Мерлин (ракетный двигатель) — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Merlin (значения).
Merlin 1D
ЖРД «Merlin 1D» SpaceX.
ЖРД «Merlin 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 «Falcon 1», «Falcon 1е» (1-я ступень)
«Falcon 9», «Falcon 9 1.1» «Falcon Heavy» (все ступени)
Развитие Merlin:
«1А»; «1В»; «1С»; «Vacuum 1С»; «1D»; «Vacuum 1D»
Производство
Конструктор SpaceX, США
Массогабаритные
характеристики
Масса 450-490 кг (сухая)[2]
Рабочие характеристики
Тяга Вакуум: 914 кН [3]
Ур.моря: 852.2 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 179.8 [4]
Зажигание Химическое (смесь триэтилалюминия и триэтилбора)[2]
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Merlin ([ˈmərlən], merlin с англ. — «дербник») — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании SpaceX (США). В качестве топлива используется пара керосин-кислород. Двигатель используется многократно, после приземления первой ступени на космодром, или плавучую морскую платформу (ASDS).

Предназначен для использования на ракетах-носителях (РН) семейства «Falcon». РН «Falcon 9» использует этот двигатель на первой и второй ступенях, «Falcon 1» использует один «Merlin» на первой ступени, планировалось использование в проекте «Falcon 1e». На ракете-носителе «Falcon Heavy» используется 27 двигателей Merlin на трёх блоках первой ступени и 1 двигатель на второй ступени.

Разработка[править | править код]

Конструкция[править | править код]

ЖРД «Merlin» — открытого цикла. В качестве горючего используется керосин, окислителем является жидкий кислород.

На двигателе «Merlin» используются штифтовые форсунки. Такой тип форсунок впервые был применен в программе «Аполлон» НАСА на двигателе посадочной ступени лунного модуля, который являлся одним из наиболее критических сегментов этой программы. Компоненты топлива подаются через расположенный на одной оси турбонасос с двойной крыльчаткой (разработки и производства Barber-Nichols[5]). 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 её функционирование в течение всего времени работы ЖРД «Merlin».

Варианты двигателя[править | править код]

На 2009 год производились три версии ЖРД «Merlin». Двигатель для РН «Falcon 1» использует для управления по крену перемещаемый выхлопной патрубок ТНА. ЖРД «Merlin» в варианте для «Falcon 9» практически идентичен по конструкции за исключением фиксированной системы выхлопа. «Merlin» также используется на второй ступени ракеты-носителя. В этом случае двигатель оснащён соплом с бо́льшим коэффициентом расширения, которое оптимизировано для работы в вакууме, и имеет систему дросселирования в диапазоне 60—100 %.[6]

Merlin 1A[править | править код]

Исходная версия двигателя «Merlin 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 полёта[7][8], второй раз 24 марта 2007 года, когда он отработал успешно. В обоих случаях двигатель использовался на «Falcon 1».[9][10]

Merlin 1В[править | править код]

ЖРД «Merlin 1В» — усовершенствованная версия, разрабатывавшаяся SpaceX для РН «Falcon 1». Должен был иметь увеличенную до 39 тс тягу по сравнению с 35 тс у «Merlin 1А». Мощность основной турбины увеличена с 1 490 кВт до 1 860 кВт. «Merlin 1В» планировалось использовать на тяжёлой РН «Falcon 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 «Merlin 1С». Разработка прекращена.[9][10]

Merlin 1С[править | править код]

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

В случае использования на РН «Falcon 1», «Merlin 1C» имел тягу на уровне моря 35,4 тс и 40,8 тс в вакууме, удельный импульс в вакууме составляет 302,5 с. Потребление топлива этим двигателем составляет 136 кг/с. Для одного «Merlin 1C» были проведены испытания общей продолжительностью 27 мин, что десятикратно превосходит время работы ЖРД в ходе полёта «Falcon 1».[13]

ЖРД «Merlin 1C» был впервые использован для неудачного третьего полёта РН «Falcon 1». При обсуждении неудачи глава SpaceX Илон Маск отметил, что «полёт первой ступени с установленным новым «Merlin 1C», который будет использоваться на РН «Falcon 9», прошёл идеально.»[14] Двигатель использовался в четвёртом удачном полёте «Falcon 1» 28 сентября 2008 года.[15]

Merlin 1С Vacuum[править | править код]

Двигатель является модификацией «Merlin 1C» и устанавливался на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.0. Для улучшения работы в вакууме имеет большую степень расширения сопла,[16] которое охлаждается переизлучением тепла. В вакууме двигатель имеет тягу 42 тс и удельный импульс 342 с[17]. 10 марта 2009 года SpaceX сообщила в пресс-выпуске об успешном испытании ЖРД «Merlin 1C Vacuum».

