Merlin (rakettmotor)

Merlin
rakettmotor

Beskrivelse av dette bildet, også kommentert nedenfor Merlin 1C for 2 th etasje Kjennetegn
Motortype Gassgeneratorsyklus
Ergols Fotogen / flytende oksygen
Fremstøt 934 kNewton (i vakuum)
Forbrenningskammer trykk > 110 barer
Spesifikk impuls 348 s (tom)
Tenn på nytt Ja
Modulær skyvekraft 40-100%
Styrbar motor Ja
Gjenbrukbar motor 10 ganger
Masse 490 kg (tørr)
Høyde 2,7 m
Diameter 2,5 m
Trykk / vektforhold 74.5
Seksjonsrapport 165
Varighet av operasjonen 397 s
Beskrevet modell 1DV +
Andre versjoner 1D +
bruk
bruk Første etasje (1D +) øvre etasje (1DV +)
Launcher Falcon 1 ,
Falcon 5 ,
Falcon 9 ,
Falcon Heavy
Første fly 24. mars 2006
Status I produksjon
Bygger
Land forente stater
Bygger SpaceX

The Merlin Rakettmotoren er en thruster utviklet av amerikanske selskapet SpaceX og brukes av Falcon 1 , Falcon 9 , Falcon Heavy bæreraketter samt Falcon 5 som aldri har blitt lansert. Denne flytende drivstoffrakettmotoren forbrenner flytende oksygen og RP-1 (en variant av parafin ) som er blandingen som er mest brukt av nylig utviklede motorer. Merlin har en skyvekraft som gradvis økte over versjonene fra 32 tonn for 1A-versjonen fra 2006 til 93 tonn skyvekraft for DV + -versjonen produsert fra 2016. Drivstoffsystemet er basert på en enkelt turbopumpe drevet av en gassgenerator. Trykket i forbrenningskammeret når 110 bar, noe som gjør det mulig å oppnå en spesifikk impuls på 348 sekunder for versjonen som fungerer i vakuum. Den styrbare motoren kan startes på nytt flere ganger. Kraften kan justeres fra 40 til 100%. Den skyvekraft / vektforholdet er spesielt effektiv (198 for den 1D versjon). Motoren brukes både på første trinn og på øvre trinn med i sistnevnte tilfelle en langstrakt dyse (ekspansjonsforhold> 117). Denne motoren er endelig designet for å være gjenbrukbar.

Historisk

Merlin 1A-motoren er designet for de nye Falcon 1- og Falcon 9- bærerakettene utviklet av det amerikanske selskapet SpaceX . Denne etableringen ble grunnlagt i 2002 av Elon Musk , som bestemte seg for å investere i astronautisk industri en del av formuen som ble oppnådd ved å selge selskapene PayPal og Zip2 Corporation som han eide. Motoren som er utviklet, må være billig og pålitelig. For å oppnå dette målet er arkitekturen enkel og bruker velprøvde teknikker. Motoren tåler svingninger i driftstemperatur og forholdet mellom drivmiddelblandingen . Forbrenningskammeret bruker en enkel og robust nåleinjektor som har spesielt pålitelig teknologi utviklet for Apollo-månemodulmotoren . Merlin inneholder et minimum av deler: den drives av en enkelt turbopumpe som presser både drivstoff (parafin) og oksidasjonsmiddel (oksygen). Turbopumpen, som settes i gang av en gassgenerator , forsyner også det hydrauliske systemet med parafin under trykk som gjør det mulig å rette motorens skyvekraft (på versjonen som brukes på Falcon 1-løfteraket, dysen som evakuerer gassene som produseres av gassgeneratoren er styrbar og skyvekraften brukes til å styre i rull). Turbopumpen roteres først ved injeksjon av helium under trykk. Tenningen oppnås ved å injisere en hypergolisk blanding av trietylaluminium og trietylboran både i gassgeneratoren og i forbrenningskammeret. Denne klassiske tenningsmetoden på kryogene flytende drivstoffrakettmotorer starter forbrenningen av oksygen og parafin som injiseres parallelt. Ved anvendelse av prinsippet om enkelhet bruker den første versjonen av Merlin et ablativt belegg for kjøling. Men systemet, ansett som ineffektivt og betydelig tyngre, ble forlatt fra 1C-modellen til fordel for et kjølesystem som bruker parafin som sirkulerte i veggen til forbrenningskammeret og dysen . Versjonen som ble brukt på den andre fasen av Falcon 9 har en utvidet dyse optimalisert for vakuumdrift og kan antennes flere ganger. Fra 1D-versjonen er trykkraften justerbar og kan senkes i henhold til ubekreftede kilder opp til 30% av den nominelle skyvekraften.

