Газовые двигатели ракеты-носителя SpaceX Starship впервые появились на публике

Двигатели с «горячим газом», предназначенные для повышения эффективности космических кораблей SpaceX Starship, и сверхтяжелые ускорители впервые были замечены публикой.

Вечером 21 июня космический фотограф Брэди Кеннистон, выполнявший задание NASASpaceflight, впервые увидел, что представляет собой новейший ракетный двигатель, разработанный и построенный SpaceX. Пока еще не названный, генеральный директор SpaceX Илон Маск в течение нескольких лет постоянно называл новый двигатель «двигателем на горячем газе», хотя практически никаких конкретных деталей никогда не сообщалось.

Планируется установить ускорители на горячем газе для первого орбитального полета.

— Илон Маск (@elonmusk) 26 мая 2021 г.

Причина отсутствия значительного видимого прогресса достаточно проста: пока Starship не будет готов к серьезным орбитальным испытаниям, двигатели на горячем газе просто не нужны. Вместо этого SpaceX полагалась на проверенные временем двигатели на холодном газе, полученные — или буквально взятые, в случае Starhopper — из тех, что используются на ускорителях Falcon 9 и Falcon Heavy, для поддержания контроля ориентации в космосе и безопасного приземления на Землю.

Посмотрите эти удивительные кадры непрерывной посадки ускорителей с GPS III сегодня! УДИВИТЕЛЬНО! Несомненно, лучшая прямая посадка шаттла, которую я видел (и я понимаю, что уже говорил это раньше … они продолжают улучшаться)! ??? pic.twitter.com/yIdvFOqVDC

— Маркус Хаус (@MarcusHouse) 18 июня 2021 г.

Для Starhopper и Starships SN5 и SN6, все три из которых были сосредоточены на простых прыжковых испытаниях, эти двигатели на холодном газе в первую очередь расширили возможности Raptor по управлению вектором тяги за счет точной настройки поворота и ориентации транспортного средства. На кораблях Starship SN8, SN9, SN10, SN11 и SN15 двигатели на холодном газе играли более существенную роль в их более сложных испытательных полетах на средней высоте, переворачивая каждый корабль горизонтально в апогее, помогая поддерживать стабильность во время свободного падения в стиле парашютиста. Земля, и усиление трех двигателей Raptor во время финального переворота при приземлении и ожога при приземлении.

Судя по всему, на всех девяти испытательных полетах двигатели отлично справились со своей задачей. Тем не менее, все эти восемь суборбитальных прототипов могли позволить себе израсходовать большую часть своего массового бюджета на множество сосудов высокого давления, заполненных тоннами газообразного азота. Что еще более важно, пустые звездолеты и их сверхтяжелые ускорители, как ожидается, будут весить где-то в 10-50 раз больше, чем ракета-носитель и разгонный блок Falcon 9, а суборбитальные прототипы SpaceX также требовали гораздо меньшей производительности (дельта V), чем потребуются действующим кораблям и ускорителям .

Впервые обнаружены двигатели SpaceX, работающие на металоксе на горячем газе! ? Это существенно повысит эффективность управления ориентацией ускорителя в вакууме и, в конечном итоге, маневров звездолета в космосе. https://t.co/CaHtLv91ZF

— Эрик Ральф (@ 13ericralph31) 22 июня 2021 г.

Двигатели на холодном газе (азоте) слишком неэффективны, а экспоненциальные аспекты ракетостроения слишком жестоки для того, что работает на Falcon, чтобы эффективно удовлетворять потребности Starship и Super Heavy. Давно запланированным решением SpaceX стала разработка двухкомпонентного двигателя малой тяги, который будет заимствован у Raptor и будет использовать те же метан и кислород, хотя и в их газообразной форме под высоким давлением. При правильной реализации такой двигатель мог бы предложить примерно в пять раз больше эффективности и тяги, чем система холодного газа аналогичного размера — благо для маневрирования и управления массивными 100-250-тонными (~ 250 000-550 000 фунтов) кораблями и ускорителями в космосе.

Будет по-прежнему использоваться подруливающие устройства с маневрированием горячим газом (RCS), поскольку они примерно в 5 раз более эффективны, чем азот (300 секунд против 60 секунд Isp)

— Илон Маск (@elonmusk) 5 февраля 2021 г.

Это нелогично, но Raptor имеет такую ​​большую тягу при высоком Isp с жидким (высокой плотности) топливом и насосным питанием (легкие танки), что он бьет по горячему газу. Тем не менее, горячий газ лучше N2 для орбитального маневрирования и стабилизации корабля при посадке при сильном ветре!

— Илон Маск (@elonmusk) 19 августа 2020 г.

Теоретически переход от азотных двигателей к металоксовым двигателям также означает, что Starship может заправлять свои двигатели, используя крошечную долю огромного запаса жидкого метана и кислородного топлива, которое он уже будет доставлять на Луну или Марс. В конечном счете, однако, Маск говорит, что эти двигатели с контролем ориентации на горячем газе дебютируют на сверхтяжелом ускорителе, предназначенном для первого орбитального испытательного полета Starship. Хотя о первоначальной цели SpaceX в июле, похоже, не может быть и речи, все оборудование для полета и пусковой площадки все еще может быть готово к запуску уже в августе или сентябре.

Круто, но пока это ненужное усложнение. Их убирают, чтобы ускорить запуск на орбиту.

— Илон Маск (@elonmusk) 24 июня 2021 г.

Обновление: через месяц после того, как Илон Маск заявил, что SpaceX «стремится» установить двигатели на горячем газе на первом летном сверхтяжелом ускорителе, генеральный директор сказал, что эти двигатели будут «ненужным осложнением на данный момент» и «удаляются, чтобы ускорить время. к »первому орбитальному запуску Starship.

Газовые двигатели ракеты-носителя SpaceX Starship впервые появились на публике