Anonim

Din motive necunoscute, prototipul Starhopper al SpaceX a suferit o reținere cu doar 0, 8 secunde înainte de al doilea test de zbor planificat, o reținere care a fost urmată în cele din urmă de o decizie de a freca încercarea din 26 august și a încerca din nou mâine, 27 august.
Starhopper este un testbed pe scară completă, cu o înălțime parțială pentru vehiculul de lansare Starship de generație viitoare SpaceX, care servește mai mult ca suport de testare semi-mobil pentru rachete din oțel și motoare Raptor decât un prototip Starship real. Vehiculul neobișnuit a luat zborul pentru prima dată pe 25 iulie, atingând o altitudine de aproximativ 20 m (65 ft) sub puterea unui singur motor Raptor, capabil să producă până la 200 tone (450.000 lbf) de tracțiune. Acest test a suferit, de asemenea, un scrub minor pe data de 24, urmat de un zbor de succes o zi mai târziu, un capitol pe care Starhopper îl poate reflecta acum în cel de-al doilea tentativ de zbor, un hop de 150 m (500 ft).

Aprindentele trebuie inspectate. Vom încerca mâine în același timp.

- Elon Musk (@elonmusk) 27 august 2019

În special, CEO-ul SpaceX, Elon Musk, a luat pe Twitter la doar câteva secunde după declanșarea programată a rachetei a suferit o reținere de ultimă secundă pentru a indica faptul că aprinderele cu torță ale Raptor s-au dovedit oarecum fine în raport cu alternativa chimică folosită de motoarele Merlin dovedite de SpaceX.

Raptor folosește aprindere cu dublă redundantă a torțelor. Mai bună pe termen lung, dar mai fină în dezvoltare.

- Elon Musk (@elonmusk) 26 august 2019

CEO-ul a confirmat ulterior că acel comentariu era direct legat de scrub-ul de la 26, indicând faptul că numărul de serie Raptor 06 (SN06) trebuia să-i inspecteze pe aprinderea sa înainte de a doua încercare de testare, acum programat să apară nu mai devreme de 18:00 EDT (22: 00 UTC) pe 27 august. Analiza dificultăților cu aprindătorul Raptor începe prin motivul că SpaceX încearcă să integreze o formă cu totul nouă de aprindere în motor, înlocuind metodele utilizate cu succes peste zeci sau chiar sute de mii de secunde de tragere cu Merlin 1 și Motoare cu vid Merlin.
Merlin 1D și MVacD se bazează pe o metodă relativ simplă, fiabilă, ieftină și ușoară de aprindere chimică, folosind un duo de materiale piroforice cunoscute sub numele de trietilaluminum-trietilboran (TEA-TEB). Când sunt amestecate, aceste materiale ard imediat, generând un bliț iconic verde vizibil în timpul lansărilor Falcon 9 și Heavy, producând astfel „scânteia” necesară pentru pornirea motoarelor Merlin.

Image
Falcon 9 și mijloace chimice de folosire intensă - TEA-TEB - pentru a aprinde toate motoarele lor Merlin cu față principală și superioară. (SpaceX)

În general, TEA-TEB este o metodă excelentă de aprindere a rachetelor, chiar dacă este mai mult o soluție inelegantă cu forță brută decât alternative. Cu toate acestea, aduce limitări: fiecare aprindere necesită cheltuirea unui nou „cartuș”, limitând fundamental numărul de motoare Merlin 1D (și Merlin Vacuum) care pot fi aprinse înainte și după deconectare.
Acest lucru nu are în vedere nici măcar faptul că TEA-TEB sunt produse chimice extrem de complexe, care ar fi aproape imposibil de produs în afara Pământului, cel puțin pentru viitorul nedeterminat.