Versjoner

Fem versjoner av den stadig kraftigere Merlin ble utviklet suksessivt mellom 2006 og 2016:

Merlin 1A

Merlin 1A er en billig versjon, ved hjelp av en karbonfiberbasert komposittmunnstykke ablative belegg . Den er utviklet om 2 år. Under utviklingen går kraften fra 322,5 til 345 kN slik at bæreraketten kan ta av raskere, men dens spesifikke impuls i vakuum faller fra 308 til 303 s (3040 til 2 981  m / s ). Trykket i forbrenningskammeret når ikke de målrettede 54,8 barene, og andelen ubrente partikler synker til 6%, en spesielt dårlig verdi. Merlin 1A har bare blitt brukt to ganger på en Falcon 1- bærerakett . I løpet av den første flyvningen,24. mars 2006, det tok fyr etter en drivstofflekkasje kort tid etter lanseringen og forårsaket mislykket oppdrag. De21. mars 2007, når Falcon 1 lanseres for andre gang, fungerer den perfekt.

Merlin 1B

Merlin 1B er en forbedret versjon av 1A som kan produsere 38 tonn skyvekraft. Økningen i ytelse oppnås ved å forbedre effektiviteten til turbopumpen: turbinen utvikler en effekt på 1860  kW i stedet for 1490  kW . I henhold til de opprinnelige planene skal Merlin 1B utstyre Falcon 9 tunge bærerakett, hvor den første fasen er å motta 9 motorer av denne typen. Resultatene av de første flyvningene til Falcon 1-bæreraketten førte til at Merlin 1B ble forlatt og utviklingen av Merlin 1C, som i motsetning til 1B, ble avkjølt av sirkulasjonen av drivmidler.

Merlin 1C

Merlin 1C er preget av en dyse og et forbrenningskammer avkjølt av sirkulerende drivmiddel. Den første testen av denne versjonen av motoren i løpet av en periode som tilsvarer dens drift under en lansering (170 sekunder) utføres inovember 2007. Merlin 1C som utstyrer Falcon 1 har en skyvkraft på 35 tonn og i vakuum på 40 tonn og en spesifikk impuls på 2.966 m / s. Den bruker 140  kg drivstoff per sekund. I løpet av flere påfølgende tester gikk den samme Merlin 1C-motoren i 27 minutter i kumulativ tid som tilsvarer tiden for 10 Falcon 1.-flyreiser. I versjonen som skal brukes på Falcon 1e (en forbedret versjon av Falcon 1) og Falcon 9, Merlin 1C gir en skyvekraft på 56 tonn ved havnivå for en spesifikk impuls på 299 s. Den tomme massen er 522  kg .

Merlin 1C brukes første gang under Falcon 1.s tredje flytur. Selv om lanseringen mislyktes på grunn av feil i andre etappe, er driften av Merlin 1C nominell. Denne versjonen ble brukt på den fjerde vellykkede flyturen til Falcon 1 den28. september 2008 deretter på de to første flyvningene til Falcon 9 i 2010.

Merlin 1C vakuum

Merlin Vaccum (vakuum) er en versjon av Merlin 1C optimalisert for vakuumdrift og montert på den andre fasen av løfteraket Falcon 9. Dysen er utvidet for å gi bedre vakuumeffektivitet. Forbrenningskammeret er utstyrt med et kjølesystem av sirkulerende drivmidler, mens den nedre enden av dysen laget av nioblegering sprer varmen ved stråling . Denne versjonen kan startes på nytt to ganger og har et dobbelt tenningssystem for å redusere risikoen. Motoren leverer 44,5 tonn skyvekraft i et vakuum som kan justeres fra 60 til 100% for en spesifikk impuls på 340 s. Motoren er kardanmontert for å rette kjeve- og stigkraft mens rulleforskyvning oppnås gjennom utløpet fra gassgeneratoren. Den nominelle kjøretiden på Falcon 9 er 354 sekunder. Den første motoren ble testet for kjøretid (329 sekunder) på2. januar 2010. Den ble brukt på begge Falcon 9-flyvningene i 2010.

Merlin 1D

Ytelsen til den første versjonen av Falcon 9-bæreraketten, kalt V1.0, er lavere enn forventet, og SpaceX bestemmer seg for å utvikle en kraftigere versjon av Merlin. Merlin 1D utvikler 65  t skyvekraft ved havnivå mot 35  t for forrige versjon. Denne forsterkningen oppnås ved å øke trykket i forbrenningskammeret med 50% til 97 bar . For å tillate forbrenningskammeret å motstå dette trykket, produseres ikke den indre veggen av nikkel-koboltlegering lenger ved galvanisering, men ved å bruke teknikken for eksplosjonsdannelse . Drivkraften er nå justerbar fra 55 til 100%. Merlin 1D er utstyrt med en ny versjon av den betydelig utvidede bæreraketten, versjon V1.1, som gjorde sin første vellykkede flytur på29. september 2013.

