Merlin (ракетный двигатель)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Merlin 1D (Мерлин)
Merlin 1D engines and octaweb harness----image-cropped.jpg
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: TEA-TEB [2]

«Ме́рлин» (англ. Merlin) — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании SpaceX, США. Предназначен для использования на ракетах семейства «Фалькон». РН «Фалькон 9» использует этот двигатель на первой и второй ступенях, «Фалькон 1» использует один «Мерлин» на первой ступени, один из проектов SpaceX — РН «Фалькон 1e» должна использовать его также на первой ступени. В самом мощном проекте SpaceX — РН «Фалькон Хэви» — предполагается использование 28 двигателей Мерлин на всех ступенях. ЖРД «Мерлин» открытого цикла. В качестве горючего используется керосин, окислителем является жидкий кислород. Двигатель предполагается использовать повторно после приводнения и спасения отработавшей ступени в море.

Штифтовая форсунка была использована впервые в программе «Аполлон» НАСА на двигателе посадочной ступени лунного модуля, который являлся одним из наиболее критических сегментов этой программы. Аналогичная используется в камере сгорания «Мерлина». 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 ее функционирование в течение всего времени работы ЖРД «Мерлин».

Варианты двигателя[править | править вики-текст]

На 2009 год производились три версии ЖРД «Мерлин». Двигатель для РН «Фалькон 1» использует для управлением по крену перемещаемый выхлопной патрубок ТНА. ЖРД «Мерлин» в варианте для «Фалькон 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 диапазон дросселирования в диапазоне 60-100 %.[6]

Мерлин 1A[править | править вики-текст]

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 полета[7][8], второй раз 24 марта 2007 года, когда он отработал успешно. В обоих случаях двигатель использовался на «Фалькон 1».[9][10]

Мерлин 1В[править | править вики-текст]

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 тяжелой 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[править | править вики-текст]

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

В случае использования на РН «Фалькон 1», «Мерлин 1C» имел тягу на уровне моря 35.4 тс и в вакууме 40.8 тс, 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 полета «Фалькон 1».[13]

ЖРД «Мерлин 1C» был впервые использован для неудачного третьего полета РН «Фалькон 1». При обсуждении неудачи глава SpaceX Элон Маск отметил, что «полет первой ступени с установленным новым „Мерлин 1C“, который будет использоваться на РН „Фалькон 9“, прошел идеально.»[14] Двигатель использовался в четвертом удачном полете «Фалькон 1» 28 сентября 2008 года.[15]

Мерлин 1С Vacuum[править | править вики-текст]

Двигатель является модификацией Merlin 1C и устанавливался на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.0. Имеет большую степень расширения сопла для оптимизации работы в вакууме,[16] которое охлаждается переизлучением тепла. Тяга двигателя в вакууме составляет 42 тс и удельный импульс 342 с[17]. 10 марта 2009 года SpaceX информировала в пресс-релизе об успешном испытании ЖРД «Мерлин Вакуум».

Мерлин 1D[править | править вики-текст]

ЖРД Merlin 1D является модернизацией двигателя Merlin 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 тсТяговооруженность 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, предполагатся - 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 полета 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, потенциал двигателя позволяет форсирование тяги на уровне моря c 666 до 730 кН[21].

Мерлин 1D-Vacuum[править | править вики-текст]

Двигатель является модификацией Merlin 1D и устанавливается на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.1 и планируется к установке на вторую ступень проектируемой ракеты-носителя Falcon Heavy. В отличие от базовой модели, имеет степень расширения сопла 117 для оптимизации работы в вакууме. Сопло охлаждается переизлучением тепла. Тяга двигателя в вакууме составляет 80 тс (801 кН), удельный импульс 340 с[17] (по другим данным - 347с[22]). Время работы двигателя во время полета - до 375 с[23]. Впервые был использован при запуске 29 сентября 2013 года.

Мерлин 1D+[править | править вики-текст]

Форсированная версия двигателя 1D. На начало 2015 года находится в стадии разработки. Повышено давление в камере сгорания за счет использования переохлажденных топлива и окислителя[24][25].

Мерлин 1D-Vacuum+[править | править вики-текст]

Модификация двигателя 1D+ для установки на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.1. На начало 2015 года находится в стадии разработки.

Характеристики линейки двигателей Merlin[22][править | править вики-текст]

Двигатель Merlin-1A Merlin-1Ci Merlin-1C Merlin-1C Vac Merlin-1C+ Merlin-1D Merlin-1D Vac Merlin-1D+ Merlin-1D Vac+
Использование Falcon 1

(Demo)

Falcon-1

(interim upgrade)

Falcon-1e,

Falcon-9 v1.0

Falcon-9 v1.0 Falcon-9 v2.0

(не строилась)

Falcon-9 v1.1,

Falcon-9 v1.1R

Falcon-9 v1.1,

Falcon-9 v1.1R

в разработке в разработке
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 - 747 -
Тяга в вакууме, кН 376 401 408 420 628 734 801 837 905
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[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  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 October 2008). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  7. Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut, Space.com (19 июля 2006).
  8. Demo flight two update, Space.com (19, January 2007).
  9. 1 2 SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9. Wired Science (12 ноября 2007). Проверено 28 февраля 2008. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  10. 1 2 SpaceX has magical goals for Falcon 9(недоступная ссылка — история). Nasa Spaceflight (5 августа 2006). Проверено 28 февраля 2008. Архивировано из первоисточника 25 сентября 2006.
  11. SpaceX Completes Development of Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine. Business Wire. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  12. SPACEX COMPLETES DEVELOPMENT OF MERLIN REGENERATIVELY COOLED ROCKET ENGINE. SpaceX. Проверено 12 марта 2009. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  13. SpaceX Completes Qualification Testing of Merlin Regeneratively Cooled Engine for Falcon 1 Rocket. SpaceX (25 февраля 2008). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  14. Bergin, Chris; Davis, Matt. SpaceX Falcon I fails during first stage flight(недоступная ссылка — история). Архивировано из первоисточника 6 августа 2008.
  15. Ray, Justin Mission Status Center (англ.). Spaceflight Now (28 сентября 2008). Проверено 28 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  16. LOW-COST LAUNCH OPPORTUNITIES PROVIDED BY THE FALCON FAMILY OF LAUNCH VEHICLES
  17. 1 2 Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview (англ.). Проверено 12 марта 2009. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  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. 1 2 The evolution of the SpaceX Merlin-1 engine.
  23. FALCON 9.
  24. What is changing between the Merlin 1D engine and the uprated Merlin 1D+ engine?.
  25. Shit Elon Says - Transcript - SpaceX SES-8 Pre-Launch Conference.

Ссылки[править | править вики-текст]