La startup di Seattle Stoke Space ha rivelato i piani per sviluppare un efficiente motore a razzo simile ai Raptor che alimentano la Starship di SpaceX.
Costituita nell’ottobre 2019, Stoke Space si è assicurata il suo primo significativo round di finanziamento – 9,1 milioni di dollari – meno di due anni fa. A quel tempo, il CEO e co-fondatore Andy Lapsa afferma che la startup aveva solo cinque dipendenti, nessuno spazio di lavoro permanente e un “campo sterile” per un sito di prova. Entro 18 mesi, Stoke Space aveva trasformato quel campo vuoto in un impressionante impianto di provaha condotto numerosi test sui componenti e ha assemblato il suo primo motore a razzo in scala reale, un esotico dispositivo simile a un UFO diverso da qualsiasi altro mai visto prima.
Ha anche raccolto altri 65 milioni di dollari, fondi sufficienti per iniziare seriamente a sviluppare a potenzialmente rivoluzionario razzo in grado di lanciare in orbita 1,65 tonnellate (~ 3600 lb) per meno di mezzo milione di dollari. Per realizzare questo obiettivo estremamente ambizioso, Stoke Space ha intrapreso il passo ancora più ambizioso di tentare di rendere il primo razzo che sviluppa completamente riutilizzabile. Allo stesso tempo, la società ha incorporato diverse tecnologie esotiche in quel razzo, culminando in un annuncio a sorpresa che tenterà di sviluppare uno dei tipi più difficili di motori per alimentare lo stadio booster di quel razzo.
Combustione a stadi a flusso pieno
Alla fine di una lunga intervista e di un tour con lo YouTuber Tim Dodd (The Everyday Astronaut), il CEO Andy Lapsa ha rivelato che Stoke Space ha deciso di costruire un motore a combustione a flusso pieno (FFSC) per il primo stadio del suo razzo riutilizzabile. FFSC è il tipo più efficiente di ciclo di combustione disponibile per un motore a razzo bipropellente chimico, ma è anche il più difficile da sviluppare.
In sostanza, un motore a flusso pieno tenta di spremere ogni possibile grammo di prestazioni dal propellente che consuma. I motori a razzo chimico più potenti ed efficienti devono consumare enormi quantità di propellente in un breve lasso di tempo senza distruggere il veicolo di lancio a cui sono attaccati. Per creare pressione e far girare le pompe necessarie per alimentare quel propellente nella camera di combustione principale, i motori spesso bruciano una piccola quantità di propellente in un generatore di gas separato o prebruciatore. I motori dei generatori di gas scaricano lo scarico fuori bordo, riducendo l’efficienza ma rendendo il design molto più semplice. I motori a combustione a stadi utilizzano precombustori per creare gas che pompa propellente liquido e quel gas di scarico viene infine iniettato nella camera di combustione principale.
La combustione a stadi a flusso pieno si distingue per avere due pompe separate e prebruciatori per l’ossidante e il combustibile. A differenza delle varianti più semplici della combustione a stadi, i motori FFSC trasformano tutto il loro propellente in gas prima di iniettarlo nella camera di combustione. Quel gas caldo aumenta il calore della combustione e la pressione all’interno della camera di combustione, assicurando che praticamente tutto il propellente che scorre attraverso il motore venga bruciato e trasformato in spinta nel modo più efficiente possibile. FFSC è eccezionalmente difficile a causa di quelle alte temperature e pressioni, nonché della necessità di un prebruciatore e di una pompa ricchi di ossigeno. In un ambiente ad alta pressione e ossigeno caldo, praticamente tutto ciò che è immaginabile prenderà fuoco spontaneamente.
Il motore Raptor di SpaceX.
Un fuoco statico a singolo Raptor.
La base di 33 motori del primo stadio di Starship.
Il razzo completamente riutilizzabile di Stoke.
Il booster sembra avere sette motori FFSC.
Lo stadio superiore ha un unico motore con 30 camere di combustione.
Solo le leghe complesse progettate su misura possono sopravvivere a queste condizioni. Il motore Raptor di SpaceX, l’unico motore FFSC che abbia mai volato, è particolarmente difficile perché è pensato per essere altamente riutilizzabile. Per avere successo, Raptor dovrà sopravvivere a quelle condizioni dozzine o addirittura centinaia di volte di seguito con poca o nessuna manutenzione nel mezzo.
Il primo motore booster che Stoke Space tenterà mai di costruire sarà un motore a combustione a stadi a flusso pieno riutilizzabile alimentato da metano liquido e ossigeno liquido, essenzialmente una versione più piccola del Raptor di SpaceX. Il booster di Stoke è altrimenti familiare e presenta gambe di atterraggio dispiegabili come i booster Falcon di SpaceX. Lapsa afferma che probabilmente avrà anche pinne a griglia.
Riutilizzo dello stadio superiore
Per molti versi, lo stadio superiore del primo razzo di Stoke è ancora più ambizioso. Alimentato da idrogeno e ossigeno propellente, Stoke ha progettato uno stadio superiore simile a una capsula conica con una carenatura integrale. La propulsione dello stadio superiore è molto esotica. Una grande pompa alimenterà il propellente fino a 30 camere di combustione distribuite attorno al bordo del suo scudo termico. Lo scarico proveniente da quelle 30 camere si espanderà e spingerà parzialmente contro l’altrettanto esotico scudo termico metallico raffreddato a liquido dello stadio superiore. Quell’espansione contro lo scudo termico migliora l’efficienza dello stadio superiore e significa che il suo motore sarà tecnicamente un aerospike.
Lo stadio superiore si prepara al rientro.
Lo stadio superiore si separa dal booster.
Un rendering dello scudo termico dello stadio superiore.
Lo stadio superiore atterra.
Propulsori Stoke individuali.
Un fuoco statico a 15 camere.
Un prototipo dello scudo termico e del motore dello stadio superiore.
Un prototipo dei serbatoi dello stadio superiore. (Astronauta quotidiano)
Stoke ha già iniziato a testare una versione in scala reale del motore a razzo simile a un UFO dello stadio superiore con 15 camere di combustione. Dall’inizio dei test nella seconda metà del 2022, Stoke ha completato dozzine di incendi statici. Il tour di Everyday Astronaut ha anche rivelato che la startup ha compiuto progressi significativi nella fabbricazione e nell’assemblaggio del suo primo prototipo di stadio superiore in scala reale: serbatoi, muso, scudo termico, motore e tutto il resto.
Ricordando le campagne Grasshopper e Starhopper di SpaceX, Stoke prevede di condurre test di luppolo con quel prototipo se riuscirà a superare i test di qualificazione. Il 7 febbraio, Stoke ha anche rivelato di aver iniziato a testare un componente cruciale del suo motore booster a flusso pieno. Tutto sommato, Stoke Space sta facendo progressi a un ritmo notevole e continua ad affrontare prima i problemi più difficili. La startup ha anche evitato di pubblicizzare ampiamente eventuali scadenze specifiche, scegliendo invece di lasciare che l’hardware e i risultati tangibili parlino da soli. Solo il tempo dirà se questo approccio ripagherà, ma Stoke ha avuto un inizio eccezionalmente impressionante in un settore pieno zeppo di impressionanti startup missilistiche.
Stoke Space per costruire il primo vero concorrente del motore SpaceX Raptor
