозного корабля. Это серьезная проблема; самыми повторно используемыми двигателями в истории исследования космоса были главные двигатели каждого космического корабля «Шаттл», каждый из которых летал всего несколько десятков раз. «Это довольно амбициозно, — говорит Додд. «Я не знаю, будет ли 1000 рейсов обязательно достижимо в ближайшем будущем. Если он оправдает свой потенциал, может быть, 1000 человек в один прекрасный день станут реальностью».

Существующий двигатель SpaceX называется Merlin, который используется на действующих ракетах Falcon 9 и Falcon Heavy, но Raptor знаменует значительное улучшение. Во-первых, у него вдвое больше тяги, чем у его предшественника, благодаря гораздо более высокому давлению, 380 000 фунтов тяги на уровне моря против 190 000 фунтов, несмотря на то, что он имеет такой же размер.

Другое использование метана. Ни одна ракета, работающая на метане, никогда не выходила на орбиту, а испытательный прыжок Starhopper на днях стал первым фактическим полетом ракетного двигателя, работающего на метане. Метан предотвращает накопление отложений в двигателе по сравнению с другими видами топлива, такими как керосин, процесс, известный как коксование, а его более высокая производительность позволяет снизить затраты.

«Стоимость топлива для жидкостных ракет составляет ничтожную долю от общих затрат на запуск», — говорит космический консультант Рэнд Симберг. «С многоразовыми транспортными средствами мы хотим достичь точки, в которой нам будет небезразлично, сколько стоит топливо. В авиакомпаниях обычно 35% общих эксплуатационных расходов приходится на топливо. С ракетой традиционно меньше одного процента».

Raptor также использует так называемый полнопоточный двигатель внутреннего сгорания, который является третьим двигателем в истории, использующим эту технологию, в то время как Merlin использует более распространенную систему открытого цикла. Предыдущие две попытки создания такого двигателя, одна в Советском Союзе в 1960-х и еще один в США в начале 2000-х, так и не прошли испытания.

Двигатель внутреннего сгорания с полнопоточной стадией относится к тому, как насос вращает турбину для привода двигателя, используя так называемую камеру предварительного сгорания, чтобы запустить этот процесс путем впрыска небольшого количества топлива. Обычно часть топлива расходуется в традиционном двигателе с открытым циклом, чтобы запустить этот процесс, но Raptor будет использовать каждую доступную каплю топлива, что делает его одним из самых эффективных ракетных двигателей, когда-либо созданных.

Самый популярный

«Raptor сжигает это топливо при достаточно высоком давлении, которое затем может направить огонь из предварительной горелки обратно в камеру сгорания и полностью сжечь это топливо вместе с остальным топливом. », — говорит космический консультант Чарли Гарсия из Массачусетского технологического института (MIT). «И он делает это очень умным способом, который раньше делали только русские… пропуская все топливо в двигатель через предкамеры».

Конечным результатом является то, что Raptor имеет гораздо более высокое давление, чем Merlin, примерно в три раза больше, что делает его ракетным двигателем с самым высоким давлением из существующих и приводит к его вышеупомянутой большей тяге, чем у Merlin, несмотря на его аналогичный размер. В 2016 году Маск сослался на «безумное давление» внутри основной камеры двигателя, 300 бар, что потребовало разработки нового металлического сплава.

Конечно, другим важным нововведением Raptor по сравнению с его предшественником является использование метана, что восходит к конечной цели SpaceX. SpaceX — не единственная компания, переходящая на метан, поскольку конкурирующая фирма Blue Origin, возглавляемая генеральным директором Amazon Джеффом Безосом, также разрабатывает собственный метановый двигатель под названием Blue Engine 4 (BE-4). Обладая многочисленными преимуществами, этот переход кажется давно назревшим.

Большинство предыдущих ракетных двигателей полагались на использование топлива, такого как керосин, вместо метана. Но главное преимущество использования метана заключается в том, что он имеет более высокие характеристики, чем другие виды топлива, а это означает, что ракета может быть меньше. Его более низкая стоимость также означает, что общая стоимость запуска может быть снижена.

Это может иметь решающее значение, потому что количество двигателей Raptor, которые SpaceX собирается построить, огромно, если не сказать больше. Каждый корабль Starship предназначен для полета с шестью двигателями Raptor, а также с 35 на ракете Super Heavy — всего 41 за запуск. Самая большая ракета SpaceX, Falcon Heavy, запускается с 28 двигателями Merlin (27 на нижней ступени и один на верхней ступени). С учетом того количества запусков, которое SpaceX планирует для Starship и Super Heavy, скорость их производства необходимо будет значительно увеличить.

