Nowe silniki w amerykańskich rakietach

0

Rok 2014 przyniósł sporo wydarzeń związanych z lotami kosmicznymi oraz dał odpowiedzi na kilka pytań w zakresie rozwoju amerykańskiego przemysłu rakietowego.


Nic tak nie zelektryzowało osób zainteresowanych technologią kosmiczną jak spektakularna eksplozja rakiety Antares tuż po starcie, co wydarzyło się 28 października 2014 roku. Przyczynę awarii upatruje się w urządzeniach związanych z silnikami zastosowanymi w 1 stopniu rakiety. Firma Orbital Sciences Corporation montowała do tej pory 2 lekko zmodyfikowane silniki NK-33 (pod nazwą AJ-26), pochodzące jeszcze z radzieckiej rakiety N1, która okazała się konstrukcyjną porażką.

Wielu specjalistów uznaje silniki NK-33 za jedne z najlepszych w swojej klasie, co biorąc pod uwagę zakładane parametry, może mieć swoje uzasadnienie. Przez lata jednak te rzekomo wspaniałe silniki rakietowe nie doczekały się spektakularnego sukcesu i jeśli znajdują zastosowanie, to użytkowane są egzemplarze zalegające w magazynach od czasu zakończenia programu księżycowej rakiety N1 (ostatni próbny lot 23 listopada 1972, zakończony eksplozją). Oprócz zespołów po 2 silniki AJ-26 także Rosjanie planują wykorzystanie NK-33 w rakiecie Sojuz-2-1v („lekkim” wariancie rakiety Sojuz), której jak na razie odbył się 1 lot próbny – 28 grudnia 2013 r.

Eksplozja rakiety Antares-130, 28 października 2014

Eksplozja rakiety Antares-130, 28 października 2014 / Credit: NASA

Wracając do samej rakiety Antares i jej ostatniej katastrofy, to rok 2015 przyniesie nam odbudowę platformy startowej, która została jedynie w niewielkim stopniu uszkodzona. Sama rakieta przejdzie o wiele bardziej znaczną przebudowę. Władze spółki Orbital zadeklarowały niedługo po eksplozji, że stracono zaufanie do silnika AJ-26 i nastąpi zmiana napędu. Ogłoszono, że zostanie zastosowany jednokomorowy silnik RD-181, w każdej rakiecie po 2 sztuki, silnik jest produkowany w Rosji, w zakładach NPO Energomash. Inne źródło (agencja ITAR-TASS) podaje, że będzie to silnik RD-193, będący najnowszym wariantem (w skrócie – uproszczoną wersją) także jednokomorowego silnika RD-191, stosowanego w rakiecie Angara. Jakkolwiek by nie było, został wybrany silnik należący do rodziny z powodzeniem stosowanej w wielu rakietach na całym świecie (np. Zenit, Atlas 5, Angara). Para takich silników będzie miała znacząco większy ciąg od pary AJ-26, co zwiększy udźwig rakiety Antares i pozwoli transportować więcej towarów na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) w ramach kontraktu firmy Orbital z NASA. Próby z nowym typem silnika planowane są już na 2015 rok, by rozpocząć regularne loty w 2016 roku.

Niezależnie od trudności z jakimi boryka się firma Orbital w USA od lat trwa dyskusja, jak zastąpić rosyjskie silniki RD-180, które z takim powodzeniem napędzają rakiety Atlas 5. W obecnej sytuacji geopolitycznej ta dyskusja znacząco nabrała tempa przez rok 2014. Obustronne sankcje USA-Rosja mogą, w ocenie wielu, wpłynąć na ciągłość amerykańskiego programu kosmicznego, którego rakieta Atlas 5 jest bardzo ważnym elementem. Ta rakieta bowiem, ze względu na swoje parametry, jest wykorzystywana do wielu celów, w tym wynoszenia satelitów wojskowych oraz sond międzyplanetarnych.

W tym miejscu pojawia się firma Blue Origin, która od kilku lat (początki prac szacuje się na rok 2011) pracuje nad silnikiem BE-4, będącym następcą silnika BE-3. W drugiej połowie 2014 roku do tego projektu dołączyła firma United Launch Alliance, będąca operatorem rakiet Atlas 5 i Delta 4.

