SpaceX Raptor (Раптор) — криогенный метановый ракетный двигатель, разрабатываемый SpaceX. Он предназначен для установки на нижние и верхние ступени будущих сверхтяжелых РН SpaceX, предназначенных для межпланетных перелётов. Этот двигатель работает на жидких метане и кислороде (LOX), а не на керосине RP-1 и жидком кислороде, как в предыдущих РН компании Falcon 9, и их двигателях Merlin-1C и 1D. Ранние концепции для Раптора использовали в качестве топлива жидкий водород (LH2), а не метан.
Этот двигатель, пожалуй, можно назвать важнейшей составляющей представленной Илоном Маском концепции Interplanetary Transport System (ITS), направленной на покорение Марса.
Нужно понимать, что в виду сложности системы, для того, чтобы начать разработку нового ракетного двигателя, необходимо поставить цель, ранее никем не достигнутую. Так, знаменитый советский РД-170 разработали специально для сверхтяжелой ракеты «Энергия», а американский RS-25 - для «Спейс шаттла». Все это вместе было частью космического противостояния сверхдержав.
По аналогии с уже упомянутыми изделиями «Раптор» тоже создается для конкретных задач. Иногда двигатель упоминают в контексте созданной SpaceX ракеты Falcon 9, имеющей многоразовую первую ступень. Это объясняется тем, что в 2016 году компания заключила с ВВС США контракт на сумму 33,6 млн. долларов на разработку прототипа варианта двигателя «Раптор», который предназначен для применения на верхней ступени ракет Falcon 9 и перспективной Falcon Heavy. Вообще же, на этих ракетах применили современные двигатели Merlin 1D+ и Merlin 1D+ Vacuum, созданные всё той же SpaceX.
«Раптор» является, как и написано в начале статьи, частью масштабного проекта Маска под названием ITS — Interplanetary Transport System. Это, без сомнения, самая амбициозная программа в истории компании SpaceX. В рамках неё предполагается создать гигантскую многоразовую ракету-носитель с диаметром корпуса 12 метров и выводимый ею на орбиту огромный пилотируемый космический корабль с диаметром корпуса 17 метров. Третья важная составляющая — внешне похожий на сам корабль космический аппарат-заправщик.
50-метровый корабль Маска будет выглядеть гигантом на фоне вообще всех космических кораблей, существовавших когда-либо. На нем хотят установить целых девять маршевых двигателей Raptor. Но на самой ракете-носителе планируют установить 42 «Раптора». Ни одна ракета в истории, будь то американская «Сатурн-5» или советская Н-1, даже близко не сравнится по возможностям с предполагаемым творением Маска.
Одной из интересных особенностей данного РД является выбор топлива. Двигатель работает на жидком метане и жидком кислороде. Это дает сразу несколько преимуществ. Пара жидкий метан/жидкий кислород имеет достаточно высокую плотность, что не потребует существенного увеличения баков при необходимости дополнительного запаса топлива. Ранее инженеры SpaceX также рассматривали вариант, при котором бы использовался не метан, а жидкий водород. Но последний более агрессивен по отношению к используемым в ракетостроении материалам, поэтому от этой идеи отказались.
Применение на двигателе «Раптор» выбранной пары позволит снизить количество образующейся в двигателях сажи, что уменьшит затраты на предстартовую подготовку ракеты и в целом повысит надёжность двигателей. Наконец, метан является доступным и относительно дешевым топливом, которое можно добывать прямо на Марсе, что критично важно в рамках проекта колонизации Марса, который предложил Маск.
У двигателя Raptor будет еще одно важное преимущество, не считая удачно выбранной «метановой» схемы. «Раптор» станет первым в мире запускаемым в полномасштабное производство жидкостным ракетным двигателем с полнопоточным закрытым циклом.
Закрытый цикл применили, в частности, на двигателях «Спейс шаттла» RS-25, а также в ряде отечественных двигателей, в частности РД-180. Но использованный на «Рапторе» полнопоточный закрытый цикл вплоть до настоящего времени виделся инженерам чем-то вроде «недостижимого идеала».
В качестве пояснения. У ракетного двигателя с замкнутой схемой один из компонентов газифицируется в газогенераторе путем сжигания при невысокой температуре с небольшой частью другого компонента. Получаемый в итоге горячий газ используется в качестве рабочего тела турбины турбонасосного агрегата. Сработавший на турбине генераторный газ в конечном итоге попадает в камеру сгорания двигателя, куда также подается оставшаяся часть неиспользованного компонента топлива. В камере сгорания завершается сжигание компонентов и создается реактивная тяга.
В случае с полнопоточным ступенчатым циклом сгорания происходит газификация всего топлива в двух газогенераторах. В одном из них незначительная часть горючего сжигается с практически полным расходом окислителя, а в другом — почти полный расход горючего сжигается с оставшейся частью окислителя. Жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов имеет более высокий, в сравнении с другими схемами, удельный импульс, обладает большей надежностью и лучшими показателями пожароопасности.
Собственно, ничего откровенно революционного в этой концепции нет. Выбранную схему применяли на советском двигателе РД-270, который создали еще в 60-е. Правда, он в качестве топлива использовал токсичный и весьма нелюбимый экологами гептил. Проект этого двигателя закрыли вместе со сворачиванием проекта советской «лунной» ракеты УР-700, для которой он, собственно, и предназначался.
__________
Ссылка на канал в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.
Мы также начали работать над каналом в YouTube. Пока вы можете посмотреть лекции и просто интересные видео, которые мы выкладываем, а любые пожелания и предложения можете высылать на почту science.kitchen@yandex.ru.
С уважением, Д.