«Поскольку они используют так много их на сверхтяжелом транспортном средстве, им придется наращивать производство до абсолютно безумных темпов», — говорит Додд. «Илон говорил о создании одного за 12 часов, что было бы неслыханно в индустрии. Даже если они делают по одной штуке в неделю, это впечатляет».

Самые популярные

Также считается, что метан может быть доступен на поверхности Марса или где-либо еще в космосе для использования в качестве топлива — возможно, в виде воды и углекислого газа — использование ресурсов на месте (ISRU). «Вы можете достаточно легко извлекать метан с поверхности Марса и, возможно, с поверхности Луны», — говорит отраслевой аналитик Калеб Уильямс из консалтинговой фирмы SpaceWorks.

Это жизненно важно для регулярных полетов SpaceX на Марс и обратно на корабле Starship, что позволяет ему быть почти самодостаточным с точки зрения топлива. «Это был святой Грааль доступа к Солнечной системе для человечества», — говорит Гарсия. «Потому что, когда вы можете дозаправиться в космосе, теперь ваше топливо не обязательно должно поступать с Земли».

Наряду с этими высокими заявлениями, Raptor представляет собой значительный сдвиг в амбициях SpaceX от скромных запусков с Земли к потенциальному исследованию Солнечной системы. Недавнее испытание Starhopper стало ключевым шагом в правильном направлении, и если Raptor хотя бы частично оправдает некоторые из своих обещаний, будущее может быть действительно очень светлым. Если SpaceX действительно достигнет Марса, Raptor сыграет огромную роль.

Обновлено 1 августа 2019 г. 11:10 BST: статья была обновлена, чтобы прояснить, как метан используется в двигателях Raptor

Еще больше замечательных историй от WIRED веб-браузер

🚕 У лондонских такси есть хитрый план победить Uber

🎉 Вакцина от болезни Альцгеймера уже на грани реальности

🤦

Больше от WIRED UK трактуется как умышленное. Выяснить, что произошло, может быть непросто.

org/Person»> Мэтт Бёрджесс

Культура

37 лучших фильмов на Netflix на этой неделе

Застрял в поисках хорошего фильма на Netflix? Вот наш выбор лучших фильмов Netflix, которыми можно полюбоваться, еженедельно обновляемых.

By WIRED

бизнес

В поисках команды неуловимых ботов Twitter

Процесс модерации спама, включая ботов, платформы социальных сетей до сих пор был засекречен.

Автор: Морган Микер

Культура

10 лучших телешоу для просмотра на Apple TV+ ТВ+.

ПО ПРОВОДНОЙ

бизнес

Как боты искажают рекламу

Ботмастера создали кафкианскую систему, в которой компании платят огромные суммы за показ своей рекламы ботам. И всех это устраивает.

Автор Morgan Meaker

SpaceX Starship Raptor V2: «Больше мощности, меньше деталей», каждый Engi

Главная
/ Блог Tesmanian

Предыдущий

/ Далее

Эвелин Джанейди Аревало 28 апреля 2022 г.

Звездный корабль SpaceX Starbase

Основатель SpaceX Илон Маск одержим колонизацией Марса. Главный инженер руководит разработкой Starship в песчаной деревне Бока-Чика-Бич в Южном Техасе. На этой неделе Маск поделился потрясающей фотографией флота двигателей Starship Raptor в ангаре на ракетном заводе Starbase (показано выше). «Ракетные двигатели Raptor 2 на Звездной базе, каждый мощностью более полумиллиона фунтов (230 тонн)», — подписал Маск фотографию в Twitter. Starship суждено стать самой мощной ракетой в мире, рядом с Saturn V, которая полвека назад запустила астронавтов NASA Apollo 8 на Луну.

НАСА подписало контракт со SpaceX на разработку оптимизированного для Луны звездолета, чтобы вернуть астронавтов на Луну к 2025 году. Для Маска Луна — всего лишь ступенька, его глаза твердо устремлены на Марс. SpaceX специально разработала Raptor с расчетом на Марс. Двигатели работают на комбинации криогенного жидкого метана (Ch5) и криогенного жидкого кислорода (LOX). Когда первые астронавты построят первое человеческое поселение на Красной планете, они смогут построить завод по производству топлива для синтеза Ch5 и LOX, извлекая углекислый газ из тонкой атмосферы планеты и выкапывая подповерхностную ледяную воду для создания топлива через Sabatier процесс и электролиз.

