Фотография с испытаний бустерного кислородного насоса, одного из элементов двигателя Raptor (источник: SpaceX)
Выступая на конференции по малым спутникам в Логане (Юта, США), президент SpaceX Гвинн Шотвелл рассказала о том, что двигатель нового поколения Raptor отправлен на испытательный полигон в МакГрегор (Техас, США). Raptor — мощный двигатель для ракеты следующего поколения от SpaceX. Технических подробностей не так много, но известно, что мощность Raptor примерно втрое превосходит мощность текущих двигателей Merlin, используемых в Falcon 9 и Falcon Heavy. Ранее Илон Маск сообщал, что этот двигатель будет развивать тягу до 230 тонн.
Цикл работы этого двигателя состоит из двух этапов. Первый — сгорание топливной смеси (горючее и окислитель) в камерах предварительного сгорания. Второй — закачка топлива в основную камеру сгорания двигателя за счет образующихся в ходе первого этапа горячих газов высокого давления. По мнению Маска, такой двигатель гораздо эффективнее двигателей открытого цикла Merlin. В качестве топлива здесь будет использоваться жидкий кислород и метан.
Двигатели с камерами предварительного сгорания были установлены, в частности, в «Шаттлах» NASA. В двигателях «Шаттлов» использовался водород, который хранился в камере при температуре -253 °C. В то же время, в камере сгорания температура достигает 3300 °C, это выше температуры кипения железа. Недостатком водорода является сложность процесса его хранения при столь низкой температуре в камерах ракеты.
Двигатель RS-25 на испытаниях. Это двигатель устанавливался в «Шаттлы»
Маск утверждает, что «стоимость энергии метана самая низкая, он имеет удельный импульс чуть выше, чем у керосина, и не имеет ни одного недостатка водорода». Структура нового двигателя сложнее, чем у Merlin. Соответственно, технологический процесс создания такого движка тоже будет более сложным. Как следствие — более дорогим. Кластер двигателей нового типа будет установлен в MCT (Mars Colonial Transporter) — межпланетной транспортной системе нового поколения от SpaceX. Основной частью этой системы является многоразовая ракета-носитель сверхтяжелого класса. Официального названия у него пока нет, но сейчас носитель обозначают акронимом BFR (Big Facking Rocket, чертовски большая ракета). В первой ступени носителя будет 9 двигателей Raptor. Диаметр ракеты составит около 10 м. Судя по всему, эта ракета будет больше и мощнее Saturn V. Сейчас новый двигатель будет испытан в полевых условия. «Прошлой ночью мы отправили Raptor в Техас», — заявила Гвинн Шотвелл.
Это первое испытание Raptor в качестве единой системы. Ранее испытывались отдельные его элементы. В 2014 году, например, SpaceX опробовала в работе инжекторы двигателя, а также испытала бустерный кислородный насос. С апреля по август 2015 года было проведено 76 испытаний насоса. Общее время испытаний составило 400 секунд. Фотография с испытаний показана в анонсе. Фотографий самого двигателя пока нет.
Сравнение Falcon 9 v1.0, v.1.1 и MCT с 9 двигателями Raptor
Инженеры SpaceX планируют охлаждать топливо и кислород в камерах двигателя до температуры, близкой к температуре замерзания этих веществ. По мнению специалистов, это позволит вместить больше топлива. Топливо необходимо как для взлета, так и для посадки — она будет осуществляться при помощи двигателей, парашютов не будет.
Маск обещает представить больше подробностей о новой ракете, новом двигателей и планах колонизации Марса на Международной конференции по астронавтике, которая пройдет в этом году в Гвадалахаре, Мексика, с 26 по 30 сентября. 27 апреля 2016 года SpaceX анонсировала планы проведения непилотируемого запуска корабля Red Dragon c посадкой на поверхность Марса в 2018 году. Запуск корабля будет осуществлен при помощи ракеты-носителя Falcon Heavy. Миссия получила название «Red Dragon».
Комментарии (53)
Hayate
11.08.2016 12:09Не понял из текста статьи, у этого двигателя нет турбонасоса? Насколько знаю и у двигателей закрытого и открытого цикла турбонасос есть, просто выхлоп направляется или сразу в атмосферу, или сначала в камеру сгорания.
Hayate
11.08.2016 12:53Просто «предварительные камеры сгорания» есть почти у всех двигателей, кроме тех у которых топливо течёт самотёком, или в баке создаётся повышенное давление и оно выталкивает топливо. Редкие исключения это например поршневой насос, который должен быть более живучим и надёжным по сравнению с турбонасосом.
bjornd
11.08.2016 12:55+1… закачка топлива в основную камеру сгорания двигателя за счет образующихся в ходе первого этапа горячих газов высокого давления ...
