Das Seattle-Startup Stoke Space hat Pläne zur Entwicklung eines effizienten Raketentriebwerks enthüllt, das den Raptors ähnelt, die das Raumschiff von SpaceX antreiben.
Stoke Space wurde im Oktober 2019 gegründet und sicherte sich seine erste bedeutende Finanzierungsrunde – 9,1 Millionen US-Dollar – vor weniger als zwei Jahren. CEO und Mitbegründer Andy Lapsa sagt, dass das Startup damals nur fünf Mitarbeiter hatte, keinen festen Arbeitsplatz und ein „ödes Feld“ für ein Testgelände. Innerhalb von 18 Monaten hatte Stoke Space dieses leere Feld in ein leeres Feld verwandelt beeindruckende Testanlageführte zahlreiche Komponententests durch und baute sein erstes vollwertiges Raketentriebwerk zusammen – ein exotisches UFO-ähnliches Gerät, wie es noch nie zuvor gesehen wurde.
Außerdem wurden weitere 65 Millionen US-Dollar aufgebracht – genug Mittel, um ernsthaft mit der Entwicklung von a zu beginnen potenziell revolutionär Rakete, die 1,65 Tonnen (~3600 lb) für weniger als eine halbe Million Dollar in die Umlaufbahn bringen kann. Um dieses äußerst ehrgeizige Ziel zu erreichen, hat Stoke Space den noch ehrgeizigeren Schritt unternommen, die erste von ihm entwickelte Rakete vollständig wiederverwendbar zu machen. Gleichzeitig hat das Unternehmen mehrere exotische Technologien in diese Rakete integriert, was in einer überraschenden Ankündigung gipfelt, dass es versuchen wird, einen der schwierigsten Triebwerkstypen zu entwickeln, um die Booster-Stufe dieser Rakete anzutreiben.
Gestufte Verbrennung im Vollstrom
Am Ende eines ausführlichen Interviews und einer Tour mit YouTuber Tim Dodd (The Everyday Astronaut) gab CEO Andy Lapsa bekannt, dass Stoke Space beschlossen hat, für die erste Stufe seiner wiederverwendbaren Rakete einen Vollstrom-Motor mit gestufter Verbrennung (FFSC) zu bauen. FFSC ist die effizienteste Art von Verbrennungszyklus, die für ein chemisches Bitreibstoff-Raketentriebwerk verfügbar ist, aber es ist auch am schwierigsten zu entwickeln.
Im Wesentlichen versucht ein Vollstrommotor, jedes mögliche Quäntchen Leistung aus dem verbrauchten Treibstoff herauszuholen. Die leistungsstärksten und effizientesten chemischen Raketentriebwerke müssen in kurzer Zeit riesige Mengen an Treibstoff verbrauchen, ohne die Trägerrakete zu zerstören, an der sie befestigt sind. Um Druck zu erzeugen und die Pumpen zu drehen, die benötigt werden, um dieses Treibmittel in die Hauptbrennkammer zu leiten, verbrennen Motoren oft eine kleine Menge Treibmittel in einem separaten Gasgenerator oder Vorbrenner. Gasgeneratormotoren entlüften diese Abgase über Bord, was die Effizienz verringert, aber für ein viel einfacheres Design sorgt. Stufenverbrennungsmotoren verwenden Vorbrenner, um Gas zu erzeugen, das Flüssigtreibstoff pumpt, und dieses Abgas wird schließlich in die Hauptbrennkammer eingespritzt.
Die gestufte Vollstromverbrennung zeichnet sich durch zwei getrennte Pumpen und Vorbrenner für Oxidationsmittel und Brennstoff aus. Im Gegensatz zu einfacheren Varianten der gestuften Verbrennung wandeln FFSC-Motoren ihr gesamtes Treibmittel in Gas um, bevor sie es in die Brennkammer einspritzen. Dieses heiße Gas erhöht die Verbrennungswärme und den Druck in der Brennkammer und stellt sicher, dass praktisch der gesamte Treibstoff, der durch das Triebwerk strömt, verbrannt und so effizient wie möglich in Schub umgewandelt wird. FFSC ist aufgrund dieser hohen Temperaturen und Drücke sowie der Notwendigkeit eines sauerstoffreichen Vorbrenners und einer Pumpe außerordentlich schwierig. In einer Umgebung mit hohem Druck und heißem Sauerstoff verbrennt praktisch alles Vorstellbare spontan.
Die Raptor-Engine von SpaceX.
