SpaceX za 15 let své existence vyvinulo řadu různých motorů a další momentálně vyvíjí. Znáte je všechny? Věděli jste, že existoval i jakýsi Kestrel? A čím se vlastně jednotlivé motory liší a k čemu se používají? Jaký je rozdíl mezi Dracem a SuperDracem? A jak pokračuje vývoj Raptoru?

Merlin

400. exemplář Merlinu 1D v nejnovější variantě Block 5 (Foto: SpaceX)

Merlin je raketový motor s otevřeným cyklem spalující RP-1 (vysoce rafinovaný letecký petrolej) a kapalný kyslík. Pro SpaceX je dost možná nejdůležitějším motorem, neboť pohání jejich rakety od samého začátku – od Falconu 1 přes současný Falcon 9 až po Falcon Heavy. SpaceX vyrábí až několik set těchto motorů ročně a proto je také největším výrobcem raketových motorů na světě. Merlin prošel v průběhu let mnoha změnami a existuje několik různých variant, které se výrazně liší. Momentálně firma používá motory Merlin 1D (na obrázku) na prvním stupni Falconu 9 a variantu 1D-Vacuum na druhém stupni (jedná se upravenou verzi motoru optimalizovanou pro fungování ve vakuu).

Merlin 1D má nejlepší poměr tahu a hmotnosti (TWR – Thrust-to-weight ratio) ze všech raketových motorů na světě. Váží 470 kg a nejnovější varianta má tah 845 kN na hladině moře (978 kN v případě vakuové varianty). Velkou výhodou Merlinu je jeho restartovatelnost (lze jej po zažehnutí snadno vypnout a poté znovu zažehnout), díky čemuž je možné před startem provádět testovací zážehy a zároveň to umožňuje přistání prvního stupně rakety, které vyžaduje několik zážehů motorů. Další výhodou je regenerativní chlazení, díky kterému je motor snadno znovupoužitelný. Princip regenerativního chlazení spočívá v tom, že velmi studené palivo před spálením v komoře nejdříve prochází kanálky ve stěnách expanzní trysky motoru a tím ji průběžně ochlazuje. Jak to funguje si můžete prohlédnout v tomto animovaném diagramu od Financial Times.

Tip: Podívejte se na krátké video, ve kterém Tom Mueller ze SpaceX vysvětluje, jak funguje motor Merlin, který vyvinul.

Vizualizace různých variant Merlinu. Zleva: Merlin 1A, Merlin 1B, Merlin 1B Vac, Merlin 1C, Merlin 1C Vac, Merlin 1D, Merlin 1D Vac

O jednotlivých variantách jen stručně:

• Merlin 1A – První verze motoru, která letěla na úvodních dvou startech Falconu 1. Motor tehdy ještě disponoval ablativním chlazením (měl na sobě materiál, který se při zahřívání odlupoval či odpařoval, čímž danou část motoru ochlazoval).
• Merlin 1B – Varianta s vylepšenou turbínou a novým turbočerpadlem. Původně měl být tento motor použit na Falconu 9, ale nakonec nikdy neletěl, neboť byl rovnou nahrazen variantou 1C.
• Merlin 1C – Vylepšená varianta, která už disponovala regenerativním chlazením. Poprvé byl použit při třetím letu Falconu 1 a později také na Falconu 9. Existuje také vakuová varianta tohoto motoru.
• Merlin 1D – Nejmodernější varianta, která poprvé letěla v roce 2013 a používá se dodnes. Novou vlastností byla schopnost regulovat tah motoru až na 70 % (a později dokonce 56 %) maxima. To se hodí obzvlášť při přistávání prvního stupně. Další vylepšení vedly ke zvýšení výkonu a spolehlivosti a snížení náročnosti výroby. Nejnovější verze, která oplývá mírně zvýšeným tahem a dalšími vylepšeními, se někdy označuje jako Merlin 1D Block 5, Merlin 1D+ nebo dokonce Merlin 1E.

