W tym tygodniu w ośrodku testowym SpaceX w McGregor w Teksasie po raz pierwszy uruchomiona została najnowsza wersja silnika Raptor, mającego napędzać obydwa stopnie nowej rakiety marsjańskiej, nad którą pracuje obecnie firma – Super Heavy oraz Starship.

Raptor to zasilany ciekłym metanem i ciekłym tlenem silnik rakietowy pracujący w cyklu spalania etapowego z pełnym przepływem (ang. FFSCC – full flow staged combustion cycle). Jest to cykl, który wykorzystuje dwa generatory gazu (ang. gas generator lub preburner) – z mieszanką bogatą w paliwo, zasilający turbinę paliwa oraz z mieszanką bogatą w utleniacz, zasilający turbinę utleniacza. Cykl etapowego spalania zapewnia wysoką efektywność silnika, jednakże zwiększa stopień skomplikowania systemu, np. w porównaniu do cyklu stosowanego w silniku Merlin, napędzającego rakiety z rodziny Falcon. Cykle spalania opisaliśmy dokładniej w bazie wiedzy. 

Elon Musk już w listopadzie 2012 roku ogłosił, że kolejnym krokiem SpaceX, jeśli chodzi o rozwój napędów rakietowych, będzie stworzenie silnika wykorzystującego metan. Pierwsze nagranie z testu Raptora zostało zaprezentowane podczas Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego (IAC) we wrześniu 2016 roku, a podczas kolejnej edycji konferencji we wrześniu 2017 roku, Elon Musk przedstawił kolejne nagranie i poinformował, że sumaryczny czas testów nowego silnika przekroczył już 1200 sekund.

Pod koniec grudnia 2018 roku Elon Musk oznajmił za pośrednictwem serwisu Twitter, że silnik Raptor został znacząco przeprojektowany, chociaż główne założenia nie zmieniły się. Inżynierowie SpaceX musieli stworzyć specjalny stop, zdolny wytrzymać warunki panujące w silniku w trakcie pracy. Docelowo ciśnienie w komorze spalania ma wynosić 300 bar, jednakże osiągnięcie takich parametrów wymaga jeszcze dużo pracy i należy spodziewać się, że pierwsza operacyjna wersja silnika pracować będzie pod niższym ciśnieniem.

Pierwszy test najnowszej wersji silnika odbył się 4 lutego. Raptor był uruchomiony przez dwie sekundy, ciśnienie w komorze spalania osiągnęło 170 bar, a siła ciągu wyniosła ponad 1,1 MN, co jest rekordem, jeżeli chodzi o silniki zbudowane dotychczas przez SpaceX. Stanowi to jednocześnie około 60% możliwości obecnej wersji silnika.

Początkowo zarówno pierwszy jak i drugi stopień rakiety mają korzystać z tej samej wersji silnika o ciągu około 2 MN, co ma przyspieszyć rozwój całego systemu. Docelowo jednak ma powstać wersja próżniowa silnika, przeznaczona do drugiego stopnia, mająca osiągać wysoki impuls właściwy oraz wersja dla pierwszego stopnia, osiągająca ciąg około 2,5 MN na poziomie morza. Jak poinformował Elon Musk, procedura uruchamiania silnika Raptor nie wykorzystuje chemicznego zapalnika (jak np. w silniku Merlin), stosowane są natomiast świece zapłonowe wytwarzające iskry.

7 lutego Elon Musk zakomunikował, że podczas jednego z kolejnych uruchomień Raptor przekroczył minimalną siłę ciągu wymaganą przez obecny projekt rakiety marsjańskiej, która wynosi 170 ton (około 1,667 MN). Podczas testu ciąg silnika wynosił 172 tony (około 1,687 MN) przy ciśnieniu w komorze spalania na poziomie 257 bar, jednakże materiał pędny nie był dodatkowo chłodzony, co powinno jeszcze zwiększyć osiągi silnika o 10 do 20 procent.

Obecnie SpaceX pracuje nad pierwszym prototypem statku Starship, który ma wykonywać loty na wysokość do kilku kilometrów, aby przetestować podsystemy nowej rakiety, w tym silniki. Jest on budowany w Boca Chica w Teksasie i ma być wyposażony w trzy silniki Raptor. Początkowo Elon Musk zapowiadał, że pierwsze próbne loty mogą odbyć się już w okolicach lutego, jednakże silny wiatr wiejący w południowym Teksasie pod koniec stycznia spowodował zniszczenie fragmentów prototypu. Naprawa ma potrwać dodatkowe kilka tygodni.

Źródła: Seradata, SpaceX (1), (2), (3), Elon Musk (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), (13), (14), (15), Austin Barnard, Wikipedia