Jak pokračuje vývoj a testování tří různých variant raketového motoru Raptor?

Vývoj Starship pokračuje na několika frontách najednou. Kromě výroby a testování prototypů kosmické lodi (exemplář SN9 by mohl letět už začátkem ledna) se připravuje také první nosná raketa Super Heavy a zároveň probíhá vývoj několika variant motorů Raptor. A právě na tuto část celé mašinérie se dnes zaměříme. Elon Musk se v posledních týdnech podělil o pár novinek a zajímavostí ohledně toho, jak pokračuje testování Raptorů a jaké má SpaceX plány ohledně jednotlivých variant tohoto metanového motoru.

Opravená Starship SN9 na rampě před zahájením testování (Foto: Austin Barnard)

První Raptor v plné velikosti (SN1) SpaceX otestovalo v únoru 2019 ve svém areálu v McGregoru v Texasu. Motory od té doby prošly radikálními změnami a mnoha optimalizacemi pro usnadnění výroby a zvýšení výkonu. Díky tomu mají novější vyrobené exempláře nižší hmotnost, vyšší tah a vyšší specifický impuls. Zároveň se neustále zrychluje rychlost výroby Raptorů. Do dubna 2020 bylo dokončeno celkem 26 motorů, v červnu 2020 SpaceX vyrobilo 30. Raptor, v srpnu 2020 se chystalo testování 40. exempláře a v říjnu 2020 byl vyroben 50. kus. Web NASA Spaceflight pak před Vánoci odhadoval, že SpaceX už nejspíš testuje motor SN60 či ještě novější. To by nebylo překvapivé, neboť prototyp Starship SN9 je už osazen Raptorem SN49 (čísla zbylých dvou motorů zatím neznáme). SpaceX ve výrobě Raptorů využívá také 3D tisk a podle Elona Muska je jeho firma v tomto ohledu zhruba o 2–3 roky napřed ve srovnání s ostatními společnostmi.

Jak vlastně funguje motor Raptor, ukazuje animace níže. Objevila se také neoficiální animace kyslíkového turbočerpadla, na kterou Elon Musk reagoval tím, že animace prý zhruba odpovídá realitě. Dodal, že turbočerpadla v raketových motorech, jsou neskutečně obtížná (obzvlášť ta operující s nadbytkem kyslíku). Podle něj jde z hlediska mechaniky/tekutin/spalování o vůbec nejobtížnější problém, který existuje.

A jak pokračuje testování Raptorů v McGregoru? Na stránkách SpaceX bylo na začátku prosince dočasně uvedeno, že firma jen letos provedla 330 testovacích zážehů motorů Raptor v celkové délce 16 tisíc sekund. Do tohoto čísla byly započítány i statické zážehy a zkušební lety Starhopperu a protototypů Starship SN5 a SN6. Cílem vývoje Raptoru je dosáhnout co nejvyššího výkonu, levné výroby, snadné znovupoužitelnosti a vysoké spolehlivosti. Jednou z vytyčených met například je, aby Raptor dokázal spolehlivě fungovat s tlakem 300 barů v hlavní spalovací komoře (ruský motor RD-180 je světový rekordman s tlakem 267 barů).

Už dříve jsme informovali o tom, že Raptor letos v srpnu krátkodobě dosáhl rekordního tlaku 330 barů, ale klíčové je, aby motor dokázal fungovat pod vysokým tlakem mnoho minut, aniž by se poškodil. Elon Musk na konci října prozradil, že už proběhl test, během kterého fungoval Raptor s tlakem 300 barů po dobu 90 sekund, načež se motor začal tavit. Na základě těchto výsledků Musk věří, že by mělo být možné dosáhnout operačního tahu 210 metrických tun (2,05 MN) bez velkých změn konstrukce motoru.

Vertikální test motoru Raptor SN18 v McGregoru (Foto: SpaceX)

Raptory, které letěly na prototypu Starship SN8, by podle Muska nejspíš také zvládly provoz s tlakem 300 barů, ale bylo by to prý riskantní a u těchto testovacích letů nemělo smysl tolik tlačit na pilu. Musk navíc uvedl, že i tak byly Raptory pro let SN8 příliš silné a musely být přiškrceny na maximum a postupně vypínány, aby loď nevyletěla moc vysoko a zároveň se omezilo aerodynamické namáhání. Každopádně Musk si je jistý, že Raptory použité pro orbitální lety už budou provozovány s tlakem 300 barů.

Prototyp Starship SN8 s třemi motory Raptor (Zdroj: Elon Musk)

Zatím jsme se bavili o standardním Raptoru, který známe ze současných prototypů Starship. Jedná se o variantu určenou pro fungování v atmosféře, která je schopná regulace a vektorizace tahu kvůli přistávacímu manévru kosmické lodi nebo nosné rakety. Zároveň ale SpaceX připravuje zjednodušenou variantu atmosférického Raptoru, která najde uplatnění na nosné raketě Super Heavy. Z dřívějška víme, že tato verze nebude schopná regulace ani vektorizace tahu, ale zato bude mít vyšší tah. Elon Musk nedávno upřesnil, že tato varianta je označována „R-Boost“ a cílem je, aby motor měl tah 300 tun s tlakem 300 barů v komoře. Motor bude mít stejně velkou trysku jako standardní Raptor, ale bude prý potřebovat větší čerpadla. Každá raketa Super Heavy by pak měla mít přibližně 20 motorů R-Boost.

Neoficiální znázornění potenciální podoby Super Heavy s 28 Raptory. Motory R-Boost jsou k vidění po obvodu. (Autor: Neopork)

Poslední vyvíjenou variantou je Raptor optimalizovaný pro fungování ve vakuu. Ten bude mít tah 220 tun a specifický impuls ve výši minimálně 372 sekund. Vakuové Raptory mají oproti atmosférické variantě výrazně větší trysku s průměrem kolem 2,8 metru a nebudou schopny vektorizace tahu, protože budou napevno připojeny k trupu lodi. První exemplář vakuové varianty byl vyroben na začátku září a SpaceX pak 25. září zveřejnilo video z testovacího zážehu v plném trvání.

Zajímavostí je, že tento motor je schopen zážehu v atmosféře, aniž by to vedlo ke zničení expanzní trysky (na rozdíl od vakuového Merlinu, který je na zemi testován bez připojené trysky). Elon Musk nově prozradil, že vakuový Raptor má expanzní poměr 107 a testovací zážeh v atmosféře nevedl k žádným problémům kromě menšího odtržení proudu spalin na konci trysky („flow separation“). Poměr plochy hrdla a ústí trysky (area ratio) by pak podle Muska asi mohl být ještě zvýšen vzhledem k tomu, že byl demonstrován provoz motoru s tlakem 330 barů. Trysku však nelze zvětšovat donekonečna, protože by se pak motory nevešly na raketu. Elon Musk zároveň stále doufá, že se u vakuového Raptoru podaří dosáhnout specifického impulsu 380 sekund.

První vyrobený vakuový Raptor (vpravo) a srovnání velikosti s atmosférickou variantou (Foto: SpaceX)

Vývoj a testování Raptoru tedy zřejmě pokračuje dobře, i když se to neobešlo bez výbuchů (obzvlášť v začátcích). Elon Musk v souvislosti s tím slíbil, že až Starship párkrát doletí na orbitu, SpaceX zveřejní sestřih z různých selhání během testování Raptorů. Podobně v minulosti vznikl sestřih neúspěšných přistání prvních stupňů raket Falcon.




Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
36 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře