Первый орбитальный двигатель космического корабля SpaceX просто выдохнул

Менее чем через три недели после отправки в Техас SpaceX сообщает, что первый двигатель Raptor Vacuum Starship завершил «испытательный огонь полной продолжительности» на марше к орбитальным испытательным полетам.

Этот двигатель, известный как Raptor Vacuum или RVac, почти полностью основан на своем родственнике, оптимизированном для уровня моря, и включает в себя все сложные турбомашины и камеры сгорания, которые составляют основную часть ракетного двигателя. Вещи начинают расходиться ниже горловины камеры сгорания (узкая часть центральной кривой, похожей на песочные часы), где SpaceX расширила существующее сопло Raptor в пять и более раз.

Многоразовый космический корабль SpaceX Starship будет использовать сочетание трех двигателей Raptor, установленных на уровне моря, и трех двигателей Raptor Vacuum, чтобы придать ему тягу, необходимую для достижения орбиты, и обеспечить эффективную работу как в атмосфере, так и в вакууме.

Raptor Vacuum (примерно) в масштабе вместе с Raptor Sea Level, главным двигателем космического челнока (SSME) и Saturn V F-1. (Тесларати)

Проще говоря, ракетный двигатель может извлечь выгоду из оптимизированного для вакуума сопла, потому что добавленная площадь поверхности (более или менее) дает газам чрезвычайно высокого давления, выходящим из его камеры сгорания, даже больше опор, на которые можно надавить. Ракетные сопла наиболее эффективны, когда выхлопные газы двигателя заканчивают расширяться, чтобы соответствовать атмосферному давлению в тот самый момент, когда они выходят из колпака. По логике вещей, на уровне моря на Земле давление окружающего воздуха довольно высокое, а это означает, что выхлопные газы ракет не должны расширяться так сильно, чтобы уравняться.

Однако в космическом вакууме выхлопные газы должны расширяться намного больше, чтобы достичь того же давления, что и окружающее пространство. Для ракетной тяги это дополнительное расширение может быть использовано для создания более эффективного двигателя, выжимая дополнительную энергию из того же топлива, и в идеальном вакууме наиболее эффективное сопло технически будет бесконечным. К сожалению, инженерные и физические бесконечности не совсем уживаются, поэтому инженеры-вакуумные ракетоносцы вынуждены выбирать размер сопла в масштабе, который люди могут реально произвести.

Теоретически Starship не нужны двигатели Raptor Vacuum, чтобы стать функционирующим орбитальным космическим кораблем, и сам генеральный директор Илон Маск всего два года назад представил проект с семью двигателями, расположенными на уровне моря. С тех пор генеральный директор SpaceX сообщил, что Raptor добился такого большого прогресса, что компания отменила удаление двигателей с вакуумной оптимизацией из базовой конструкции Starship.

Смотри, мама, никаких вакуумных двигателей! (SpaceX)

Неясно, что именно имеет в виду SpaceX, когда говорит, что Raptor Vacuum SN1 завершил «испытательный огонь полной продолжительности». Для Starship полный цикл выведения на орбиту — начинающийся сразу после отделения сверхтяжелого ускорителя — вероятно, будет не короче пяти или шести минут. Даже для SpaceX переход от поставки самого первого произведенного двигателя (Raptor Vacuum) к успешному статическому горению в течение нескольких минут менее чем за три недели был бы почти немыслимым инженерным подвигом. Этот подвиг означал бы, что SpaceX уже чрезвычайно комфортно себя чувствует с несколькими минутами ожогов Raptor — возможно, самым большим препятствием, стоящим между Starship и орбитой.

Более вероятно, что «испытательный огонь полной продолжительности» просто относится к тому факту, что двигатель Pathfinder Raptor Vacuum смог зажечь, сгореть и выключиться по расписанию — другими словами, избежать преждевременного выключения. Для такого большого и сложного двигателя, как Raptor, даже такая пониженная интерпретация стала бы впечатляющим достижением.

Ознакомьтесь с информационными бюллетенями Teslarati, чтобы получить оперативные обновления, обзоры на местности и уникальные взгляды на процессы запуска и восстановления ракет SpaceX.