Motory SpaceX: Merlin, SuperDraco, Raptor a další

SpaceX za 15 let své existence vyvinulo řadu různých motorů a další momentálně vyvíjí. Znáte je všechny? Věděli jste, že existoval i jakýsi Kestrel? A čím se vlastně jednotlivé motory liší a k čemu se používají? Jaký je rozdíl mezi Dracem a SuperDracem? A jak se to má se zmenšenou verzí Raptoru pro druhý stupeň Falconu 9?

Merlin

Detail motoru Merlin 1D (Foto: SpaceX)

Merlin je raketový motor s otevřeným cyklem spalující RP-1 (vysoce rafinovaný letecký petrolej) a kapalný kyslík. Pro SpaceX je dost možná nejdůležitějším motorem, neboť pohání jejich rakety od samého začátku – od Falconu 1 přes současný Falcon 9 až po Falcon Heavy. SpaceX vyrábí až několik set těchto motorů ročně a proto je také největším výrobcem raketových motorů na světě. Merlin prošel v průběhu let mnoha změnami a existuje několik různých variant, které se výrazně liší. Momentálně firma používá motory Merlin 1D (na obrázku) na prvním stupni Falconu 9 a variantu 1D-Vacuum na druhém stupni (jedná se upravenou verzi motoru optimalizovanou pro fungování ve vakuu).

Merlin 1D má nejlepší poměr tahu a hmotnosti (TWR – Thrust-to-weight ratio) ze všech raketových motorů na světě. Váží 470 kg a má tah 845 kN na hladině moře. Tato hodnota navíc bude zanedlouho ještě o pár procent navýšena, neboť se zjistilo, že motor je schopen ještě vyššího tahu, než který byl doposud považován za maximální. Velkou výhodou Merlinu je jeho restartovatelnost (lze jej po zažehnutí snadno vypnout a poté znovu zažehnout), díky čemuž je možné před startem provádět testovací zážehy a zároveň to také umožňuje přistání prvního stupně rakety, které vyžaduje několik zážehů motorů. Další výhodou je regenerativní chlazení, díky kterému je motor snadno znovupoužitelný. Princip regenerativního chlazení spočívá v tom, že velmi studené palivo před spálením v komoře nejdříve prochází kanálky ve stěnách expanzní trysky motoru a tím ji průběžně ochlazuje. Jak to funguje si můžete prohlédnout v tomto animovaném diagramu od Financial Times.

O jednotlivých variantách jen stručně:

  • Merlin 1A – První verze motoru, která letěla na úvodních dvou startech Falconu 1. Motor tehdy ještě disponoval ablativním chlazením (měl na sobě materiál, který se při zahřívání odlupoval či odpařoval, čímž danou část motoru ochlazoval).
  • Merlin 1B – Varianta s vylepšenou turbínou a novým turbočerpadlem. Původně měl být tento motor použit na Falconu 9, ale nakonec nikdy neletěl, neboť byl rovnou nahrazen variantou 1C.
  • Merlin 1C – Vylepšená varianta, která už disponovala regenerativním chlazením. Poprvé byl použit při třetím letu Falconu 1 a později také na Falconu 9. Existuje také vakuová varianta tohoto motoru.
  • Merlin 1D – Nejmodernější varianta, která poprvé letěla v roce 2013 a používá se dodnes. Novou vlastností byla schopnost regulovat tah motoru až na 70 % (a později dokonce 40 %) maxima. To se hodí obzvlášť při přistávání prvního stupně. Další vylepšení vedly ke zvýšení výkonu a spolehlivosti a snížení náročnosti výroby. Budoucí verze, která by měla mít zvýšený tah o dalších zhruba 8 % se někdy označuje jako Merlin 1D+.