Это разве не принцип работы турбонасоса?
Bigdoc
11.08.2016 12:56+2Это обычный двигатель закрытого типа. Просто так непонятно написано. Фишка двигателя в том, что американцы достаточно редко используют закрытый тип и не более того.
Jeffryxon
11.08.2016 20:04В "обычном" двигателе закрытого цикла только один турбонасосный агрегат, работающий с избытком либо окислителя, либо топлива. Фишка этого именно в полнопоточном цикле, в котором два ТНА, окислительный и топливный. Образно говоря, как два двигателя закрытого цикла разного типа с общей камерой сгорания.
Tim_23
11.08.2016 22:35По-моему что-то подобное по заказу американцев разрабатывалось в России в начале 90-х. Не помню правда название двигателя, но на паре кислород -водород, нет?
Jeffryxon
11.08.2016 22:41+1Не припоминаю такого. По-моему, единственным советским полнопоточным двигателем был РД-270 на НДМГ/АТ, но разработку до конца не довели. Из кислород-водородных летал только РД-0120.
Tim_23
11.08.2016 22:55+1Я вроде бы нашёл его — РД-0146, но как пишет Вики это аналог американского движка.
Jeffryxon
11.08.2016 23:00Ого, он даже ещё в процессе разработки, интересно. RL-10 хорош, конечно. Если удастся сделать аналог по не такой заоблачной цене, уже хорошо. Но с такой схемой он наследует и проблему RL-10 — низкую тягу, к сожалению.
Valerij56
12.08.2016 03:59Только это метановый двигатель, разработка которого началась в нулевые, как раз по итогам сравнительного исследования различных топливных пар для многоразовых ракет.
Bedal
11.08.2016 13:06+29Статья настолько откровенно попсовая, что можно только погоревать о нынешнем состоянии гиктаймс. Но можно попытаться перевести на нормальный язык. для начала сказав, что «камерами» там называются баки.
Итак, речь идёт о метановом двигателе, главная идея которого — в полнопоточности. Формируются два потока, один и избытком кислорода, другой — с избытком метана. Каждый из этих потоков поджигается прямо в трубопроводе (да, как в наших движках по ссылке из первого коммента, но тут идея в том, что работа идёт над половиной всего потока в каждом трубопроводе сразу). Повысившееся давление отрабатывает в турбине. В основную камеру сгорания поступает уже хорошо перемешанные метан с кислородом. Более того, по идее в потоке ещё должно продолжаться горение! За счёт этого горение в основной камере становится более устойчивым, что решает одну из неприятных проблем ракетных двигателей.
Форкамеры используются в водородных двигателях для совсем другой цели, именно для обеспечения устойчивости горения, у водородных движков с этим дело обстоит хуже остальных схем.
Впрочем, по описанию похоже, что базовая схема метанового двигателя реализована не полностью. Хотя это может быть следствием «стиля» статьи.
Главные достоинства метановых двигателей:
— нет копоти, которая создаёт изрядные проблемы у керосиновых двигателей и в турбоагрегатах, и собственно в двигателе.
— температура кипения метана очень близка к температуре кипения кислорода, так что, хотя обе компоненты требуют криогенной техники, но можно использовать одни и те же решения и даже просто копипастить кислородную систему в метановую. Более того, можно сэкономить на внутренней теплоизоляции.
Главный недостаток, точнее, трудность: нужно создать турбину, которая будет пропускать через себя тонны газа в секунду.
В общем и целом — система получается проще и дешевле керосин-кислородной, так что, несмотря на то, что удельный импульс метана только чуть выше кислородного, это очень выгодное решение.
Чёрт, всё же сумбурно, но подробнее и качественнее — нужно полдня только на редактирование потратить. Так что уж извините.
Pavel-Well
11.08.2016 13:38+1несмотря на то, что удельный импульс метана только чуть выше кислородного, это очень выгодное решение.
Наверное, Вы хотели написать: «чуть выше керосина».
Вот ещё статья на Википедии со схемами:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Жидкостный_ракетный_двигатель_закрытого_цикла
Там есть пара схем и в конце как раз Raptor от SpaceX упомянут (вариант с полной газификацией компонентов).Bedal
11.08.2016 14:13>Наверное, Вы хотели написать: «чуть выше керосина».
Конечно. Спасибо за поправку.
Jeffryxon
11.08.2016 19:52Повысившееся давление отрабатывает в турбине
В полнопоточном цикле их ещё и две, что добавляет сложности.
