Що собою являє двигун Raptor Ілона Маска

Що ж він собою являє та чим краще існуючих аналогів?

Найгучніший проект

Будь-який ракетний двигун є частиною певної програми, яка має, в свою чергу, цілком певні цілі. Так, знаменитий радянський РД-170 розробили спеціально для надважкої ракети «Енергія», а американський RS-25 — для «Спейс шаттлу». Все це було частиною космічного протистояння наддержав.

За аналогією з уже згаданими виробами «Раптор» теж створюється для цілком певних завдань. Іноді двигун згадують у контексті створеної SpaceX ракети Falcon 9, яка має багаторазову першу сходинку. Це неспроста. У 2016 році компанія уклала з ВПС США контракт на суму 33,6 млн доларів на розробку прототипу варіанта двигуна «Раптор», який призначений для застосування на верхньому ступені ракети Falcon 9 і перспективною Falcon Heavy. Взагалі ж, на цих ракетах застосували сучасні двигуни Merlin 1D+ і Merlin 1D+ Vacuum, створені, до речі, теж в надрах SpaceX. Так що «Фелкони» можуть літати і без «Раптора», спокійно виконуючи поставлені перед ними завдання.

Концепція «Раптора» родом з іншої опери. Він є частиною масштабного проекту Маска під назвою Interplanetary Transport System. Це, без сумніву, сама амбітна програма в історії компанії SpaceX. В рамках неї хочуть створити гігантську багаторазову ракету-носій з діаметром корпусу 12 метрів і виведений нею на орбіту величезний пілотований космічний корабель з діаметром корпусу 17 метрів. Третя важлива складова — зовні схожий на сам корабель космічний апарат-заправник. Передбачається, що місткість пілотованого космічного корабля складе приблизно 100 осіб. Для порівняння, максимальний екіпаж «Спейс шаттлу» становив вісім осіб. А «Союз» вміщує до трьох осіб, причому відчувають вони себе на борту, м'яко скажемо, затісно.

Космічний корабель системи Interplanetary Transport System.

50-метровий корабель Маска буде виглядати гігантом на тлі взагалі всіх космічних кораблів, що існували коли-небудь. На ньому хочуть встановити цілих дев'ять маршових двигунів Raptor. Але це ще квіточки, адже на самій ракеті-носії планують встановити 42 (!) «Раптора». Жодна ракета в історії, будь то американська «Сатурн-5» або світська Н-1, навіть близько не зрівняється по можливостям з творінням Маска.

Запуск Interplanetary Transport System.

Чому Raptor?

І тут виникає цілком закономірне питання: чому ж Маск вибрав інструментом для виконання таких складних завдань «Раптор»? Першим цікавим рішенням став вибір палива. Двигун працює на рідкому метані і рідкому кисні, а не на гасі RP-1 і рідкому кисні, як у випадку з ракетою Falcon 9. Це дає відразу кілька переваг. Пара рідкий метан/рідкий кисень має досить високу щільність, що не вимагає істотного збільшення баків при необхідності додаткового запасу палива. Раніше інженери SpaceX також розглядали варіант, при якому би використовувався не метан, а рідкий водень. Але останній більш агресивний по відношенню до використовуваних в ракетобудуванні матеріалів, тому від цієї ідеї відмовилися.

Порівняно з парою RP-1/рідкий кисень, застосування на двигуні «Раптор» обраної пари дозволить знизити кількість утворюється в двигунах сажі, що зменшить витрати на передстартову підготовку ракети та в цілому підвищить надійність двигунів. Нарешті, метан є доступним і відносно дешевим паливом, яке можна добувати прямо на Марсі, що критично важливо в рамках проекту колонізації Марса, який запропонував Маск.

Двигун "Раптор"

У двигуна Raptor буде ще одна важлива перевага, не рахуючи вдало обраної «метанової» схеми. «Раптор» стане першим у світі запускаються в повномасштабне виробництво рідинним ракетним двигуном з полнопоточним закритим циклом — найефективнішим закритим циклом.

Закритий цикл застосували, зокрема, на двигунах «Спейс шаттлу» RS-25, а також в ряді вітчизняних двигунів, зокрема РД-180. Але використаний на «Рапторе» полнопоточний закритий цикл аж до теперішнього часу бачився інженерам чимось на зразок «недосяжного ідеалу». У всякому разі, якщо говорити про серійних виробах.

RS-25

Це питання варто розглянути більш детально. У ракетного двигуна з замкнутою схемою один з компонентів газифіковане в газогенераторі шляхом спалювання при невисокій температурі з невеликою частиною іншого компонента. Одержуваний в результаті гарячий газ використовується в якості робочого тіла турбіни турбонасосного агрегату. Спрацювавши на турбіні генераторний газ в кінцевому результаті потрапляє в камеру згоряння двигуна, куди також подається частина невикористаної компонента палива. У камері згоряння завершується спалювання компонентів і створюється реактивна тяга.

Рідинний ракетний двигун закритого циклу

У випадку з полнопоточним ступінчастим циклом згоряння відбувається газифікація палива в двох газогенераторах. В одному з них незначна частина пального спалюється з практично повною витратою окислювача, а в іншому — майже повний витрата пального спалюється з рештою окислювача.

Власне, нічого «суперреволюционного» в цій концепції немає. Обрану схему застосовували на радянському двигуні РД-270, який створили ще в 60-є. Правда, він в якості палива використовував токсичний і досить нелюбимий екологами гептил. Проект цього двигуна закрили разом зі згортанням проекту радянської «місячної» ракети УР-700, для якої він, власне, і призначався.

Нарешті, найголовніше, про що не можна не згадати в світлі намірів Маска. Невідомо, як складеться доля Interplanetary Transport System: все-таки в цьому випадку SpaceX замахнулася на щось майже неймовірне. Але от створення Raptor — цілком реальна мета для вже довела свої здібності компанії.

Interplanetary Transport System /

На користь цього свідчать і перші успішні вогневі випробування двигуна, проведені восени минулого року. На жаль, детально характеристики «Раптора» на той момент озвучені не були. Очевидно, попереду нас чекає ознайомлення з багатьма цікавими деталями новинки. Залишається тільки набратися терпіння і чекати.

Випробування двигуна "Raptor"