Kestrel

Pravděpodobně nejméně známý motor z portfolia SpaceX. Jednalo se o jednoduchý motor spalující RP-1 a kapalný kyslík. Používal se jako pohon druhého stupně rakety Falcon 1. Byl v mnoha ohledech podobný Merlinu, ale nedisponoval turbočerpadlem. Motor měl tah 31 kN ve vakuu a vážil pouhých 52 kg. SpaceX původně plánovalo vylepšenou variantu zvanou Kestrel 2, ale jelikož Falcon 1 byl kompletně nahrazen Falconem 9, který pro pohon druhého stupně využíval vakuovou verzi Merlinu, malý Kestrel už nebyl potřeba.

Draco

Doposud jsme mluvili o hlavních motorech, které pohání celou raketu, ale SpaceX také vyrábí menší motory sloužící pro precizní manévrování či stabilizaci trajektorie. Takovým motorem je Draco, který se v současnosti používá na kosmické lodi Dragon pro manévrování na orbitě a také finální deorbitaci. Spaluje oxid dusičitý a monomethylhydrazin a má tah pouhých 400 N. Dragon disponuje rovnou osmnácti motory Draco, které zajišťují kontrolu nad plavidlem ve všech osách. Motory Draco se dříve také používaly na druhém stupni Falconu 9 v1.0, ale pozdější raketové varianty přešly na jednoduché trysky se stlačeným dusíkem.

SuperDraco

Detail dvojice motorů SuperDraco. Výrobní proces hodně využívá technologií tzv. 3D tisku. (Foto: SpaceX)

V roce 2012 SpaceX dokončilo vývoj nového motoru pojmenovaného SuperDraco, který je v mnoha ohledech podobný svému menšímu bratříčkovi, ale je o dost silnější. Stejně jako Draco spaluje oxid dusičitý a monomethylhydrazin a je restartovatelný. Zatímco však Draco má tah 400 N ve vakuu, SuperDraco se pyšní tahem 73 kN na hladině moře. Je tedy zhruba 200krát silnější než Draco a dokonce více než dvakrát silnější než Kestrel.

Motory SuperDraco byly navrženy pro použití na nové generaci lodi Dragon, kde budou mít dvojí účel. Jednak budou sloužit jako únikový systém, který v případě nehody na rampě či během letu odnese loď s posádkou do bezpečí (SuperDraco dosáhne plného výkonu pouhých 100 milisekund po zažehnutí!) a zároveň je možné tyto silné motory použít pro přistání Dragonu na pevnině. Výkon motoru je dobře regulovatelný až na hodnotu 20 % maximálního tahu, což je pro přistání velmi užitečné. Loď bude disponovat osmi motory SuperDraco, ale pro přistání jsou potřeba jen čtyři, takže i v případě selhání některého z nich lze bezpečně přistát.

Zajímavostí je, že tento motor je kompletně vyráběn pomocí tzv. 3D tisku – například spalovací komora je vyráběna metodou laserového spékání kovu, konkrétně ze slitiny niklu a železa (Inconel). Díky 3D tisku je motor lehčí a odolnější a je možné jej vyrobit rychleji a levněji ve srovnání s běžným odléváním. Některé tvary potřebné pro tento motor navíc běžnými metodami ani vyrobit nelze.


Test únikového systému Dragonu s motory SuperDraco:


Test motorů SuperDraco na vývojové variantě Dragonu:

Raptor

Test motoru Raptor v srpnu 2016 v McGregoru (Foto: SpaceX)

Nyní se podívejme do (nedaleké) budoucnosti. Jak jistě víte, hlavním cílem SpaceX je umožnit kolonizaci Marsu. Interplanetary Transport System (ITS) je soubor zařízení a technologií, jejichž prostřednictvím toho chce SpaceX dosáhnout. Hlavní částí této architektury je samozřejmě raketa a kosmická loď, které musí pohánět nějaký motor. A právě tímto motorem je Raptor, na jehož vývoji SpaceX pracuje už několik let.