Ein statisches Feuer mit einem einzelnen Raptor.
Die Basis mit 33 Triebwerken der ersten Stufe von Starship.
Stokes vollständig wiederverwendbare Rakete.
Der Booster scheint sieben FFSC-Triebwerke zu haben.
Die Oberstufe hat einen einzigen Motor mit 30 Brennkammern.
Nur komplexe kundenspezifische Legierungen können diese Bedingungen überstehen. Das Raptor-Triebwerk von SpaceX, das einzige FFSC-Triebwerk, das jemals geflogen ist, ist besonders schwierig, da es in hohem Maße wiederverwendbar sein soll. Um erfolgreich zu sein, muss Raptor diese Bedingungen Dutzende oder sogar Hunderte Male hintereinander mit wenig bis gar keiner Wartung dazwischen überstehen.
Das erste Booster-Triebwerk, das Stoke Space jemals zu bauen versucht, wird ein wiederverwendbarer Vollstrom-Verbrennungsmotor sein, der mit flüssigem Methan und flüssigem Sauerstoff betrieben wird – im Wesentlichen eine kleinere Version des Raptor von SpaceX. Der Booster von Stoke ist ansonsten bekannt und verfügt über ausfahrbare Landebeine wie die Falcon-Booster von SpaceX. Lapsa sagt, dass es wahrscheinlich auch Gitterflossen haben wird.
Oberstufe wiederverwenden
In vielerlei Hinsicht ist die Oberstufe von Stokes erster Rakete sogar noch ehrgeiziger. Angetrieben von Wasserstoff und Sauerstoff als Treibmittel hat Stoke eine konische, kapselartige Oberstufe mit integrierter Verkleidung entworfen. Der Antrieb der Oberstufe ist höchst exotisch. Eine große Pumpe versorgt bis zu 30 Brennkammern, die am Rand des Hitzeschildes verteilt sind, mit Treibstoff. Das aus diesen 30 Kammern kommende Abgas dehnt sich aus und drückt teilweise gegen den ebenso exotischen metallischen, flüssigkeitsgekühlten Hitzeschild der oberen Stufe. Diese Ausdehnung gegen den Hitzeschild verbessert die Effizienz der Oberstufe und bedeutet, dass ihr Motor technisch gesehen ein Aerospike sein wird.
Die Oberstufe bereitet den Wiedereintritt vor.
Die obere Stufe trennt sich vom Booster.
Ein Rendering des Hitzeschildes der oberen Stufe.
Die Oberstufe setzt auf.
Individuelle Stoke-Triebwerke.
Ein statisches Feuer mit 15 Kammern.
Ein Prototyp des Hitzeschilds und des Triebwerks der Oberstufe.
Ein Prototyp der Oberstufentanks. (Alltags-Astronaut)
Stoke hat bereits damit begonnen, eine maßstabsgetreue Version des UFO-ähnlichen Raketentriebwerks der Oberstufe mit 15 Brennkammern zu testen. Seit Beginn der Tests in der zweiten Hälfte des Jahres 2022 hat Stoke Dutzende von statischen Bränden durchgeführt. Die tägliche Tour des Astronauten zeigte auch, dass das Startup erhebliche Fortschritte bei der Herstellung und Montage seines ersten Prototyps der Oberstufe in Originalgröße gemacht hat – Tanks, Nasenkegel, Hitzeschild, Motor und alles.
In Anlehnung an die Grasshopper- und Starhopper-Kampagnen von SpaceX plant Stoke, Hopfentests mit diesem Prototyp durchzuführen, wenn er die Qualifikationstests besteht. Am 7. Februar, Stoke gab auch bekannt, dass es begonnen hat, eine entscheidende Komponente seines Vollstrom-Booster-Motors zu testen. Alles in allem macht Stoke Space Fortschritte in einem bemerkenswerten Tempo und geht weiterhin die schwierigsten Probleme zuerst an. Das Startup hat es auch vermieden, bestimmte Fristen weithin bekannt zu machen, und sich stattdessen dafür entschieden, Hardware und greifbare Ergebnisse für sich selbst sprechen zu lassen. Nur die Zeit wird zeigen, ob sich dieser Ansatz auszahlt, aber Stoke hat einen außergewöhnlich beeindruckenden Start in einer Branche voller beeindruckender Raketen-Startups hingelegt.
Stoke Space, um den ersten echten Konkurrenten der SpaceX Raptor-Engine zu bauen
