Raptor ożył. Pierwszy rozruch pełnowymiarowej wersji nowego silnika SpaceX

Szumnie zapowiadany inauguracyjny rozruch pełnoskalowej wersji nowego silnika SpaceX doszedł do skutku wieczorem 3 lutego br. w ośrodku doświadczalnym firmy w miejscowości McGregor, położonej nieopodal miasta Waco w Teksasie. W czasie zaledwie dwusekundowej pracy na poziomie 60 proc. swojej deklarowanej wydajności Raptor wygenerował siłę ciągu przekraczającą 1,16 MN (czyli wartość odpowiadającą udźwigowi 116 ton masy roboczej). Jest to wynik, jakiego nie osiągnął wcześniej żaden z dotąd wyprodukowanych silników rakietowych firmy astronautycznej Elona Muska. Wciąż jednak pozostający daleko poniżej niezbędnych 170 ton udźwigu, jakie powinien zapewnić każdy z 31 silników projektowanego segmentu głównego rakiety nośnej Super Heavy.

Niedługo potem, rankiem 7 lutego br., na profilach Elona Muska w mediach społecznościowych pojawiła się jednak informacja o ponownym próbnym odpaleniu Raptora, które pozwoliło poprawić otrzymane wcześniej rezultaty. Jak podano, drugie podejście zakończyło się uzyskaniem ciśnienia w komorze spalania na poziomie 257 barów oraz wartości siły ciągu przekraczającej 1,687 MN (172 tony), właściwie dopełniając kluczowego wymogu efektywności dla jednostki napędowej systemu Super Heavy. Choć nie ujawniono, jak długo testowany Raptor pracował w czasie drugiego rozruchu, ani w jakim stopniu był wówczas obciążony, podkreślono uzyskanie dobrego wyniku pomimo braku schłodzenia mieszanki paliwowej (sugerując, że kriogeniczny materiał pędny powinien zapewnić dodatkowe 10 do 20 procent skoku wydajności silnika).

Docelowym zakresem oczekiwań względem operacyjnej wersji silnika Raptor są parametry na poziomie 2 MN ciągu (przy 2,5 MN dla wersji obsługującej górny segment superciężkiego systemu nośnego) oraz 300 barów ciśnienia gazów w komorze spalania. Mieszanką paliwową wykorzystywaną do generowania ciągu będzie charakterystyczna kombinacja ciekłego metanu i ciekłego tlenu (methalox), oferująca kompromis między zapewnieniem jak najwyższych parametrów efektywności spalania (m.in. wysokiego impulsu właściwego) a kryteriami bezpiecznego napędzania oraz stopniem skomplikowania użycia i produkcji materiału pędnego (zakłada się na przyszłość pozyskiwanie metanu z surowców dostępnych na Marsie).

Raptor, przeznaczony do napędzania obydwu segmentów systemu nośnego Super Heavy (pojazd Starship, pełniący rolę górnego członu, będzie korzystał z 7 takich silników), działa w oparciu o cykl spalania etapowego z pełnym przepływem (FFSCC – Full Flow Staged Combustion Cycle). Jego specyfiką jest zastosowanie dwóch układów wstępnego spalania (preburner) w cyklu zamkniętym, do których trafia osobno część paliwa i utleniacza w postaci silnie nasyconych gazów, zasilających działanie dwóch oddzielnych turbopomp przed wtłoczeniem mieszanki do głównej komory silnika. Pozwala to turbinom pracować w warunkach niższej temperatury, zmniejszając obciążenie kluczowych podzespołów i wydłużając ich żywotność. Kosztem takiego działania jest wyższy stopień technicznego skomplikowania silnika.

Raptor jest przedstawiany jako pierwszy tego typu mechanizm działający w oparciu o dwie komory wstępnego spalania, osobno dla utleniacza i paliwa. Nie jest to jednak pierwszy w ogóle projekt silnika integrującego zamknięty cykl spalania etapowego. Jak dotąd na świecie powstały dwie inne takie konstrukcje – radziecki RD-270, zaprojektowany jeszcze w latach 60. XX wieku oraz demonstrator technologiczny firmy Aerojet Rocketdyne z lat 2000 (Intergated Powerhead Demonstrator). Jak dotąd jednak żaden napęd tego typu nie wszedł do użycia.

Pierwsze loty testowe z użyciem Raptora mogą nastąpić już w perspektywie 2020 roku. Na ten termin SpaceX zaplanował przystąpienie do prób powietrznych trójsilnikowego prototypu pojazdu Starship (Starhopper). Sam Elon Musk przyznaje jednak, że wypełnienie tego harmonogramu jest bardzo ambitnym zamierzeniem. Docelowo cały system nośny ma być gotowy już w 2023 roku do przeprowadzenia kluczowego załogowego lotu w kierunku księżyca z japońskim miliarderem Yusaku Maezawa i ośmioma innymi pasażerami na pokładzie.