Bedal
11.08.2016 21:08А их и в других типах две, в составе турбоагрегатов для топлива и для окислителя. Приводить два компрессора от одной турбины — слишком хлопотно.
Так что сложность — в размере турбины, в том, что она полнопоточная (ну, полупоточная :-)Jeffryxon
11.08.2016 21:30+1А их и в других типах две, в составе турбоагрегатов для топлива и для окислителя
Вообще-то нет, посмотрите схемы НК-33 и РД-серии, простейшие (кхм) примеры закрытого цикла, RS-25 весьма переусложнён. Один газогенератор приводит одну турбину, на валу с которой сидят ещё две турбины для горючего и окислителя. Газогенератор в закрытом цикле пропускает через себя либо всё горючее, либо весь окислитель. В полнопоточном цикле два газогенератора этих двух типов, и от них независимый привод двух соответствующих турбонасосов.
Bedal
12.08.2016 08:22Вы правы.
Но одиночную полнопоточную турбину делать нельзя — это будет уже полноценная горючая смесь, которая годится только в основную камеру сгорания. Или надо будет поджечь полупотоки, потом гарантировать прекращение горения, потом смешать, и только тогда в турбину… кому это надо, все преимущества терять?
Сложности, думаю, это не доставляет, одна турбина с двумя компрессорами будет легче — но не проще. Даже, очень возможно, сложнее — именно саму турбину такую сделать. С другой стороны, когда компрессоры на одном валу — синхронизируются колебания потоков.
Могу только сказать про себя: «как жаль, что все специалисты, способные руководить крупными проектами, уже нашли себя в работе таксиста».
javax
11.08.2016 13:27MCT (Mars Colonial Transporter) — это корабль, а не ракета.
Ракета называется (пока) — BFR — Big Fucking RocketValerij56
12.08.2016 14:39МСТ, вероятно, функционально объединяет верхнюю ступень БФР и космический корабль. На Земле перед запуском МСТ заправляют вместе с БФР, но при выводе на НОО топливо будет использовано. Поэтому перед отправлением к Марсу МСТ снова заправляется на орбите, с помощью «бесчисленных рейсов полностью многоразовых танкеров», как сказал Маск, выступая перед студентами MIT. Пока неизвестно, будут ли эти танкеры реализаваны на основе БФР, или это будет ракета меньшей размерности, новая рабочая лошадка SpaceX.
.
Тем не менее ясно, что БФР может иметь и другие варианты второй ступени, например, корабль, предназначенный для полёта к Луне, если его закажут Маску.Hayate
14.08.2016 06:34Не выкипит ли метан с кислородом, пока заправлять будут?
Valerij56
14.08.2016 10:09Что-то, наверно, выкипит, но не много.
.
Где-то на рубеже десятых годов, когда ясно стало, что Констелейшен закроют, ULA предлагало свой проект, на основе ACES, с заправками на НОО и в EML2. Там предлагалось использовать жидкий водород и жидкий кислород, потери планировались на уровне порядка 2% в месяц. Это было прямое развитие идей Комитета Нормана Августина о развитии коммерческой инфраструктуры в космосе. Увы, Сенатпотребовал возвраждения Ареса5 в виде SLS.Hayate
15.08.2016 04:09Удивительно хорошие цифры, вопрос отпал. Хотя чего удивительного, вакуум тепло не передаёт.
3cky
11.08.2016 14:39Я так понимаю, это будет первая в мире пилотируемая ракета с двигателями закрытого цикла?
Tim_23
11.08.2016 15:02+1Почему первая? Space Shuttle, RS-25 насколько я понимаю двигатель закрытого цикла. Ну и наша Ангара-А5 которая летала пока только в беспилотном варианте.
3cky
11.08.2016 16:03+1Да, спасибо, про Space Shuttle я что-то уже и забыл. «Ангара» пока проходит по той же графе, что и «Энергия-Буран», которые слетали в беспилотном варианте, а до пилотируемого дело так и не дошло. Будем надеяться, что история в данном случае не повторится.
mironoffe
11.08.2016 16:29Я вот одного не понимаю: у BFR и Falcon 9 одинаковое количество двигателей, а масса должна быть не менее чем на порядок больше (Судя по схеме толщина больше в 2.5~3 раза, а масса изменяется «в кубе» при масштабировании). Значит и мощность должна быть на порядок больше, а не всего в 3 раза. В чём подвох?
javax
11.08.2016 16:36По моему у BFR должно быть 30 двигателей (как у Н1 :) )
landingtxt
11.08.2016 21:19+1«Ранее Илон Маск сообщал, что этот двигатель будет развивать тягу до 230 тонн.»