Kooperacja ma doprowadzić do wyprodukowania silnika BE-4, którego 2 sztuki będą mogły być zastosowane jako napęd 1 stopnia rakiety Atlas 5, co powinno nastąpić na przestrzeni najbliższych kilku lat (wspomina się rok 2019, pierwsze testy w 2016). BE-4 ma mieć ciąg na poziomie 2400 kN, co przy obecnie stosowanym silniku RD-180 o ciągu ok. 4100 kN i użyciu 2 sztuk da zapas ciągu. W ten sposób zostanie osiągnięty cel, jakim jest posiadane współczesnego, nowoczesnego silnika którym można zastąpić importowane RD-180 (dawno temu myślano nad „zamerykanizowaniem” RD-180, ale skończyło się jedynie na zapowiedziach).

Pierwszy człon rakiety Atlas V z silnikiem RD-180 / Credits: NASA

Pierwszy człon rakiety Atlas V z silnikiem RD-180 / Credits: NASA

Najciekawsze jest jednak zastosowane paliwo w BE-4 (poprzednik – BE-3 jest silnikiem na ciekły wodór), którym ma być metan w postaci ciekłej, czyli LNG. Jest to paliwo powszechnie znane, mające kilka zalet nad naftą. Wartą odnotowania zaletą jest brak konieczności stosowania innych gazów (helu) w celu „utrzymania paliwa na dnie zbiornika i utrzymania właściwego ciśnienia w zbiorniku” oraz koszt użycia. W czasach, gdy LNG jest powszechnie znane, transportowane a technologia skraplania jest bardzo dobrze rozwinięta, stanowi to niewątpliwą zaletę.

Na koniec tego krótkiego przeglądu warto odnotować, co dzieje się w firmie SpaceX, która samodzielnie konstruuje silniki na paliwo ciekłe i z powodzeniem stosuje je we własnych rakietach Falcon. Rok 2014 przyniósł kolejne wieści w zakresie prac nad nowym silnikiem, zwanym Raptor, który docelowo ma napędzać rakiety startujące na Marsa. Aktualnie SpaceX wykorzystuje silniki Merlin w wersji 1D, mające ciąg 650 kN każdy, co wymusza stosowanie grup silników, po 9 sztuk w rakiecie Falcon 9, co daje ok. 5800 kN ciągu 1 stopnia rakiety.

Z wypowiedzi pracowników SpaceX wynika, że nie są to maksymalne osiągi tego silnika i może on dysponować ciągiem do ok. 730kN. Już nawet obecnie Falcon 9 (w wersji 1.1) ma za duży ciąg i udźwig do towarowych misji zaopatrzeniowych do ISS i nawet przy awarii 1-2 silników można wykonać pełen zakres lotu. Mimo, iż planuje się starty rakiet Falcon Heavy z zastosowaniem 27 silników w 1 stopniu rakiety (potrójny 1 stopień rakiety) to SpaceX od dawna pracuje nad potężniejszym silnikiem, co pozwoli zwiększyć masę ładunków i ograniczyć liczbę silników uruchamianych podczas startu.

Wizualizacja startu Falcon Heavy / Credits: SpaceX

Wizualizacja startu Falcon Heavy / Credits: SpaceX

Tak powstaje Raptor, silnik wg najnowszych doniesień na paliwo metanowe (prawdopodobnie w postaci LNG) o szacowanym ciągu na poziomie 6900 kN dostępnym „na poziomie morza”. Zgodnie z tymi zapowiedziami będzie to silnik o ciągu większym niż miał silnik F-1 stosowany w rakietach Saturn 5. Pierwsze testy miały już się odbyć, jednak bardziej rozbudowany program badań i prób musi być poprzedzony przebudową stanowiska testowego, by było ono zdolne wytrzymać większy ciąg silnika. W ramach prób docelowo jeden silnik ma zastąpić zespoły 9 silników w rakietach Falcon przy lotach na orbitę okołoziemską i znaleźć się także w potężnej rakiecie Mars Colonial Transporter (MCT).

(NSF, PFA, Kosmonauta.net)

Przekaż dalej

Komentarze są wyłączone.