Merlin 1D +

For V1.1 FT-versjonen av Falcon 9-bæreraketten er det utviklet en kraftigere modell. Trykket i forbrenningskammeret går fra 97,2 til 110 bar, noe som gir 15% økning i skyvekraften . Denne versjonen av motoren er også den som brukes på de to trinnene i Falcon Heavy.

Sammendrag av tekniske egenskaper
Merlin 1A Merlin 1B Merlin 1C Merlin 1C tom Merlin 1D Merlin 1D tom Merlin 1D + Merlin 1D + tom
1 st  flight - - - - 29/9/2013 22/12/2015
Masse - - 522  kg - 470 kg - 470  kg 490  kg
Bakkraft 322,5 til 345 kN 324 kN 422 kN 556 kN 654 kN - 845 kN -
Skyv inn i tomrommet 378 kN 369 kN 482 kN - kN 716 kN 801 kN 914 kN 934 kN
Masse / trykkforhold - - - - - - - -
Forhold mellom oksidasjonsmiddel og drivstoff 2.17 2.34 2,36 2.38
Forbrenningskammer trykk 54,8 bar 55 barer 58 barer 67,7 barer 97,2 barer 97,2 barer 110 barer 110 barer
massen av drivstoff brent / sekund 130,5 kg 133,16 kg 161,39 kg 157,95 kg 236,63 kg 236,63 kg 298,7 kg 273,7 kg
Utløserrapport 14.5 14.5 14.5 117 21.4 117 > 21.4 > 117
Utslippshastighet (tom) 3.041  m / s 2.829  m / s 2.981  m / s 3.355  m / s 3.040  m / s - - -
Utslippshastighet (på bakken) - - 2.622  m / s - 2.766  m / s - - -
Spesifikk impuls (tom) 295 sekunder 282 sekunder 304,4 sekunder - 308,4 sekunder 345 sekunder 312 sekunder -
Spesifikk impuls (på bakken) 252 til 269 sekunder 248 sekunder 266,5 sekunder 358,8 sekunder 281,7 sekunder - 288,37 sekunder 347,9 sekunder
Dysekjøling ablativt belegg parafin avkjølt
En annen funksjon - - - - Justerbar trykk fra 70 til 100%
bruk - 1 st  Floor Falcon 1 1 st  scenen Falcon 1
1 st  scenen Falcon 9 V1.0		 2 nd fl. F9 V1.0 1 st fl. F9 V1.1 2 nd fl. F9 V1.1 1 st fl. F9 V1.1FT
Falcon Heavy		 2 nd fl. F9 V1.1 FT
Falcon Heavy
Status - produksjonen stoppet produksjonen stoppet produksjonen stoppet produksjonen stoppet produksjonen stoppet i produksjon

Se også

Relaterte artikler

Ekstern lenke

Merknader og referanser

  1. (in) Patrick Blau, "  Falcon 9 FT (Falcon 9 v1.2)  " på spaceflight101.com (åpnet 13. februar 2018 )
  2. (de) Bernd Leitenberger, "  Merlin  " , på bernd-leitenberger.de (åpnet 29. september 2013 )
  3. "  SpaceX fullfører utviklingen av Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine  " , Business Wire,13. november 2007
  4. "  SpaceX fullfører utviklingen av Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine  " , SpaceX,13. november 2007(åpnet 12. mars 2009 )
  5. "  SpaceX fullfører kvalifiseringstesting av Merlin regenerativt avkjølt motor for Falcon 1 Rocket  " , SpaceX,25. februar 2008
  6. "  Brukerhåndbok for Falcon 1 (Rev 7)  " [PDF] , SpaceX,26. august 2008, s.  8
  7. Chris Bergin og Davis, Matt, “  SpaceX Falcon I mislykkes under første etappe-flyging  ” , NASA
  8. Clark Stephen, "  Søt suksess til slutt for Falcon 1-rakett  " , Spaceflight Now,28. september 2008(åpnet 28. september 2008 )
  9. (in) SpaceX '  Falcon 9 brukerhåndbok  " ,2009
  10. "  SpaceX Falcon 9 øvre trinnsmotor fullfører fullstendig avfyring.  " , SpaceX,10. mars 2009(åpnet 12. mars 2009 )
  11. (in) Full Varighet Orbit Insertion Firing  (2. januar 2010) SpaceX.
  12. (i) Norbert Brugge, "  The evolution of the SpaceX Merlin-1 engine (and parameter)  " on Spacerockets (åpnet 13. februar 2018 )