Duza Raptor ON DISPLAY când ați intrat astăzi în competiția Hyperloop. Motor Merlin la stânga. În calitate de fotoreporter în spațiul aerian, a fost o bucurie să-i văd pe aceștia de aproape și să admirați ingineria și meșteșugul care intră în ele. pic.twitter.com/gBIaZEAfNB

- Pauline Acalin (@ w00ki33) 22 iulie 2019

Pentru a combate aceste dezavantaje, SpaceX a proiectat Raptor cu o metodă complet diferită de aprindere, cunoscută sub numele de aprindere cu torță. Tehnic vorbind, puterea, designul și propulsorul methalox al Raptor se combină pentru a cere mai mult decât o soluție relativ comună, în care bujiile sunt folosite pentru a aprinde un motor. În schimb, Raptor folosește acele bujii pentru a-și aprinde sursele de aprindere, ceea ce CEO-ul Elon Musk a descris drept torțe de suflare complete. Odată aprinse, acele torțe de suflare - probabil motoarele rachetă în miniatură care folosesc același combustibil de metan și oxigen ca Raptor - apoi aprind metanul și preburnerele de oxigen ale motorului înainte de a aprinde în cele din urmă acele gaze amestecate de înaltă presiune în camera de ardere.

Bujii aprind torțe de suflare dublă care aprind preurnele și camera principală

- Elon Musk (@elonmusk) 4 februarie 2019

În termeni simpli, faptul că Raptor este un motor cu combustie în stadiu complet (FFSC) cu flux complet, înseamnă că presiunile în care trebuie să funcționeze sunt extreme, permițându-se fără precedent în rachetă pe scară largă. Gazele extrem de mari de presiune (de ordinul 3.000-10.000 + psi sau 200-700 + bar) sunt la fel de dificil de aprins în mod fiabil, mai ales dacă soluțiile hipergolice (adică TEA-TEB) sunt în afara mesei.
Pentru a obține o aprindere uniformă - critică pentru a evita arderea, explozii minore și chiar defecțiuni ale motorului catastrofal - Aprinderea cu torță a Raptorului poate implica de fapt un inel de torțe cu bujie de 360 ​​de grade în jurul punctului de aprindere, o soluție incontestabilă.

Image
Primul motor Raptor finalizat (SN01) a finalizat un debut de succes static în seara zilei de 3 februarie. (SpaceX)

Cu toate acestea, după cum observă Musk, aceste provocări semnificative, „finețe” aduse de metoda de aprindere exotică a lui Raptor, sunt motivate de beneficiile potențiale pe care le poate aduce o soluție. În raport cu aprinderea TEA-TEB de Merlin 1D, aprinderea cu torță - odată optimizată și maturizată într-o soluție fiabilă - va permite un număr aproape nelimitat de aprinderi Raptor înainte, în timpul și după zbor.
Evitarea TEA-TEB și a altor aprinderi chimice complexe înseamnă, de asemenea, că Starship va fi capabil să se lanseze pe Marte sau pe Lună, să efectueze arsuri prin injecție și aterizare, poate chiar sări în jurul suprafeței și totuși să se poată întoarce pe Pământ - totul fără reaprovizionare . O astfel de călătorie de întoarcere ar fi totuși bazată pe capacitatea de a genera metan și propulsor de oxigen necesar pentru a alimenta navele navelor, dar - presupunând că această provocare poate fi rezolvată - Raptors-ul aprins de torță ar fi gata pentru o astfel de misiune. În cazul în care, să zicem, ceva de genul scrubului din 26 august se întâmplă cu o navă de stele de pe Marte, echipajul ar putea, de asemenea, să iasă, să inspecteze Raporturile Starshipului și chiar să înlocuiască bujiile defecte, dacă este necesar.

Image
Pentru ca Starship să rămână ușor reutilizabilă în oricare dintre aceste situații, utilizarea Raptor de aprindere cu lanternă va fi absolut critică. (SpaceX)

Tehnic, s-ar putea aduce o mulțime de cartușe TEA-TEB de rezervă și instala pe cele în spațiu sau după aterizare, dar aceste cartușe sunt destul de literalmente bombe de foc care așteaptă să se aprindă, în timp ce bujii de rezervă sunt în totalitate inerte.
Deocamdată, va trebui să așteptăm ca tehnicienii SpaceX să-și pună ochii și mâna pe motorul singur Raptor Starhopper pentru a verifica dacă hardware-ul său de aprindere este în stare bună de sănătate. Dacă totul merge bine, Starhopper va încerca testul său final de zbor încă din 27 august.