Источник изображения: SpaceX

Raptor — первый в истории ракетный двигатель с полнопоточной системой внутреннего сгорания. На протяжении многих лет он совершенствовался и представляет собой новейшую версию двигателя, работающего на метане, известного как Версия 2 (V2). По сравнению с первой версией (V1), V2 представляет собой полностью переработанную конструкцию, в которой используются менее сложные турбомашины, но он дает больше мощности, поскольку может потреблять больше топлива. Инженеры полностью переработали сопло, камеру сгорания, сантехнику и электронику, чтобы повысить эффективность двигателя. Компания заявляет, что это «Больше мощности, меньше деталей». Raptor V2 сварены вместе, что помогает уменьшить количество компонентов, составляющих двигатель, делая V2 более компактным и простым в производстве, чем Raptor V1, для которого требовались фланцы для соединения всех частей двигателя вместе. Стоимость производства Raptor V2 составляет половину стоимости V1, что делает его рентабельным для крупносерийного производства.

Источник: Tesmanian.com. Журналист. разработка транспортных средств. Скорость производства для V2 достигла 5 в неделю в феврале и 7 в неделю в марте. Маск ожидает, что SpaceX будет производить как минимум один Raptor V2 в день. Быстрое создание двигателей Starship имеет решающее значение, долгосрочная высокая скорость производства позволит SpaceX проводить частые космические полеты, чтобы сделать жизнь многопланетной.

Двигатели Raptor V2 на фотографии, которой поделился Маск, будут установлены на испытательные машины, которые в этом году совершат дебютный орбитальный полет. Прототипы из нержавеющей стали обозначены как Starship SN24 и Super Heavy Booster 7. В начале апреля Маск сказал, что инженеры Starbase начнут устанавливать 33 двигателя Raptor V2 на ракетный ускоритель, чтобы начать предполетные испытания. Starship SN24 будет оснащен 6 двигателями, три из которых — Raptors (R-Vac) с оптимизированным вакуумом для движения в космосе. Разница между стандартным Raptor и R-Vac заключается в том, что у последнего сопло намного больше.

Ракетные двигатели Raptor 2 на Звездной базе, каждый развивает мощность более полумиллиона фунтов (230 тонн) pic.twitter.com/9ixxXXceG3

— Илон Маск (@elonmusk) 26 апреля 2022 г.

Пока неясно, когда SpaceX проведет первые летные испытания орбитального корабля Starship, которые впервые продемонстрируют мощность двигателей Raptor V2. Кроме того, инженеры впервые испытают 33 двигателя одновременно, поскольку Super Heavy выводит Starship на низкую околоземную орбиту, наибольшее количество двигателей, которые они испытали в полете, составляет 6. Компания ожидает одобрения регулирующих органов от Федерального управления гражданской авиации США (FAA). . FAA проводит экологическую экспертизу стартовой базы Starbase примерно 10 месяцев. Администрация рассчитывает завершить проверку 29 апреля., однако, он трижды откладывал это раньше, поэтому на этой неделе мы узнаем, сможет ли SpaceX наконец подать заявку на лицензию на полет в ближайшее время. Скрестим пальцы, мы все хотим увидеть, как этот зверь уже летает! ОБНОВЛЕНИЕ: Федеральное управление гражданской авиации США откладывает завершение экологической проверки SpaceX Starbase Texas в четвертый раз до 31 мая [ВИДЕО]

Источник изображения: Илон Маск через Twitter

Эвелин Джанейди Аревало

Эвелин Дж. Аревало присоединилась к Tesmanian в 2019 году, чтобы освещать новости в качестве космического журналиста и корреспондента SpaceX Starbase Texas. Эвелин специализируется на ракетной технике и исследовании космоса. Основными темами, которые она освещает, являются SpaceX и NASA.

Подписывайтесь на меня в Твиттере

Включите JavaScript для просмотра комментариев с помощью Disqus.

Также в блоге Tesmanian

НАСА и SpaceX изучат возможность увеличения высоты космического телескопа Хаббла, чтобы продлить срок его службы

Эвелин Джанейди Аревало 30 сентября 2022 г.

Камеры автомобиля Tesla помогают поймать подозреваемого в агрессии на дороге, который стрелял в его водителя

Ева Фокс 29 сентября 2022 г.