Kestrel

Pravděpodobně nejméně známý motor z portfolia SpaceX. Jednalo se o jednoduchý motor spalující RP-1 a kapalný kyslík. Používal se jako pohon druhého stupně rakety Falcon 1. Byl v mnoha ohledech podobný Merlinu, ale nedisponoval turbočerpadlem. Motor měl tah 31 kN ve vakuu a vážil pouhých 52 kg. SpaceX původně plánovalo vylepšenou variantu zvanou Kestrel 2, ale jelikož Falcon 1 byl kompletně nahrazen Falconem 9, který pro pohon druhého stupně využíval vakuovou verzi Merlinu, malý Kestrel už nebyl potřeba.

Draco

Doposud jsme mluvili o hlavních motorech, které pohání celou raketu, ale SpaceX také vyrábí menší motory sloužící pro precizní manévrování či stabilizaci trajektorie. Takovým motorem je Draco, který se v současnosti používá na kosmické lodi Dragon pro manévrování na orbitě a také finální deorbitaci. Spaluje oxid dusičitý a monomethylhydrazin a má tah pouhých 400 N. Dragon disponuje rovnou osmnácti motory Draco, které zajišťují kontrolu nad plavidlem ve všech osách. Motory Draco SpaceX plánovalo použít na druhém stupni Falconu 9 v1.0, ale nakonec byly použity jednoduché trysky se stlačeným dusíkem.

SuperDraco

Detail dvojice motorů SuperDraco. Výrobní proces hodně využívá technologií tzv. 3D tisku. (Foto: SpaceX)

V roce 2012 SpaceX dokončilo vývoj nového motoru pojmenovaného SuperDraco, který je v mnoha ohledech podobný svému menšímu bratříčkovi, ale je o dost silnější. Stejně jako Draco spaluje oxid dusičitý a monomethylhydrazin a je restartovatelný. Zatímco však Draco má tah 400 N ve vakuu, SuperDraco se pyšní tahem 73 kN na hladině moře. Je tedy zhruba 200krát silnější než Draco a dokonce více než dvakrát silnější než Kestrel.

Motory SuperDraco byly navrženy pro použití na nové generaci lodi Dragon, které měly původně mít dvojí využití. Primárně budou využívány jako únikový systém, který v případě nehody na rampě či během letu odnese loď s posádkou do bezpečí (SuperDraco dosáhne plného výkonu pouhých 100 milisekund po zažehnutí!). Druhým využitím pak měla být možnost pomocí těchto motorů přistát na pevnině s přesností helikoptéry. Výkon motoru je dobře regulovatelný až na hodnotu 20 % maximálního tahu, což by pro přistání bylo velmi užitečné. Dragon 2 však nakonec bude přistávat klasicky pomocí padáků na mořské hladině a motory SuperDraco budou sloužit jen pro účely únikového systému. Loď bude disponovat osmi motory – dvěma na každé straně.

Zajímavostí je, že tento motor je kompletně vyráběn pomocí tzv. 3D tisku – například spalovací komora je vyráběna metodou laserového spékání kovu, konkrétně ze superslitiny niklu a chromu zvané Inconel. Díky 3D tisku je motor lehčí a odolnější a je možné jej vyrobit rychleji a levněji ve srovnání s běžným odléváním. Některé tvary potřebné pro tento motor navíc běžnými metodami ani vyrobit nelze.

Test motoru SuperDraco (Foto: SpaceX)

Koláž z testování motorů SuperDraco v McGregoru (Foto: SpaceX)

Vznášející se DragonFly při testu motorů SuperDraco v McGregoru (Foto: SpaceX)

3D tisk spalovací komory motoru Super Draco (Zdroj: Elon Musk)

Astronaut Bob Behnken se spalovací komorou motoru SuperDraco (Foto: NASA)

Raptor

Nyní se podívejme do (nedaleké) budoucnosti. Jak jistě víte, hlavním cílem SpaceX je umožnit kolonizaci Marsu. Interplanetary Transport System (ITS) byl soubor zařízení a technologií, jejichž prostřednictvím toho SpaceX chtělo původně dosáhnout. Tato architektura se později vyvinula v o něco menší raketu BFR (později přejmenované na Starship). Oba stupně této rakety budou pohánět motory Raptor, na jejichž vývoji SpaceX pracuje už několik let.

