Стартап из Сиэтла Stoke Space обнародовал планы по разработке эффективного ракетного двигателя, аналогичного Raptor, на котором установлен космический корабль SpaceX.
Основанная в октябре 2019 года, Stoke Space получила свой первый значительный раунд финансирования — 9,1 миллиона долларов — менее двух лет назад. В то время генеральный директор и соучредитель Энди Лапса говорит, что в стартапе было всего пять сотрудников, не было постоянного рабочего места и «пустое поле» для испытательного полигона. За 18 месяцев Stoke Space превратила это пустое поле в впечатляющий испытательный комплекспровела многочисленные испытания компонентов и собрала свой первый полномасштабный ракетный двигатель — экзотическое НЛО-подобное устройство, невиданное ранее.
Он также привлек еще 65 миллионов долларов — достаточно средств, чтобы начать серьезно разрабатывать потенциально революционный ракета, способная вывести на орбиту 1,65 тонны (~ 3600 фунтов) менее чем за полмиллиона долларов. Чтобы реализовать эту чрезвычайно амбициозную цель, Stoke Space предприняла еще более амбициозный шаг, пытаясь сделать первую ракету, которую она разрабатывает, полностью многоразовой. Одновременно компания включила в эту ракету несколько экзотических технологий, кульминацией которых стало неожиданное объявление о том, что она попытается разработать один из самых сложных типов двигателей для приведения в действие разгонной ступени этой ракеты.
Полнопоточное ступенчатое сжигание
В конце расширенного интервью и тура с YouTube-блогером Тимом Доддом (The Everyday Astronaut) генеральный директор Энди Лапса сообщил, что Stoke Space решила построить двигатель с полнопоточной системой сгорания (FFSC) для первой ступени своей многоразовой ракеты. FFSC является наиболее эффективным типом цикла сгорания, доступным для двухкомпонентного ракетного двигателя на химическом топливе, но его также сложнее всего разработать.
По сути, полнопоточный двигатель пытается выжать все возможные унции производительности из потребляемого топлива. Самые мощные и эффективные химические ракетные двигатели должны потреблять огромные объемы топлива за короткое время, не разрушая ракету-носитель, к которой они прикреплены. Чтобы создать давление и раскрутить насосы, необходимые для подачи этого топлива в основную камеру сгорания, двигатели часто сжигают небольшое количество топлива в отдельном газогенераторе или камере предварительного сгорания. Газогенераторные двигатели выпускают выхлопные газы за борт, что снижает эффективность, но значительно упрощает конструкцию. В двигателях ступенчатого сгорания используются камеры предварительного сгорания для создания газа, который перекачивает жидкое топливо, и этот выхлопной газ в конечном итоге впрыскивается в основную камеру сгорания.
Полнопоточное ступенчатое сжигание отличается наличием двух отдельных насосов и форсажных камер для окислителя и топлива. В отличие от более простых вариантов ступенчатого сгорания, двигатели FFSC превращают все свое топливо в газ перед его впрыском в камеру сгорания. Этот горячий газ увеличивает теплоту сгорания и давление внутри камеры сгорания, гарантируя, что практически все топливо, проходящее через двигатель, сгорает и максимально эффективно превращается в тягу. FFSC чрезвычайно сложен из-за этих высоких температур и давлений, а также необходимости в обогащенной кислородом камере предварительного сжигания и насосе. В среде с высоким давлением и горячим кислородом практически все, что только можно вообразить, спонтанно воспламенится.
Двигатель SpaceX Raptor.
Статический огонь одиночного Raptor.
33-двигательная база первой ступени Starship.
Полностью многоразовая ракета Стоука.
Ракета-носитель имеет семь двигателей FFSC.
Разгонный блок имеет один двигатель с 30 камерами сгорания.
Только сложные специально разработанные сплавы могут выжить в таких условиях. Двигатель SpaceX Raptor, единственный двигатель FFSC, который когда-либо летал, особенно сложен, потому что он предназначен для повторного использования. Чтобы добиться успеха, Raptor должен будет выжить в таких условиях десятки или даже сотни раз подряд практически без технического обслуживания.
Первым двигателем-носителем, который Stoke Space когда-либо попытается построить, будет многоразовый полнопоточный двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком метане и жидком кислороде, — по сути, уменьшенная версия SpaceX Raptor. Ракета-носитель Stoke в остальном знакома и оснащена выдвижными посадочными опорами, такими как ракеты-носители Falcon от SpaceX. Лапса говорит, что у него, вероятно, также будут решетчатые плавники.
Повторное использование верхней ступени
Во многих отношениях верхняя ступень первой ракеты Стоука еще более амбициозна. Компания Stoke разработала коническую верхнюю ступень в виде капсулы со встроенным обтекателем, работающую на водороде и кислороде. Силовая установка верхней ступени весьма экзотична. Большой насос подает топливо в 30 камер сгорания, расположенных по краю теплозащитного экрана. Выхлоп, выходящий из этих 30 камер, будет расширяться и частично упираться в не менее экзотический металлический теплозащитный экран верхней ступени с жидкостным охлаждением. Это расширение теплозащитного экрана повышает эффективность разгонного блока и означает, что технически его двигатель будет аэродинамическим шипом.
Верхняя ступень готовится к входу в атмосферу.
Верхняя ступень отделяется от ракеты-носителя.
Рендер тепловой защиты верхней ступени.
Верхняя ступень приземляется.
Индивидуальные подруливающие устройства Стокса.
15-камерный статический огонь.
Прототип теплового экрана разгонного блока и двигателя.
Прототип баков разгонного блока. (Повседневный космонавт)
Компания Stoke уже приступила к испытаниям полномасштабной версии НЛО-подобного ракетного двигателя разгонного блока с 15 камерами сгорания. С момента начала испытаний во второй половине 2022 года «Сток» совершил десятки статических пожаров. Ежедневный тур Astronaut также показал, что стартап добился значительного прогресса в изготовлении и сборке своего первого полномасштабного прототипа верхней ступени — баков, носового обтекателя, теплозащитного экрана, двигателя и всего остального.
Напоминая о кампаниях SpaceX Grasshopper и Starhopper, Stoke планирует провести прыжковые испытания с этим прототипом, если он пройдет квалификационные испытания. 7 февраляКомпания Stoke также сообщила, что приступила к испытаниям ключевого компонента своего полнопоточного двигателя-носителя. В целом, Stoke Space добилась значительных успехов и продолжает решать самые сложные проблемы в первую очередь. Стартап также избегал широкой огласки каких-либо конкретных сроков, предпочитая вместо этого позволить оборудованию и ощутимым результатам говорить сами за себя. Только время покажет, окупится ли такой подход, но Stoke добился исключительно впечатляющего старта в индустрии, полной впечатляющих стартапов.
Stoke Space создаст первого реального конкурента двигателя SpaceX Raptor