9 двигателей, по 230 тонн каждый. Итого суммарная тяга 2070 тонн. Взлётная масса должна быть ниже суммарной тяги в 1,4 — 1,6 раза (у разных ракет по-разному). Итого BFG весит на старте не более 1500 тонн (не намного больше Falcon Heavy).
Значит будет либо больше двигателей, либо тяга будет выше чем 230 тонн.
tyderh
12.08.2016 13:43Итого BFG весит на старте не более 1500 тонн (не намного больше Falcon Heavy).
Значит будет либо больше двигателей, либо тяга будет выше чем 230 тонн.
Они же собирались с орбиты BFR заправлять топливом, техникой и людьми, не?А, не, с орбиты летает Big Falcon Spaceship, и BFR как раз груз на орбиту поднимает, извиняюсь.
wireless_mousetail
11.08.2016 17:51Ну, отчасти, в том, что метан имеет меньшую плотность чем керосин. Соответственно, масса увеличится не на порядок, а чуть меньше.
Ellarihan
11.08.2016 17:52Даже очень грубо говоря: 230*9=2070т значит стартовая масса в диапазоне 1500-1800т. И в зависимости от эффективности полезный груз 75-100т на НОО. Заранее извиняюсь за неточности, ибо знания уровня KSP-RSS.
Jeffryxon
11.08.2016 19:48+1Как написали ниже, это устаревшая схема, сейчас планируется в районе тридцати Рапторов и стартовая масса ~6000 тонн
Silverado
11.08.2016 18:28+1Эта картинка еще тех времен, когда ждали Раптор на 700 тонн, а не на ~200
mironoffe
11.08.2016 19:38Может потом появится какой-нибудь Raptor 1D который так же как и Мерлин вырастет по мощи в ~3 раза)
Valerij56
12.08.2016 14:25Вряд ли. По словам Маска, при тяге единичного двигателя порядка 250-300 тонн масса и габариты всей ДУ оказываются наименьшими.
А кроме того, SpaceX получает возможность построить «рабочую лошадку», ракету в диапазоне наиболее востребованных ПН.
fowler
12.08.2016 13:29Вы можете предоставить информацию о зависимости мощности от массы?
В мышцах, например, при масштабировании масса увеличивается в кубе, а мощность в квадрате. Если и тут так, до «на порядок» не дотянет (повышение в 6,25-9 раз)mironoffe
12.08.2016 19:19эм… мощность ракетного двигателя мерят в кгс, грубо говоря сила приложенная к 1 кг. При росте массы ракеты, сила должна расти также)
Jeffryxon
11.08.2016 19:56+1Хотя официального разъяснения пока нету, судя по короткому упоминанию в статье на NSF это не полноразмерный Раптор, а уменьшенная версия, которую SX разрабатывает по контракту с USAF для использования на второй ступени F9 и/или FH.
It’s a busy period for SpaceX related activities, with the first scaled Raptor engine arriving at McGregor for a lengthy test cycle.
aydahar
11.08.2016 19:56Объясните, пожалуйста, не специалисту, почему SpaceX хочет делать новую большую ракету, вместо того, чтобы масштабировать Falcon (пусть и с новыми движками)?
Ведь сделали Falcon Heavy (3 модуля на первой ступени), разве нельзя сделать какой-нибудь «Falcon Super Heavy» с 5 или даже 7 модулями на первой ступени?
Ясно, что вторая ступень будет совсем другой, но по крайней мере посадка первой ступени уже хорошо отработана. А как (и куда?) садить первую ступень потенциальной BFR даже представить не могу…Jeffryxon
11.08.2016 20:17+1вместо того, чтобы масштабировать Falcon (пусть и с новыми движками)?
Проблема в том, что любое солидное масштабирование чего-то в ракетной технике обычно тянет за собой такой каскад изменений, что в итоге заканчиваешь с новой ракетой на руках. Новые движки, новая плотность топлива, соотношение компонентов в смеси, размер баков… и пошло-поехало.
Ведь сделали Falcon Heavy
Всё ещё не сделали, к сожалению. Она снова съехала (на первый квартал 2017) и Шотвелл призналась на позавчерашней конференции, что с ней "проблем больше, чем мы ожидали". 5-7 модулей — логистический кошмар, дополнительные риски при разделении, худший сухой вес конструкции по сравнению с одиночной большой ступенью. Илон многократно говорил, что дополнительные блоки и твердотопливные ускорители всё сильно усложняют и по возможности стоит обходиться без них. Falcon Heavy же как проект появился на свет потому, что им хотелось как можно быстрее влезть в тот сегмент рынка, который был недоступен для F9. Правда, современный F9 1.2 в одноразовом режиме уже имеет бОльшую грузоподъемность, чем первый давний концепт FH на базе блоков F9 1.0.