Raptor v McGregoru v lednu 2019 (Foto: Elon Musk)

Raptor v McGregoru v lednu 2019 (Foto: Elon Musk)

Raptor je motor typu „full flow staged combustion“ s uzavřeným cyklem, který spaluje metan a kapalný kyslík. Metan jako palivo má několik výhod – hoří čistěji než petrolej používaný u raket Falcon, takže dochází k menšímu zanášení motorů usazeninami (to napomáhá snadné znovupoužitelnosti), je levný, a dá se vyrábět na Marsu (z vodíku získaného z ledu a z CO2 získaného z marsovské atmosféry).

Raptor je dosud nejsilnějším motorem SpaceX s tahem kolem 2 MN, což je zhruba 2,5krát více než Merlin 1D. Co se týče regulace tahu motoru, Raptor měl být podle prezentace z roku 2016 schopen tah snížit až na 20 % maxima, ale to se ukázalo jako moc obtížný cíl. Prohlášení Elona Muska z března 2019 naznačují, že první verze Raptoru bude schopná snížit tah jen na zhruba 50 %.

Neoficiální schéma motoru Raptor (Zdroj: fórum NASA Spaceflight)

Nejnovější verze rakety BFR z roku 2018 má využívat 35 Raptorů na prvním stupni (nechvalně proslulá sovětská raketa N1 měla rekordních 30 motorů) a kosmická loď má disponovat 6 Raptory. Vývojová verze Raptoru o tahu 1 MN byla od září 2016 testována v McGregoru, zatímco první exemplář Raptoru v plné velikosti byl poprvé zkušebně zažehnut v únoru 2019:

K výrobě motoru Musk řekl: „Některé komponenty Raptoru budou vyrobeny 3D tiskem, ale většina bude tvořena obráběnými výkovky. Také jsme vyvinuli novou slitinu pro kyslíkové čerpadlo, která je pevná i při vysoké teplotě a nehoří. V prostředí s horkým čistým kyslíkem pod tlakem totiž hoří skoro všechno.“ Metalurgický tým SpaceX kvůli tomu vyvinul superslitinu SX500, která je určena pro prostředí s horkým plynem s vysokým poměrem kyslíku a tlakem přes 800 barů. Mělo by se jednat o monokrystalickou moderní verzi superslitiny Inconel (nikl + chrom).

Dlouhodobým cílem SpaceX je dosáhnout tlaku ve spalovací komoře Raptoru ve výši 300 barů, což by byl rekord mezi raketovými motory.

Srovnání raketových motorů podle tlaku ve spalovací komoře (Zdroj: Everyday Astronaut)

Podrobnější a aktuálnější informace o motoru Raptor najdete v průběžně doplňovaném článku o raketě Super Heavy Starship.

Tip: Pokud vás zajímá obecný princip fungování různých typů motorů, můžete si přečíst článek Raketové motory – snadno a přehledně na Kosmonautix.cz.

Líbí se vám takovéto články? Chodíte na ElonX rádi a chtěli byste, aby web zůstal bez reklam a autor mohl nadále vydávat kvalitní obsah? Vyjádřete svou podporu a spokojenost pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už web podpořili. Děkuji za přízeň!

• About
• Latest Posts

Petr Melechin

Zakladatel a šéfredaktor ElonX, který projektu věnuje až nezdravě velkou část svého volného času a jinak pracuje v oboru lokalizace her. Kromě Elona Muska a jeho firem se zajímá o další technická témata, hraje squash, čte sci-fi, miluje filmy a sleduje až příliš mnoho seriálů.

Podpořte projekt ElonX

Latest posts by Petr Melechin (see all)

• Mise Starlink 12-1 - 20. 11. 2024
• Mise Starlink 9-13 - 19. 11. 2024
• Daily Hopper: Ruské výčitky, klapka v ohrožení a inspirace přírodou - 16. 11. 2024

Nahlásit chybu / Navrhnout zlepšení

• Issue: *
  Chybná informace Nefunkční odkaz Překlep Návrh na zlepšení Tip na článek Ostatní
• Your Name: *
  
• Your Email: *
  

• Details: *
  

Odeslat hlášení