Merlin 1D[править | править код]

ЖРД Merlin 1D является модернизацией двигателя Merlin 1C. Устанавливается на первую ступень ракет Falcon 9 v1.1. Тяга на уровне моря — 66,6 тс, в вакууме — 73,4 тс. Тяговооружённость 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, предполагается — 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 полёта 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, задел двигателя позволяет увеличить тягу на уровне моря c 666 до 730 кН[21].

Merlin 1D Vacuum[править | править код]

Двигатель является модификацией Мерлин 1D и устанавливается на вторую ступень ракет Falcon 9 v1.1. В отличие от базовой модели, имеет степень расширения сопла 117 для улучшения работы в вакууме. Сопло охлаждается переизлучением тепла. Тяга двигателя в вакууме составляет 80 тс (801 кН), удельный импульс — 340 с[22] (по другим данным — 347с[23]). Время работы двигателя во время полёта — до 375 с[24]. Впервые был использован при запуске 29 сентября 2013 года.

Merlin 1D+[править | править код]

Форсированная версия двигателя 1D. Устанавливается на первые ступени ракет Falcon 9 FT и Falcon Heavy. Повышено давление в камере сгорания за счёт использования переохлажденных топлива (до -7°C) и окислителя (до -207°C)[25][26][27][28]. Тяга двигателя увеличена на 8 % с 780 кН (78 тс) до около 845 кН (84,5 тс) на уровне моря[29]. Благодаря этому, а также дополнительному количеству топлива в версии ракеты FT, максимальная грузоподъёмность на НОО повысилась до 22,8 т в одноразовом и 15,8 т в многоразовом варианте. На геопереходную орбиту Falcon 9 FT сможет поднимать до 8,3 тонн в одноразовом или около 5,5 тонн в многоразовом варианте. Таким образом, Falcon 9 перешёл в класс тяжёлых ракет-носителей.

Merlin 1D Vacuum +[править | править код]

Модификация двигателя 1D+ для установки на вторую ступень ракет Falcon 9 FT и Falcon Heavy. Эксплуатируется с 22 декабря 2015 года.

Характеристики линейки двигателей Merlin[23][править | править код]

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

(опытная)

Falcon 1

(усоверш.)

