Мерлин (ракетный двигатель)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая 178.89.174.250 (обсуждение) в 18:12, 6 апреля 2018 (Замена ошибочного названия "Фалькон" на правильное "Фалкон"). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
У этого термина существуют и другие значения, см. Merlin (значения).
Merlin 1D (Мерлин)
ЖРД «Мерлин 1D» SpaceX.
Тип ЖРД
Топливо керосин
Окислитель жидкий кислород
Камер сгорания 1
Страна США
Использование
Время эксплуатации с 2006 года (версия 1A)
с 2013 года (версия 1D) [1]
Применение «Фалькон 1», «Фалькон 1е» (1-я ступень)
«Фалькон 9», «Фалькон 9 1.1» «Фалькон Хэви» (все ступени)
Развитие Мерлин:
«1А»; «1В»; «1С»; «Вакуум 1С»; «1D»; «Вакуум 1D»
Производство
Конструктор SpaceX, США
Массогабаритные
характеристики
Масса 450-490 кг [2]
Рабочие характеристики
Тяга Вакуум: 741 кН [3]
Ур.моря (текущ.): 654 кН [3]
Ур.моря (ожид.): 730 кН [4]
Вакуум (Merlin 1D Vacuum): 801 кН [3]
Удельный импульс Вакуум: 311 c [2]
Ур.моря: 282 c[2]
Вакуум (Merlin 1D Vacuum): 340 c [2]
Время работы 180 c (Merlin 1D)
375 c (Merlin 1D Vacuum) [3]
Давление в камере сгорания
9.7 МПа (97 атм.)[2]
Степень расширения Merlin 1D: 16 [2]
Merlin 1D Vacuum: 117 [2]
Тяговооружённость 150 [5]
Зажигание Химическое (смесь триэтилалюминия и триэтилбора)[2]
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

«Ме́рлин» (англ. Merlin) — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании SpaceX (США). В качестве топлива используется пара керосин-кислород. Двигатель предполагается использовать повторно, после приземления первой ступени на космодром, или плавучую морскую платформу (ASDS).

Предназначен для использования на ракетах-носителях (РН) семейства «Фалкон». РН «Фалкон 9» использует этот двигатель на первой и второй ступенях, «Фалкон 1» использует один «Мерлин» на первой ступени, один из проектов SpaceX, — РН «Фалкон 1e» — должна использовать его также на первой ступени. В самом мощном проекте SpaceX — РН «Фалкон Хэви» — используется 27 двигателей Мерлин на 3 носителях первой ступени и 1 двигатель - на второй ступени.

Разработка

Конструкция

ЖРД «Мерлин» — открытого цикла. В качестве горючего используется керосин, окислителем является жидкий кислород.

На двигателе «Мерлин» используются штифтовые форсунки. Такой тип форсунок впервые был применен в программе «Аполлон» НАСА на двигателе посадочной ступени лунного модуля, который являлся одним из наиболее критических сегментов этой программы. Компоненты топлива подаются через расположенный на одной оси турбонасос с двойной крыльчаткой. Насос также подаёт керосин под высоким давлением для гидравлической системы управления, который затем сбрасывается в канал низкого давления. Это исключает необходимость отдельной гидравлической системы для управления вектором тяги и гарантирует её функционирование в течение всего времени работы ЖРД «Мерлин».

Варианты двигателя

На 2009 год производились три версии ЖРД «Мерлин». Двигатель для РН «Фалкон 1» использует для управления по крену перемещаемый выхлопной патрубок ТНА. ЖРД «Мерлин» в варианте для «Фалкон 9» практически идентичен по конструкции за исключением фиксированной системы выхлопа. «Мерлин» также используется на второй ступени ракеты-носителя. В этом случае двигатель снабжен соплом с бо́льшим коэффициентом расширения, которое оптимизировано для работы в вакууме, и имеет систему дросселирования в диапазоне 60-100 %.[6]

Мерлин 1A

Исходная версия двигателя «Мерлин 1A» использовала дешёвую камеру и сопло с абляционным охлаждением. Углеродное волокно композиционного материала с внутренней поверхности постепенно уносится истекающим горячим газом в ходе работы двигателя, отводя тепло вместе с теряемым материалом. Этот тип двигателя использовался два раза: первый раз 24 марта 2006 года, когда в двигателе произошла утечка топлива, которая привела к аварии вскоре после начала полёта[7][8], второй раз 24 марта 2007 года, когда он отработал успешно. В обоих случаях двигатель использовался на «Фалькон 1».[9][10]

Мерлин 1В

ЖРД «Мерлин 1В» — усовершенствованная версия, разрабатывавшаяся SpaceX для РН «Фалькон 1». Должен был иметь увеличенную до 39 тс тягу по сравнению с 35 тс у «Мерлина 1А». Мощность основной турбины увеличена с 1 490 кВт до 1 860 кВт. «Мерлин 1В» планировалось использовать на тяжёлой РН «Фалькон 9», которая должна была иметь девять таких двигателей на первой ступени. На основании неудачного опыта использования двигателя предыдущей модели, было решено не развивать дальше эту версию, а сосредоточить работу на регенеративно-охлаждаемом ЖРД «Мерлин 1С». Разработка прекращена.[9][10]

