רפטור (מנוע רקטי)

רַפְּטוֹר () הוא מנוע רקטי מתוצרת חברת החלל SpaceX, המאפשר שימוש חוזר פעמים רבות. על מנת לעמוד בדרישה זו רפטור כולל טכנולוגיות שלא נעשה בהן שימוש רחב לפני כן – הצתה בשלבים ודלק קריוגני.

הדלק למנוע הוא מתאן, גם בכך מנוע רפטור סולל דרך חדשה כמנוע המתאן־חמצן הראשון שמגיע לניסויים בשיגורים של ממש. צירוף החידושים משמעותו פיתוח מורכב שנדרש לפתור סוגיות רבות שטרם התמודדו איתן.

הבחירה בדלק מתאן נעשתה על מנת לאפשר תדלוק של סטארשיפ על גבי מאדים. ניתן להפיק מתאן על פני מאדים בתהליך פישר־טרופש . מדובר באחד העוגנים המרכזיים של תוכנית "הישר למאדים" שאותה פיתחה אגודת מאדים בהובלת רוברט זוברין ונאס"א דחתה. ללא אפשרות תדלוק על מאדים, משימה למאדים תדרוש משגר עצום בגדלו, משגר שיגמד כל משגר שנבנה עד כה, ניתן לבנייה אך ורק במסלול ועלותו מאות מיליארדי דולרים לכל שיגור. עלות גבוהה זו גרמה עד כה לפסילת כל התוכניות המאוישות אל מאדים, ורק גישה מהפכנית כמו זו של פיתוח רפטור תאפשר משימה מאוישת שתקבל את אישור הקונגרס.

רפטור מיועד להיות המנוע של המשגר הכבד־מאד סטארשיפ. הוא מיועד להבנות בכמה גרסאות – אטמוספירית לשימוש לפני הגעה לריק החלל, גרסה מותאמת לפעולה בריק, וגרסאות עם ובלי ניהוג וקטורי (שינוי כיוון הפליטה).

מנוע רפטור משלב שתי טכנולוגיות מתקדמות. הצתה בשלבים היא שימוש בדלק הרקטי עצמו על מנת להניע את משאבות הדלק והחמצן. מערך המשאבות המתקבל מכיל פחות חלקים נעים – ועל כן אמין יותר – ולא דורש מקור אנרגיה נוסף להנעת המשאבות – ועל כן חוסך משקל ומאפשר יחס דחף־משקל גבוה יותר. רפטור הוא המנוע הראשון שמיישם עיקרון זה באופן מלא, כלומר לשאיבה גם של הדלק וגם של המחמצן. דלק קריוגני הוא שימוש בחומר דלק גזי שקורר לטמפרטורות נמוכות מאוד. במצב זה הדלק הרקטי הוא בעל צפיפות אנרגיה גבוהה באופו משמעותי מדלק נוזלי מקובל כגון קרוסין וכך מאפשר מתקף סגולי גבוה יותר. שילוב הטכנולוגיות מוביל לכך שהלחץ המופק ברפטור גבוה במידה ניכרת מכל מנוע רקטי שקדם לו.
ממוזער|סכימת הפעולה של רפטור – דלק מתאן בקירור־על, והנעת המשאבות בבעירה מקדימההצהרות על פיתוח רפטור נאמרו כבר ב־2009, אבל נראה שמאמץ הפיתוח הרציני החל רק ב־2012, לאחר שמאסק הצהיר שהוחלט שרפטור ישתמש בדלק מתאן קפוא. ניסויים במערכת הזרקת הדלק החלו ב־2014, ולקראת סוף 2015 התקדמו עד ניסויים של כל מערכת ההצתה המוקדמת בשלמותה. ניסוי מלא של הגרסה האטמוספירית של המנוע עבר בהצלחה בנמל החלל בוקה צ'יקה ביולי 2019. רפטור התקדם מעבר לשלב הפיתוח כיחידה נפרדת והוא משמש בפועל בניסויי השיגור של המשגר סטארשיפ.

בסדרת ניסויים אבות הטיפוס SN, התגלה שבעוד עיצוב רפטור כמנוע עצמאי עבד כמעט ללא דופי, סוגיית בקרה מוצלחת של הספקת המתאן דורשת התגברות על בעיות רבות, ונעשו מאות שינויים במערך הצינורות והמשאבות. הניסוי המוצלח של האבטיפוס SN15 מסמן מעבר לאתגר הבא של מנועי רפטור – שיגור מלא לחלל ותפקוד בתנאי ריק.
ממוזער|ניסוי הצתה מלאה של מנוע רַפְּטוֹר, ספטמבר 2016

 עיצוב 
 דלקים 
ה-Raptor מיועד לדלקים קריוגניים עמוקים - נוזלים המקוררים קרוב לנקודות הקיפאון שלהם, ולא קרוב לנקודות הרתיחה שלהם, כפי שמקובל למנועי רקטות קריוגניים. דלקים מקוררים בתת-קירור הם צפופים יותר, מה שמגדיל את מסת הדלק לנפח כמו גם את ביצועי המנוע. הדחף הסגולי גדל, והסיכון לקוויטציה בכניסות למשאבות הטורבו מצטמצם עקב קצב זרימת מסת דלק גבוהה יותר ליחידת כוח שנוצרת. קוויטציה (בועות) מפחיתה את זרימת/לחץ הדלק ויכולה להרעיב את המנוע, תוך שחיקה של להבי הטורבינה. יחס המחמצן לדלק של המנוע הוא כ-3.8 ל-1. דלק מתאן-חמצן נשרף בצורה נקייה יחסית, מה שמפחית את הצטברות הפחמן במנוע.

 קישורים חיצוניים 

קטגוריה:מנועים רקטיים
קטגוריה:מוצרי SpaceX