Merlin
Motor Merlin 1D
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 (upravená verze motoru optimalizovaná 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. 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 znovu použitelný. 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).
O jednotlivých variantách jen stručně:
Zkouška motoru Merlin 1C
- 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 40 %) maxima. To se hodí obzvlášť při přistávání prvního stupně. Další vylepšení vedly ke zvýšení výkonu a spolehlivosti a snížení náročnosti výroby. Merlin 1D zatím nikdy během ostré mise neselhal. Budoucí verze, která by měla mít mírně zvýšený tah, se někdy označuje jako Merlin 1D Block 5.
Kestrel (Poštolka)
Pravděpodobně nejméně známý motor z portfolia SpaceX. Byl to 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
Dosud jsme mluvili o hlavních motorech, které pohánějí 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
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 u nové generace 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.
Astronaut Bob Benkhen s motorem SuperDraco
Zkouška motorů SuperDraco
Detail dvojice motorů SuperDraco. Výrobní proces hodně využívá technologií tzv. 3D tisku.
Příprava 3D tisku hlavního dílu motoru SuperDraco
Zajímavostí je, že tento motor je kompletně vyráběn pomocí tzv. 3D tisku – například spalovací komora je vyráběna metodou laserového spékání kovu, konkrétně ze slitiny niklu a železa (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.
Raptor (dravý pták)
Nyní se podívejme do (nedaleké) budoucnosti. Jak jistě víte, hlavním cílem SpaceX je umožnit kolonizaci Marsu. Interplanetary Transport System (ITS) je soubor zařízení a technologií, jejichž prostřednictvím toho SpaceX chtělo původně dosáhnout. Tato architektura se později vyvinula v o něco menší systém BFR, který tvoří raketa a kosmická loď poháněná motorem Raptor, na jehož vývoji SpaceX pracuje už několik let.
Test motoru Raptor v září 2016 v texaském McGregoru
Je to motor s uzavřeným cyklem, který spaluje metan a kapalný kyslík. Metan jako palivo má několik výhod: hoří čistěji než petrolej, takže dochází k menšímu zanášení motorů usazeninami (to pomáhá snadné znovupoužitelnosti), je levný a navíc se dá vyrábět na Marsu. Raptor bude dosud nejsilnějším motorem SpaceX, měl by mít zhruba dvojnásobný tah oproti Merlinu 1D (kolem 1,7 MN). První stupeň BFR bude používat neuvěřitelných 31 Raptorů (nechvalně proslulá sovětská raketa N1 měla rovných 30 motorů) a loď bude disponovat šesti až sedmi Raptory, z toho čtyři budou optimalizované pro fungování ve vakuu. Vývojová verze Raptoru o tahu 1 MN je od září 2016 testována v McGregoru.
SpaceX navíc vyvíjí zmenšenou verzi Raptoru pro potenciální použití na Falconu 9 a Falconu Heavy. Na tento vývoj dostala grant od amerického letectva. Společnost však není povinna výsledný motor použít. Spekuluje se tedy, že SpaceX tento dotovaný vývoj využije spíše jen pro získání dalších dat a zkušeností potřebných pro vývoj normálního Raptoru.
A malý tip na závěr: pokud vás zajímá obecný princip fungování různých typů motorů, můžete si přečíst článek Raketové motory – snadno a přehledně na Kosmonautix.cz.
Článek vznikl pro web ElonX.cz, který podrobně informuje o aktivitách firmy SpaceX. Před vydáním byl redakčně upraven, originál najdete zde.