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

Falcon 9 FT Falcon 9 FT
Соотношение ЖК / 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 - 845 [30] -
Тяга в вакууме, кН 376 401 408 420 628 734 801 914 [30] 934 [31]
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 код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ SpaceX successfully launches debut Falcon 9 v1.1. Дата обращения: 16 февраля 2015. Архивировано 29 сентября 2013 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 http://www.spaceflight101.com/falcon-9-v11.html Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview
  3. ↑ 1 2 3 http://www.spacex.com/falcon9 Архивная копия от 5 августа 2014 на Wayback Machine Falcon 9
  4. ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 22 февраля 2020. Архивировано 18 апреля 2018 года.
  5. ↑ Rocket Engine Turbopumps | Barber-Nichols. Дата обращения: 3 июля 2020. Архивировано 3 июля 2020 года.
  6. ↑ Aaron Dinardi; Peter Capozzoli; Gwynne Shotwell.: Low-cost Launch Opportunities Provided by the Falcon Family of Launch Vehicles (pdf) (1 октября 2008). Дата обращения: 6 января 2010. Архивировано 30 марта 2012 года.
  7. ↑ "Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut". Space.com. 2006-07-19. Архивировано из оригинала 4 июня 2010. Дата обращения: 25 апреля 2009.
  8. ↑ "Demo flight two update". Space.com. 2007-01-19. Архивировано из оригинала 5 апреля 2020. Дата обращения: 25 апреля 2009.
  9. ↑ 1 2 SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9. Wired Science (12 ноября 2007). Дата обращения: 28 февраля 2008. Архивировано 30 марта 2012 года.
  10. ↑ 1 2 SpaceX has magical goals for Falcon 9. Nasa Spaceflight (5 августа 2006). Дата обращения: 28 февраля 2008. Архивировано из оригинала 25 сентября 2006 года.
  11. ↑ SpaceX Completes Development of Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine. Business Wire. Дата обращения: 12 ноября 2007. Архивировано из оригинала 30 марта 2012 года.
  12. ↑ SPACEX COMPLETES DEVELOPMENT OF MERLIN REGENERATIVELY COOLED ROCKET ENGINE. SpaceX. Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано из оригинала 30 марта 2012 года.
  13. ↑ SpaceX Completes Qualification Testing of Merlin Regeneratively Cooled Engine for Falcon 1 Rocket. SpaceX (25 февраля 2008). Дата обращения: 6 января 2010. Архивировано из оригинала 30 марта 2012 года.
  14. ↑ Bergin, Chris; Davis, Matt.: SpaceX Falcon I fails during first stage flight. Дата обращения: 4 сентября 2008. Архивировано из оригинала 6 августа 2008 года.
  15. ↑ Ray, Justin Mission Status Center (англ.). Spaceflight Now (28 сентября 2008). Дата обращения: 28 сентября 2008. Архивировано 30 марта 2012 года.
  16. ↑ LOW-COST LAUNCH OPPORTUNITIES PROVIDED BY THE FALCON FAMILY OF LAUNCH VEHICLES. Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано из оригинала 15 марта 2012 года.
  17. ↑ Falcon 9 v1.1 & F9R Launch Vehicle Overview (англ.). Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано из оригинала 30 марта 2012 года.
  18. ↑ FALCON 9. Дата обращения: 16 февраля 2015. Архивировано из оригинала 5 августа 2014 года.
  19. ↑ NASA, CNES Warn SpaceX of Challenges in Flying Reusable Falcon 9 Rocket. Дата обращения: 2 марта 2015. Архивировано 2 апреля 2015 года.
  20. ↑ Falcon_9
  21. ↑ Elon, Musk. "SES-8 Prelaunch Teleconference" (24 ноября 2013). Дата обращения: 1 марта 2015. Архивировано 7 декабря 2013 года.
  22. ↑ SpaceX Falcon 9 upper stage engine successfully completes full mission duration firing. (англ.). SpaceX (10 марта 1009). Дата обращения: 12 марта 2009. Архивировано из оригинала 30 марта 2012 года.
  23. ↑ 1 2 The evolution of the SpaceX Merlin-1 engine. Дата обращения: 1 марта 2015. Архивировано из оригинала 24 февраля 2015 года.
  24. ↑ FALCON 9. Дата обращения: 16 февраля 2015. Архивировано из оригинала 5 августа 2014 года.
  25. ↑ What is changing between the Merlin 1D engine and the uprated Merlin 1D+ engine? Дата обращения: 3 марта 2015. Архивировано 3 февраля 2015 года.
  26. ↑ Shit Elon Says - Transcript - SpaceX SES-8 Pre-Launch Conference. Дата обращения: 16 февраля 2015. Архивировано 16 февраля 2015 года.
  27. ↑ Elon Musk on Twitter. Twitter. Дата обращения: 18 декабря 2015. Архивировано 31 декабря 2015 года.
  28. ↑ Elon Musk on Twitter. Twitter. Дата обращения: 18 декабря 2015. Архивировано 18 декабря 2015 года.
  29. ↑ Caleb Henry. SpaceX aims to follow a banner year with an even faster 2018 launch cadence (англ.). Spacenews (21 ноября 2017). Дата обращения: 7 августа 2018. Архивировано 1 октября 2021 года.
  30. ↑ 1 2 Emily Shanklin. Merlin Engines (31 августа 2015). Дата обращения: 18 июля 2016. Архивировано 24 сентября 2015 года.
  31. ↑ spacexcmsadmin. Falcon 9 (16 ноября 2012). Дата обращения: 21 июля 2016. Архивировано из оригинала 5 августа 2014 года.

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Мерлин_(ракетный_двигатель)&oldid=128036744