Мерлин 1С

ЖРД «Мерлин 1C» использует регенеративно-охлаждаемое сопло и камеру сгорания, прошёл наземные испытания длительностью 170 с (время работы в полёте) в ноябре 2007 года.[11][12]

В случае использования на РН «Фалкон 1», «Мерлин 1C» имел тягу на уровне моря 35,4 тс и 40,8 тс в вакууме, удельный импульс в вакууме составляет 302,5 с. Потребление компонентов топлива этим двигателем составляет 136 кг/с. Для одного «Мерлин 1C» были проведены испытания общей продолжительностью 27 мин, что десятикратно превосходит время работы ЖРД в ходе полёта «Фалкон 1».[13]

ЖРД «Мерлин 1C» был впервые использован для неудачного третьего полёта РН «Фалькон 1». При обсуждении неудачи глава SpaceX Илон Маск отметил, что «полёт первой ступени с установленным новым «Мерлин 1C», который будет использоваться на РН «Фалькон 9», прошёл идеально.»[14] Двигатель использовался в четвёртом удачном полёте «Фалькон 1» 28 сентября 2008 года.[15]

Мерлин 1С Vacuum

Двигатель является модификацией «Мерлин 1C» и устанавливался на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.0. Для улучшения работы в вакууме имеет большую степень расширения сопла,[16] которое охлаждается переизлучением тепла. В вакууме двигатель имеет тягу 42 тс и удельный импульс 342 с[17]. 10 марта 2009 года SpaceX сообщила в пресс-выпуске об успешном испытании ЖРД «Мерлин 1C Вакуум».

Мерлин 1D

ЖРД Мерлин 1D является модернизацией двигателя Мерлин 1C. Устанавливается на первую ступень ракет Falcon 9 v1.1 и планируется к установке на первую ступень проектируемой ракеты-носителя Falcon Heavy. Тяга на уровне моря — 66,6 тс, в вакууме — 73,4 тс. Тяговооружённость чуть более 150. Масса двигателя 489 кг. Удельный импульс на уровне моря 282 с, в вакууме — 311 с[18]. Ресурс двигателя допускает неоднократное использование в случае возвращения и мягкой посадки первой ступени, предполагается — до сорока раз.[19] Важным отличием двигателя 1D от 1C является дросселирование в пределах 70-100% тяги. Дросселирование используется:

  • При запуске Falcon 9 v1.1(R): три из девяти двигателей первой ступени (с увеличенными соплами) уменьшают тягу вскоре после старта для равномерной выработки ресурса, так как они используются далее в ходе полёта для торможения и мягкой посадки на реактивной тяге.
  • При возвращении первой ступени ракеты Falcon 9 v1.1(R) и мягкой посадке на реактивной тяге.
  • В ракете-носителе Falcon Heavy дросселирование будет использоваться при запуске в центральной секции первой ступени для более равномерной выработки ресурса двигателей ускорителей и первой ступени.

Первый запуск ракеты-носителя с двигателем Merlin 1D состоялся 29 сентября 2013 года[20]. По заявлению разработчиков двигателя, задел двигателя позволяет увеличить тягу на уровне моря c 666 до 730 кН[21].

Мерлин 1D Vacuum

Двигатель является модификацией Мерлин 1D и устанавливается на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.1. В отличие от базовой модели, имеет степень расширения сопла 117 для улучшения работы в вакууме. Сопло охлаждается переизлучением тепла. Тяга двигателя в вакууме составляет 80 тс (801 кН), удельный импульс — 340 с[22] (по другим данным — 347с[23]). Время работы двигателя во время полёта — до 375 с[24]. Впервые был использован при запуске 29 сентября 2013 года.

Мерлин 1D+

Форсированная версия двигателя 1D. На начало 2015 года находится в стадии разработки. Повышено давление в камере сгорания за счёт использования переохлажденных топлива (до -7°C) и окислителя (до -207°C)[25][26][27][28]. Согласно сообщению Илона Маска, суммарная тяга 9 двигателей первой ступени Фалькон 9 FT составляет 1,71 миллиона фунтов, что в пересчёте на один двигатель и в тонны-силы даёт 86,18 тс. Благодаря этому, а также дополнительному количеству топлива в версии ракеты FT, максимальная грузоподъёмность на НОО повысилась до 22,8 т в одноразовом и 15,8 т в многоразовом варианте. На геопереходную орбиту Фалькон 9 FT сможет поднимать до 8,3 тонн в одноразовом или до 5,8 тонн в многоразовом варианте. Таким образом, Фалькон 9 перешёл в класс тяжёлых ракет-носителей.

Мерлин 1D Vacuum +

Модификация двигателя 1D+ для установки на вторую ступень ракет Falcon 9 FT. C 22 декабря 2015 года эксплуатируется.