Илон Маск говорит, что

Tesla Cybertruck будет достаточно водонепроницаемым, чтобы пересекать реки, озера и даже моря0471

Ева Фокс 29 сентября 2022 г.

Предыдущая

/ Далее

Ракета SpaceX для полета на Марс получает потрясающую модернизацию

Инновации

Звездолет SpaceX готовится к мощной модернизации. Вот что вам нужно знать.

Майк Браун

7 июля 2021 г.

Raptor, ракетный двигатель SpaceX , предназначенный для отправки людей на Марс и дальше, получает продолжение.

На прошлой неделе генеральный директор Илон Маск написал в Twitter, что компания планирует построить двигатель, известный как «Raptor 2». Это будет более мощная версия двигателя Raptor, который в настоящее время используется для разрабатываемого корабля Starship.

Это большой прирост мощности двигателя ракеты Маска, направляющейся на Марс. Starship из нержавеющей стали, впервые представленный в 2017 году под названием «BFR», представляет собой полностью многоразовую ракету, работающую на жидком кислороде и метане. В отличие от предыдущих ракет, таких как Falcon 9 от SpaceX, которые используют ракетное топливо как часть своего топлива, новое топливо Starship предназначено для того, чтобы астронавты могли летать на Марс и дозаправляться, используя ресурсы планеты.

Хотите узнать больше о планах SpaceX относительно Starship? Подписаться на MASK READS+ для эксклюзивных интервью и аналитических материалов о космических полетах, электромобилях и многом другом.

Звездолет SpaceX: что такое Raptor 2?

Это более мощная, улучшенная версия существующего двигателя Raptor. Этот двигатель использовался для испытательных полетов с прототипами Starship, последний из которых в мае 2021 года достиг высоты 33 000 футов.

Звездолет состоит из двух компонентов:

1. Сам корабль, также называемый Звездолет . Он имеет высоту 160 футов и включает в себя экипаж и грузовое пространство.
2. Ускоритель Super Heavy . Он имеет высоту 230 футов и соединяется со звездолетом, чтобы он мог покинуть Землю.

Ожидается, что общая высота конструкции составит около 400 футов.

Оба они оснащены двигателем Raptor. Хотя корабль оснащен шестью двигателями, Маск объяснил в сентябре 2019 года, что ракета-носитель может вмещать от 24 до 37 двигателей.

Есть два варианта двигателя Raptor:

1. вариант для уровня моря . Этот вариант будет использоваться ракетой-носителем Super Heavy, а три из шести двигателей на корабле будут работать на уровне моря.
2. Вакуумный вариант , оптимизированный для места. Три из шести двигателей на корабле будут использовать эту версию.

SpaceX Raptor, с вариантом на уровне моря слева и вакуумным вариантом справа. Twitter

В мае 2020 года Маск отметил, что вариант на уровне моря имеет тягу около 200 тонн, но со временем планировалось увеличить ее до 250 тонн.

Это подтвердил Маск на прошлой неделе, когда он написал в Твиттере:

«Текущий план состоит в том, чтобы увеличить базовую тягу Raptor до ~ 230 тонн или ~ 500 миллионов фунтов и увеличить количество разгонных двигателей до 32 или 33. Все Raptor на Бустер, фиксированный или подвесной, будет одинаковым. 33*230 имеет тягу ~7600 тонн и Т/Вт ~1,5».

Следует отметить, что 230 тонн эквивалентны примерно 500 000 фунтов стерлингов, а не 500 миллионам.

Маск дополнительно подтвердил:

«Центральные двигатели на корабле будут такими же, как ускорительные двигатели. Это в основном Raptor 2. Raptor Vacuum будет единственным вариантом. Будет определено, следует ли унифицировать R-Vac с Raptor 2 (больше тяги), оставить то же самое или сузить горловину (больше Isp). Добавление еще 3 R-Vac для корабля с максимальным Isp, возможно…»

Так что, по сути, это продолжение представляет собой двигатель, который обладает немного большей тягой.

SpaceX Starship: что означает Raptor 2 для миссий на Марс?

Веб-сайт SpaceX показывает, что предыдущий план состоял в том, чтобы Super Heavy предлагал тягу в 16 миллионов фунтов. Комментарии Маска предполагают, что эта цифра может достичь 17 миллионов фунтов стерлингов.