А как (и куда?) садить первую ступень потенциальной BFR даже представить не могу
Пока что самым правдоподобным вариантом является производство, тестирование, запуск и возврат на сушу примерно в одном месте, так как перевозка такого монстра куда-либо — занятие не из приятных.
Tim_23
11.08.2016 22:41А вот Хруничев не согласится насчёт масштабирования ))), скоро и Ангара станет сверхтяжелой)).
А какие все-таки проблемы с Хэви? Я то думал что на марс летит Хэви или теперь этот проект лишь «коммерческий»?..Jeffryxon
11.08.2016 22:51+2скоро и Ангара станет сверхтяжелой
С текущими темпами полётов, чувствую, на Марсе уже яблони будут цвести :)
А какие все-таки проблемы с Хэви?
До текущего момента явно тянули, пока посадка ступеней будет хорошо отработана, иначе очень дорогая игрушка получалась. По последней задержке официально, как обычно, не названа причина, но на уровне "брат одноклассника моего приятеля работает в SpaceX и сказал..." — вопросы с передачей нагрузок между боковушками и центральной частью, как в полёте, так и при разделении. Боинг тоже думал "просто соединим три ступени Delta IV вместе и получится Heavy", в итоге дело закончилось производством четырёх разных модификаций бустеров и самой дорогой из летающих ракет.
Tim_23
11.08.2016 23:05Получается, Хруничев, по их заявлением всех уделал по унификации, где якобы модули боковух, центрального Блока и одиночной ракеты А-1.2 практически не отличаются, кроме переходных отсеков и мест под узлы крепления, хотя верится в это с трудом) Ну либо они пожертвовали эффективностью А1.2 и боковух)
А я все думал, что Дельта 4 это хоть и дорогой, но пример унификации, оказывается вот оно как.Jeffryxon
11.08.2016 23:16+1Получается, Хруничев, по их заявлением всех уделал по унификации
Сложно сказать, может и так. У SX их стремление к повторному использованию не только (потенциально) снижает стоимость запуска, но и вообще по производственным и экономическим принципам ставит несколько в стороне от остальной ракетной промышленности.
Например, для Хруничева может быть действительно выгоднее лепить такую сложную конструкцию из одноразовых блоков, если они смогут значительно сэкономить за счёт их крупносерийного производства. SX же преследует снижение стоимости в равной степени изготовления и использования, в том числе повторного, своей техники. Возможно, серийно произвести три мелких блока Falcon Heavy дешевле, чем одну гипотетическую ракету втрое большего размера, но использовать и использовать повторно их будет дороже. То же с BFR. Если бы она, как SLS, была исключительно одноразовой, самым экономически верным подходом было бы ограничиться минимально возможным размером, покрывающим требования к ПН. Но поскольку она будет полностью повторно использоваться, стоимость запуска важнее стоимости изготовления. Поэтому есть повод сделать её значительно больше и иметь возможность возврата на стартовый комплекс, так как с такими размерами с баржами уже не поиграешься.
Silverado
12.08.2016 11:09Насколько я помню, в варианте А5 боковушки приходится недозаправлять для максимизации ПН. Потому да, они пожертвовали эффективностью.
Такая схема хороша с перекачкой топлива в ЦБ, но это дорого и сложно.
Valerij56
11.08.2016 21:20Ну, технология посадки первой ступени уже отработана, первая ступень БФР будет более приземистой, да и регулировка тяги двигателя позволит ступени зависнуть.
А вот делать первую ступень БФР из десятка ядер Фалкона-9 не комильфо.
rroyter
11.08.2016 23:28+3В ответах этой ветки привели хорошие доводы, но не упомянули главного. СпейсЭксу нужен метановый движок, потому что топливо и окислитель для него можно будет добыть несложным методом на Марсе. Без этого скорее всего невозможно будет развить колонию, т.к. топлива на полет назад нужно дофига и везти его с Земли крайне накладно.
А под новый движок, и требуемые т.т.х нужна и новая ракета.Valerij56
12.08.2016 04:04+1Тут еще случайно так выяснилось в нулевые, что метан/кислород очень перспективная топливная пара для многоразовых двигателей, даже для тех, которые никогда не будут на Марсе.
lingvo
Напомнило статью: ПОЖАР В РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ: ПОЛЕТ ПРОТЕКАЕТ НОРМАЛЬНО
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1993/6/rd-170.html
Не тот ли самый принцип?