Характеристики линейки двигателей Мерлин[23]

Двигатель Мерлин 1A Мерлин 1Ci Мерлин 1C Мерлин 1C Vac Мерлин 1C+ Мерлин 1D Мерлин 1D Vac Мерлин 1D+ Мерлин 1D Vac+
Использование Фалькон 1

(опытная)

Фалькон 1

(усоверш.)

Фалькон 1e,

Фалькон 9 v1.0

Фалькон 9 v1.0 Фалькон 9 v2.0

(не строилась)

Фалькон 9 v1.1,

Фалькон 9 v1.1R

Фалькон 9 v1.1,

Фалькон 9 v1.1R

Фалькон 9 FT Фалькон 9 FT
Соотношение LOX / RP-1 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 2.34 2.36 2.36 2.38
Тяга на уровне моря, кН 330 355 354 - 555 666 - 845 [29] -
Тяга в вакууме, кН 376 401 408 420 628 734 801 914 [29] 934 [30]
УИ на уровне моря, с 253.7 264.5 267 - 275 282 - 286 -
УИ в вакууме, с 288.5 302.5 304.8 336 311 320 347 321 347
Давление в камере сгорания, МПа 5.39 6.08 6.14 6.14 6.77 9.72 9.72 10.8 10.8
Степень расширения сопла 14.5 16 16 117 ? 21.4 117 21.4 117

См. также

Примечания

  1. ↑ SpaceX successfully launches debut Falcon 9 v1.1
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 http://www.spaceflight101.com/falcon-9-v11.html Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview
  3. ↑ 1 2 3 4 http://www.spacex.com/falcon9 Falcon 9
  4. ↑ Transcript - SpaceX SES-8 Pre-Launch Conference
  5. ↑ http://www.spacex.com/news/2013/03/26/merlin-engines Merlin Engines
  6. ↑ Aaron Dinardi; Peter Capozzoli; Gwynne Shotwell.: Low-cost Launch Opportunities Provided by the Falcon Family of Launch Vehicles (pdf) (1 октября 2008). Архивировано 30 марта 2012 года.
  7. ↑ "Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut". Space.com. 2006-07-19.
  8. ↑ "Demo flight two update". Space.com. 19, January 2007. {{cite news}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)
  9. ↑ 1 2 SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9. Wired Science (12 ноября 2007). Дата обращения: 28 февраля 2008. Архивировано 30 марта 2012 года.
  10. ↑ 1 2 SpaceX has magical goals for Falcon 9. Nasa Spaceflight (5 августа 2006). Дата обращения: 28 февраля 2008. Архивировано 25 сентября 2006 года.
  11. ↑ SpaceX Completes Development of Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine. Business Wire. Архивировано 30 марта 2012 года.
  12. ↑ SPACEX COMPLETES DEVELOPMENT OF MERLIN REGENERATIVELY COOLED ROCKET ENGINE. SpaceX. Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано 30 марта 2012 года.
  13. ↑ SpaceX Completes Qualification Testing of Merlin Regeneratively Cooled Engine for Falcon 1 Rocket. SpaceX (25 февраля 2008). Архивировано 30 марта 2012 года.
  14. ↑ Bergin, Chris; Davis, Matt.: SpaceX Falcon I fails during first stage flight. Архивировано 6 августа 2008 года.
  15. ↑ Ray, Justin Mission Status Center (англ.). Spaceflight Now (28 сентября 2008). Дата обращения: 28 сентября 2008. Архивировано 30 марта 2012 года.
  16. ↑ LOW-COST LAUNCH OPPORTUNITIES PROVIDED BY THE FALCON FAMILY OF LAUNCH VEHICLES
  17. ↑ Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview (англ.). Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано 30 марта 2012 года.
  18. ↑ FALCON 9.
  19. ↑ NASA, CNES Warn SpaceX of Challenges in Flying Reusable Falcon 9 Rocket.
  20. ↑ Falcon_9
  21. ↑ Elon, Musk. "SES-8 Prelaunch Teleconference" (24 ноября 2013).
  22. ↑ SpaceX Falcon 9 upper stage engine successfully completes full mission duration firing. (англ.). SpaceX (10 марта 1009). Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано 30 марта 2012 года.
  23. ↑ 1 2 The evolution of the SpaceX Merlin-1 engine.
  24. ↑ FALCON 9.
  25. ↑ What is changing between the Merlin 1D engine and the uprated Merlin 1D+ engine?
  26. ↑ Shit Elon Says - Transcript - SpaceX SES-8 Pre-Launch Conference.
  27. ↑ Elon Musk on Twitter. Twitter. Дата обращения: 18 декабря 2015.
  28. ↑ Elon Musk on Twitter. Twitter. Дата обращения: 18 декабря 2015.
  29. ↑ 1 2 Emily Shanklin. Merlin Engines (31 августа 2015). Дата обращения: 18 июля 2016.
  30. ↑ spacexcmsadmin. Falcon 9 (16 ноября 2012). Дата обращения: 21 июля 2016.

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Мерлин_(ракетный_двигатель)&oldid=91945862