Bude to motor s uzavřeným cyklem, který bude spalovat metan a kapalný kyslík. Metan jako palivo má několik výhod – hoří čistěji než petrolej, takže dochází k menšímu zanášení motorů usazeninami, což napomáhá snadné znovupoužitelnosti, je levný a navíc se dá vyrábět na Marsu. Raptor bude dosud nejsilnějším motorem SpaceX – měl by mít více než trojnásobný tah oproti Merlinu 1D (kolem 3 MN). První stupeň ITS bude používat neuvěřitelných 42 Raptorů (nechvalně proslulá sovětská raketa N1 měla „jen“ 30 motorů) a loď/tanker bude disponovat 9 Raptory. Vývojová verze tohoto motoru o třetinové velikosti byla v létě 2016 testována v McGregoru.

SpaceX navíc vyvíjí zmenšenou verzi Raptoru pro potenciální použití v druhém stupni Falconu 9. Na tento vývoj dostala grant od amerického letectva. Společnost však není povinna výsledný motor použít. Spekuluje se tedy, že SpaceX tento dotovaný vývoj využije spíše jen pro získání dalších dat a zkušeností potřebných pro vývoj normálního Raptoru.

Interplanetary Transport System:

Tip: Pokud vás zajímá obecný princip fungování různých typů motorů, můžete si přečíst článek Raketové motory – snadno a přehledně na Kosmonautix.cz.

Zde na webu navíc najdete další podobné encyklopedické články o různých tématech, například:


Líbí se vám takovéto články? Chodíte na ElonX rádi a chtěli byste, aby web zůstal bez reklam a autor mohl nadále vydávat kvalitní obsah? Vyjádřete svou podporu a spokojenost pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už web podpořili. Děkuji za přízeň!




  • Mohlo by se vám líbit...

    Diskuze

    18 komentáře u "Motory SpaceX: Merlin, SuperDraco, Raptor a další"

    Nastavit upozorňování na
    avatar
    Třídit dle:   nejnovější | nejstarší | nejlépe hodnocené
    Roman
    Host
    Roman

    Ahoj. Proč Spacex používá raději několik menších motorů než jeden velký? Cenově to asi nemůže vycházet lépe. Nebo už je náročnost výroby u velkých motorů násobně dražší? Dík Roman

    tvoj papko
    Host
    tvoj papko

    Nesouvisí to i se spolehlivostí? Když máš devět motorů a dva vysaděj, pořád letíš. Když bude samotnej, tak ne.

    Adam B.
    Host
    Adam B.

    Výhodou je, že i při selhání jednoho motoru z devíti může raketa splnit alespoň primární úkol, což se přesně stalo u crs-1.

    Adam B.
    Host
    Adam B.

    Pozdě

    Tom
    Host
    Tom

    Kvôli bezpečnosti, ked sa za let pokazí jeden veľký tak je raketa mimo,ale Elon povedal, že na Falcone sa môžu pokaziť aj 3 a stáe ude schopná pokračovať v lete..

    walkeer
    Host
    walkeer

    dobra otazka. duvodu je hned nekolik: jednoduzsi vyroba mensich motoru, zejmena moznost pouzit stavajici zarizeni a obrabeci stroje, protoze velikost je podobna jako merlin a dale lepsi pomer tahu k vaze u malych motoru. rekordni pomer tahu k vaze u merlinu prave souvisi s jeho velikosti. a v neposledni rade tipuji ze je snazsi udelat mensi motor s vysokym tlakem ve spalovaci komore (300 baru u raptoru je svetovy rekord), protoze male veci jsou pevnejsi nez velke

    Emmette
    Host
    Emmette

    Super clanek. Moc me bavil, diky bohu za vybrany styl popisu. Bylo to svezi a nebylo k tomu potreba vysokou abych vse krasne pochopil 😀 diky!

    Marian
    Host
    Marian

    Píšete že se merlinů vyrábí několik stovek ročně… to mají mají všechny pro vlastní potřebu nebo je i prodávají jiným firmám?

    kuba
    Host
    kuba

    Jak vypadají ty trysky na změnu sklonu druhého stupně a proč se používá dusík a ne jiny plyn ?

    Děkují

    Tomáš Králik
    Host
    Tomáš Králik

    První stupeň ITS bude používat 42 Raptorů jeden kolem 3 MN. 42 Raptorů x 3MN = 126 MN a kua

    wpDiscuz