Для сравнения, самой мощной из когда-либо запущенных ракет была «Сатурн-5». Последний раз она поднималась в воздух в 1973 году и произвела всего 7,6 миллиона фунтов тяги.

Фирма немного расплывчата, когда речь заходит о грузоподъемности. Его веб-сайт утверждает, что он может поднять более 100 метрических тонн на низкую околоземную орбиту. Это может быть занижением: руководство пользователя от апреля 2020 года, проанализированное YouTube-блогером Everyday Astronaut, предполагает, что ракета может поднять на низкую околоземную орбиту что-то около 156 метрических тонн.

В то время Маск подтвердил, что это действительно была долгосрочная цель:

«Масса первоначальных кораблей SN будет немного выше, а Isp немного ниже, но со временем она будет ~ 150 т до LEO, полностью пригодной для повторного использования. ».

Для марсианских миссий более важной информацией может быть отношение T/W, равное 1,5. Тяговооружённость показывает, как тяга соотносится с весом самого корабля. В отличие от самолёта, который взлетает горизонтально, Ракета, стартующая вертикально, нуждается в том, чтобы ее тяга превышала ее вес: чем больше тяговооруженность, тем больше ускорение. 0003

В январе 2021 года Маск объяснил, что более высокое соотношение имеет решающее значение для многоразового корабля, такого как Starship:

«T/W будет ~1,5, поэтому он будет ускоряться необычно быстро. Высокая T/W важна для многоразовых транспортных средств, чтобы более эффективно использовать топливо, основную стоимость. Для одноразовых ракет выбрасывание ступеней является основной статьей расходов, поэтому оптимизация требует низкого T/W».

Отправка большего количества груза за раз — это круто, но для многоразового звездолета корабль должен максимально эффективно использовать топливо, чтобы вернуться домой с Марса.

Raptor 2 может помочь осуществить пилотируемую миссию SpaceX на Марс, ожидаемую где-то в этом десятилетии.

ПУТЕШЕСТВИЕ ЗВЕЗДНОГО КОРАБЛЯ, ОБЗОР:

• Ноябрь 2018 г. — BFR, о котором впервые было объявлено в сентябре 2017 г., переименовывается в Starship.
• Декабрь 2018 — Маск подтверждает, что новый корабль перешел на нержавеющую сталь.
• Январь 2019 — Представлен укороченный прототип «Starhopper», и Маск объясняет переход на сталь.
• Февраль 2019 г. — Двигатель Raptor бьет многолетний ракетный рекорд.
• Апрель 2019 г. — Starhopper совершает привязанный «прыжок».
• Июль 2019 г. — Стархоппер запускается на 20 метров (67 футов).
• Август 2019 г. — Starhopper запускает 150 метров (500 футов).
• Сентябрь 2019 г. — Представлен полноразмерный прототип Starship Mk.1.
• Май 2020 г. — Полноразмерный прототип Starship SN4 завершил статическое огневое испытание.
• Август 2020 г. — запуск SN5 на 150 метров (500 футов).
• Октябрь 2020 г. — SN8 завершает первый статический пожар с тройным Raptor.
• Декабрь 2020 г. — SN8 запускается на 12,5 км (41 000 футов) и врезается в землю.
• Февраль 2021 г. — SN9 запускается на 10 километров (33 000 футов) и врезается в землю.
• Март 2021 г. — SN10 стартует с расстояния 10 км (33 000 футов), приземляется и через восемь минут взрывается. В том же месяце SN11 запускается на 10 километров (33 000 футов) и падает на землю несколькими частями.
• Май 2021 г. — SN15 взлетает на 10 километров (33 000 футов) и приземляется без сучка и задоринки, за исключением небольшого пожара на базе.

ПОДПИСАТЬСЯ НА MASK READS+, ПРЕМИУМ-РАССЫЛКУ, КОТОРАЯ ОХВАТЫВАЕТ МИРЫ ИЛОНА МАСКА, SPACEX, TESLA И ВСЕГО МЕЖДУ НИМИ.

Обновление 07/08 11:00 по восточному времени: Обновлено с уточнением цифр Илона Маска. Похожие теги , 21 октября.

SpaceX

В четверг вечером компания SpaceX сделала еще один шаг к проверке технологии ракетного двигателя, которая будет питать ее ракету Starship. Инженеры компании впервые запустили вакуумную версию ракетного двигателя Raptor, которая была прикреплена к разгонному блоку Starship.

