Стартап із Сіетла Stoke Space оприлюднив плани розробити ефективний ракетний двигун, схожий на Raptors, який є двигуном SpaceX Starship.
Створений у жовтні 2019 року, Stoke Space отримав свій перший значний раунд фінансування – 9,1 мільйона доларів – менше двох років тому. На той час генеральний директор і співзасновник Енді Лапса каже, що в стартапі було лише п’ять співробітників, без постійного робочого місця та «пусте поле» для тестового майданчика. Протягом 18 місяців Stoke Space перетворив це порожнє поле на вражаючий випробувальний комплекспровів численні випробування компонентів і зібрав свій перший повномасштабний ракетний двигун – екзотичний пристрій, схожий на НЛО, якого не бачили раніше.
Він також зібрав ще 65 мільйонів доларів — достатньо коштів, щоб розпочати серйозну розробку a потенційно революційний ракета, здатна вивести на орбіту 1,65 тонни (~3600 фунтів) менш ніж за півмільйона доларів. Щоб реалізувати цю надзвичайно амбітну мету, Stoke Space зробила ще більш амбітний крок, спробувавши зробити першу розроблену ракету повністю багаторазовою. Одночасно компанія включила кілька екзотичних технологій у цю ракету, кульмінацією чого стало несподіване оголошення про те, що вона спробує розробити один із найскладніших типів двигунів для живлення розгінного ступеня цієї ракети.
Повнопоточне ступеневе спалювання
Наприкінці розширеного інтерв’ю та туру з ютубером Тімом Доддом (The Everyday Astronaut), генеральний директор компанії Енді Лапса розповів, що компанія Stoke Space вирішила побудувати двигун з повним потоком згоряння (FFSC) для першого ступеня своєї ракети багаторазового використання. FFSC є найефективнішим типом циклу згоряння, доступним для хімічного двопаливного ракетного двигуна, але його також найважче розробити.
По суті, повнопотоковий двигун намагається вичавити кожну можливу унцію продуктивності з палива, який він споживає. Найпотужніші та найефективніші хімічні ракетні двигуни повинні споживати величезні обсяги палива за короткий проміжок часу, не руйнуючи ракету-носій, до якої вони приєднані. Для створення тиску та обертання насосів, необхідних для подачі палива в основну камеру згоряння, двигуни часто спалюють невелику кількість палива в окремому газогенераторі або камері попереднього спалювання. Газогенераторні двигуни виводять ці вихлопи за борт, знижуючи ефективність, але значно спрощуючи конструкцію. Двигуни з поступовим згорянням використовують камери попереднього спалювання для створення газу, який перекачує рідке паливо, і цей вихлопний газ зрештою впорскується в основну камеру згоряння.
Поступове згоряння повного потоку вирізняється двома окремими насосами та попередніми пальниками для окислювача та палива. На відміну від більш простих варіантів поетапного згоряння, двигуни FFSC перетворюють весь свій пропелент на газ перед тим, як впорскувати його в камеру згоряння. Цей гарячий газ збільшує тепло згоряння та тиск усередині камери згоряння, гарантуючи, що практично весь палив, який протікає через двигун, згоряє та перетворюється на тягу якомога ефективніше. FFSC надзвичайно складний через ці високі температури та тиск, а також через потребу в насиченій киснем камері попереднього спалювання та насосі. У середовищі високого тиску з гарячим киснем практично все, що тільки можна уявити, самозаймається.
Двигун Raptor від SpaceX.
Статичний вогонь одного Raptor.
База з 33 двигунами першого ступеня Starship.
Повністю багаторазова ракета Stoke.
Бустер, здається, має сім двигунів FFSC.
Верхній ступінь має один двигун з 30 камерами згоряння.
Лише складні спеціально розроблені сплави можуть витримати такі умови. Двигун SpaceX Raptor, єдиний двигун FFSC, який коли-небудь літав, особливо складний, оскільки він призначений для багаторазового використання. Щоб досягти успіху, Raptor доведеться виживати в таких умовах десятки чи навіть сотні разів поспіль, практично не потребуючи обслуговування.
Першим розгінним двигуном, який Stoke Space коли-небудь намагався побудувати, буде багаторазовий повнопоточний двигун внутрішнього згоряння, що працює на рідкому метані та рідкому кисні – по суті, зменшена версія Raptor від SpaceX. В іншому випадку прискорювач Stoke знайомий і має посадочні опори, що розгортаються, як прискорювачі Falcon від SpaceX. Лапса каже, що він, ймовірно, також матиме решітки.
Повторне використання верхнього ступеня
Багато в чому верхній ступінь першої ракети Stoke є ще більш амбітним. Компанія Stoke, що працює на воднево-кисневому паливі, розробила верхню частину, схожу на конічну капсулу, із вбудованим обтічником. Силова установка верхнього ступеня дуже екзотична. Великий насос подаватиме паливо до 30 камер згоряння, розташованих по краю його теплового щита. Вихлопні гази, що надходять із цих 30 камер, розширюватимуться й частково натискатимуть на не менш екзотичний металевий теплозахисний екран із рідинним охолодженням верхнього ступеня. Це розширення проти теплового екрана покращує ефективність верхнього ступеня і означає, що його двигун технічно буде аероспайком.
Верхній ступінь готується до повторного входу.
Верхній ступінь відділяється від бустера.
Рендер теплового екрану верхньої сцени.
Верхня частина торкається вниз.
Індивідуальні двигуни Сток.
15-ти камерний статичний вогонь.
Прототип верхнього теплового щита і двигуна.
Прототип танків верхнього ступеня. (Космонавт на кожен день)
Стоук вже почав випробування повномасштабної версії НЛО-подібного ракетного двигуна верхнього ступеня з 15 камерами згоряння. З початку випробувань у другій половині 2022 року Stoke завершив десятки статичних пожеж. Подорож щоденного астронавта також виявила, що стартап досяг значного прогресу у виготовленні та складанні свого першого повномасштабного прототипу розгінного блоку – баків, носового конуса, теплового щита, двигуна тощо.
Нагадуючи кампанії Grasshopper і Starhopper від SpaceX, Сток планує провести тести на стрибок цього прототипу, якщо він пройде кваліфікаційне тестування. 7 лютого, Stoke також виявив, що він почав тестувати важливий компонент свого повнопоточного бустерного двигуна. Загалом, Stoke Space досягає неймовірних успіхів і продовжує вирішувати найскладніші проблеми першими. Стартап також уникав широкого оприлюднення будь-яких конкретних термінів, натомість дозволив апаратному забезпеченню та відчутним результатам говорити самі за себе. Лише час покаже, чи окупиться такий підхід, але Стоук має надзвичайно вражаючий старт у галузі, переповненій вражаючими ракетними стартапами.
Stoke Space створить першого реального конкурента двигуна SpaceX Raptor
