Starship stał się największą i najpotężniejszą rakietą, jaka kiedykolwiek poleciała w kosmos. SpaceX zaprojektowało Starshipa, aby obniżyć koszty wynoszenia dużych ładunków i wielu pasażerów w przestrzeń kosmiczną. Niskie koszty mają być osiągnięte dzięki możliwości szybkiego, wielokrotnego użycia obu stopni rakiety. Nie byłoby to jednak możliwe bez nowoczesnych silników rakietowych Raptor o których mowa w dzisiejszej publikacji.
Czym są silniki Raptor?
Raptor to rodzina silników rakietowych opracowanych i produkowanych przez SpaceX. Raptor jest trzecim silnikiem rakietowym w historii zaprojektowanym z układem pełnego przepływu z etapowym spalaniem (FFSC) oraz pierwszym, który napędza pojazd w trakcie lotu. Silnik zasilany jest kriogenicznymi ciekłym metanem i ciekłym tlenem w proporcjach 78% O2 i 22% CH4.
Rakieta Starship o super ciężkim udźwigu od SpaceX wykorzystuje silniki Raptor zarówno w swoim boosterze Super Heavy, jak i w drugim stopniu Starship. Misje Starship obejmują wynoszenie ładunków na orbitę Ziemi, a także planowane są wyprawy na Księżyc i Marsa. Silniki są projektowane z myślą o ponownym użyciu przy minimalnych pracach serwisowych.
Silnik Raptor – budowa
Raptor został zaprojektowany z myślą o ekstremalnej niezawodności, mając na celu spełnienie wymagań bezpieczeństwa na poziomie linii lotniczych, które są niezbędne na rynku transportu punkt-do-punktu na Ziemi.
Raptor jest zasilany schłodzonym ciekłym metanem i schłodzonym ciekłym tlenem w cyklu pełnego przepływu spalania stopniowego (FFSC). FFSC to układ spalania stopniowego z podwójnym wałem, który wykorzystuje zarówno przedładowarki bogate w utleniacz, jak i te bogate w paliwo. Cykl ten umożliwia pełny przepływ obu paliw przez turbiny bez wyrzucania nie spalonego paliwa.
FFSC różni się od bardziej powszechnego systemu otwartego cyklu generatora gazu i paliw LOX/nafta używanego przez jego poprzednika Merlin. Przed Raptorem, żaden FFSC nie był używany w rzeczywistym locie. Silniki RS-25 (pierwszy raz używane na wahadłowcu kosmicznym) wykorzystywały prostszy rodzaj cyklu spalania stopniowego. Kilka rosyjskich silników rakietowych, w tym RD-180 i RD-191, również to robiło.
Turbinę tlenową napędza turbopompa tlenowa, a turbinę metanową napędza turbopompa metanowa. Zarówno strumienie utleniacza, jak i paliwa są całkowicie przekształcane w fazę gazową przed wejściem do komory spalania. To przyspiesza mieszanie i spalanie, zmniejszając rozmiar i masę wymaganej komory spalania.
Zapłon silnika w Raptor Vacuum jest realizowany przez zapalniki płomieniowe uruchamiane przez podwójnie redundantne świece zapłonowe, co eliminuje konieczność zastosowania specjalnego, jednorazowego płynu zapłonowego w Merlinie. Raptor 2 używa wtryskiwaczy wirujących współosiowych do wprowadzania paliw do komory spalania, zamiast wtryskiwaczy typu pintle używanych w Merlinie.
Silnik Raptor – dane techniczne
| Specyfikacja | Szczegóły |
|---|---|
| Paliwo napędowe | LOX / CH4 |
| Proporcje | 3,6 (78% O2, 22% CH4) |
| Spalanie | FFSC (Full-flow staged combustion) |
| Zasilanie | 2 turbopompy |
| Proporcje otwarcia dyszy napędowej | 34,34 (poziom morza), 80 (próżnia) |
| Moc silników | Raptor 1: 185 tf (1.81 MN; 408,000 lbf) Raptor 2: 230 tf (2.26 MN; 507,000 lbf) (sea-level) 258 tf (2.53 MN; 569,000 lbf) (vacuum) Raptor 3: 280 tf (2.75 MN; 617,000 lbf) |
| Zakres ciągu | 40–100% |
| Proporcje ciągu do masy | Raptor 1: 88.94 Raptor 2: 141.1 Raptor 3: 183.6 |
| Ciśnienie w komorze | 350 bar (5,100 psi) |
| Impuls właściwy (próżnia) | 380 s (3,7 km/s) |
| Impuls właściwy (poziom morza) | 327 s (3,21 km/s) |
| Przepływ paliwa | ~650 kg/s (1,400 lb/s): ~510 kg/s (1,100 lb/s), O2 ~140 kg/s (310 lb/s), CH4 |
| Wysokość | 3,1 m (10 ft) |
| Średnica | 1,3 m (4 ft 3 in) |
| Masa netto | Raptor 1: 2,080 kg (4,590 lb) Raptor 2: 1,630 kg (3,590 lb) Raptor 3: 1,525 kg (3,362 lb) |