Испытательные стрельбы на закате в Южном Техасе длились всего несколько секунд. Но, похоже, он был успешным, и он ставит еще одну галочку в серии технических испытаний, которые SpaceX должна выполнить перед запуском Starship на сверхтяжелой ракете для орбитального испытательного полета. Это может произойти где-то в начале 2022 года.

Первый запуск вакуумного двигателя Raptor, встроенного в звездолет pic.twitter.com/uCNAt8Kwzo

— SpaceX (@SpaceX) 22 октября 2021 г.

SpaceX, конечно же, уже испытала свой корабль Starship с двигателями Raptor. В некоторых испытательных полетах прототипа машина поднималась примерно на 10 км при мощности до трех двигателей Raptor «на уровне моря». Но совсем другое дело испытать ракету с версией Raptor, оптимизированной для работы в космическом вакууме.

Расширяющиеся сопла

Ракетные двигатели, конечно, состоят из многих частей, но самой большой и заметной является сопло, которое направляет поток выхлопных газов. Этот выхлоп возникает в камере сгорания, где сгорают окислитель и топливо. Затем этот выхлопной газ проталкивается через узкое отверстие, называемое горлом, для его ускорения. Теперь, двигаясь на сверхзвуковой скорости, выхлоп расширяется, входя в сопло, где чем длиннее и шире сопло, тем быстрее движется выхлоп.

Более быстрый газ, выходящий из ракетного двигателя, хорош тем, что он обеспечивает большую тягу. Большая тяга означает, что ваша ракета может поднять большую массу. Таким образом, расширенное сопло означает лучшую производительность.

Только что закончил эту небольшую анимацию, показывающую коэффициенты расширения двигателей Merlin 1D @SpaceX. С ума сойти, насколько больше вакуумная насадка по сравнению с насадкой на уровне моря! Эти цифры довольно близки к правильным @elonmusk ?pic.twitter.com/N14MEXmeAh

— Повседневный астронавт (@Erdayastronaut) 18 сентября 2019 г.

Так почему же не все ракетные двигатели имеют гигантские сопла? Из-за явления, известного как «разделение потока», которое происходит, когда поток газа внутри двигателя отрывается от стенок сопла. Это может вызвать турбулентность и вибрации. В худшем случае это может привести к взрыву двигателя. Нет абсолютного значения, когда это происходит, но риск отрыва потока увеличивается, когда давление выхлопных газов, выходящих из сопла, падает ниже 50 процентов от атмосферного давления.

Рекламное объявление

Это не проблема в космосе, где атмосферное давление практически равно нулю. Но на уровне моря, чем больше сопло, тем больше риск отрыва потока.

Наиболее распространенным способом решения этой проблемы является проектирование первой ступени ракеты с двигателями, оптимизированными для работы на уровне моря, и верхней ступени с двигателями, оптимизированными для вакуума. Ракета Falcon 9, например, имеет первую ступень с девятью двигателями Merlin с меньшими соплами, которые выполняют всю работу в нижних слоях атмосферы, и вакуумный двигатель Merlin с гораздо большим соплом для космического пространства.

Альтернативные подходы

Космический челнок НАСА использовал более гибридный подход. Его главные двигатели, которые работали на протяжении всего полета от запуска на орбиту, пожертвовали производительностью на обоих концах. Шаттл получил сопло как можно большего размера на уровне моря — оно действительно расширяло границы разделения потоков, не выходя за край, — но значительно меньшего размера, чем было бы оптимально в вакууме.

Верхняя ступень космического корабля SpaceX предназначена для полетов как в плотных атмосферах, так и в космосе. Он направлен на решение загадки размера сопла путем полета с тремя двигателями Raptor «на уровне моря» и тремя «вакуумными» двигателями Raptor. Испытание в четверг стало первым случаем, когда один из вакуумных двигателей был прикреплен к космическому кораблю и испытан.

Один из моих любимых отрывков из завтрашнего выступления в @ChabotSpace — это крупный план дросселирующих двигателей шаттла. Прежде чем двигатели выйдут на полную мощность, внешнее давление воздуха увеличится внутри сопел двигателей, создав нестабильный отрыв потока. Посмотрите на изгиб сопла. pic.twitter.com/vYXjUl7nTK

— Скотт Мэнли (@DJSnM) 17 января 2019 г.

Самый опытный двигатель верхней ступени США, RL-10 производства Aerojet Rocketdyne, имеет огромный коэффициент расширения, поскольку размер его сопла намного больше его горловины.