Merlin (ракетный двигатель)

У этого термина существуют и другие значения, см. Merlin (значения).

Merlin (Мерлин)
ЖРД «Мерлин 1А» SpaceX.
Тип:	ЖРД
Топливо:	керосин
Окислитель:	жидкий кислород
Камер сгорания:	1
Страна:	США
Использование:
Время эксплуатации:	2006 г - используется
Применение:	«Фалькон 1», «Фалькон 1е» (1-я ступень) «Фалькон 9», «Фалькон Хэви» (все ступени)
Развитие:	Мерлин: «1А»; «1В»; «1С»; «Вакуум»; «1D»
Производство:
Конструктор:	SpaceX, США
Массогабаритные характеристики
Диаметр:	1 250 мм
Рабочие характеристики
Тяга:	Вакуум: 49.2 тс Ур.моря: 43.1 тс
Удельный импульс:	Вакуум: 304.8 c (2990 м/c)[1] Ур.моря: 266 c (2609 м/c)[1]
Время работы:	170 c
Давление в камере сгорания:	6.77 MPa (67 атм.)[1]
Степень расширения:	14.5
Тяговооружённость:	92

«Ме́рлин» (англ. Merlin) — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании SpaceX, США. Предназначен для использования на ракетах семейства «Фалькон». РН «Фалькон 9» использует этот двигатель на первой и второй ступенях, «Фалькон 1» использует один «Мерлин» на первой ступени, один из проектов SpaceX — РН «Фалькон 1e» должна использовать его также на первой ступени. В самом мощном проекте SpaceX — РН «Фалькон Хэви» — предполагается использование 28-ми двигателей Мерлин на всех ступенях. ЖРД «Мерлин» открытого цикла. В качестве горючего используется керосин, окислителем является жидкий кислород. Двигатель предполагается использовать повторно после приводнения и спасения отработавшей ступени в море.

Штифтовая форсунка была использована впервые в программе «Аполлон» НАСА на двигателе посадочной ступени лунного модуля, который являлся одним из наиболее критических сегментов этой программы. Аналогичная используется в камере сгорания «Мерлина». Компоненты топлива подаются через расположенный на одной оси турбонасос с двойной крыльчаткой. 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 ее функционирование в течение всего времени работы ЖРД «Мерлин».

Варианты двигателя

На 2009 год производились три версии ЖРД «Мерлин». Двигатель для РН «Фалькон 1» использует для управлением по крену перемещаемый выхлопной патрубок ТНА. ЖРД «Мерлин» в варианте для «Фалькон 9» практически идентичен по конструкции за исключением фиксированной системы выхлопа. «Мерлин» также используется на второй ступени ракеты-носителя. В этом случае двигатель снабжен соплом с бо́льшим коэффициентом расширения, которое оптимизировано для работы в вакууме, и имеет диапазон дросселирования в диапазоне 60-100 %.^[2]

Мерлин 1A

Исходная версия двигателя «Мерлин 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 полета^[3][4], второй раз 24 марта 2007 года, когда он отработал успешно. В обоих случаях двигатель использовался на «Фалькон 1».^[5][6]

Мерлин 1В

ЖРД «Мерлин 1В» — усовершенствованная версия, разрабатывавшаяся SpaceX для РН «Фалькон 1». Должен был иметь увеличенную до 39 тс тягу по сравнению с 35 тс у «Мерлина 1А». Мощность основной турбины увеличена с 1 490 кВт до 1 860 кВт. «Мерлин 1В» планировалось использовать на тяжелой РН «Фалькон 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 «Мерлин 1С». Разработка прекращена.^[5][6]

Мерлин 1С

ЖРД «Мерлин 1C» использует регенеративно охлаждаемое сопло и камеру сгорания, прошел наземные испытания длительностью 170 с (время работы в полете) в ноябре 2007 года.^[7][8]

В случае использования на РН «Фалькон 1», «Мерлин 1C» имел тягу на уровне моря 35.4 тс и в вакууме 40.8 тс, удельный импульс в вакууме составляет 302.5 с. Потребление компонентов топлива этим двигателем составляет 136 кг/с. Для одного «Мерлин 1C» были проведены испытания общей продолжительностью 27 мин, что десятикратно превосходит время работы ЖРД в ходе полета «Фалькон 1».^[9]

ЖРД «Мерлин 1C» был впервые использован для неудачного третьего полета РН «Фалькон 1». При обсуждении неудачи глава SpaceX Элон Маск отметил, что «полет первой ступени с установленным новым „Мерлин 1C“, который будет использоваться на РН „Фалькон 9“, прошел идеально.»^[10] Двигатель использовался в четвертом удачном полете «Фалькон 1» 28 сентября 2008 года.^[11]

Мерлин Вакуум

10 марта 2009 года SpaceX информировала в пресс-релизе об успешном испытании ЖРД «Мерлин Вакуум». Двигатель основывается на «Мерлин 1C», но имеет большую степень расширения сопла для оптимизации работы в вакууме,^[1] которое охлаждается переизлучением тепла. Тяга двигателя в вакууме составляет 42 тс и удельный импульс 342 с.^[12]

Дополнительные замечания

Так как варианты ЖРД «Мерлин 1C» и «Мерлин Вакуум» проходят программу испытаний и модернизации, параметры, публикуемые сейчас^[13] (например, в таблице вверху справа), отличаются от данных, заявленных по этим двигателям изначально. Следует ожидать дальнейшего улучшения данных по тяге и удельному импульсу.

См. также

• SpaceX
• Семейство ракет «Фалькон»
• Ракета-носитель «Фалькон 1»
• Ракета-носитель «Фалькон 9»
• ЖРД открытого цикла

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} LOW-COST LAUNCH OPPORTUNITIES PROVIDED BY THE FALCON FAMILY OF LAUNCH VEHICLES
2. ↑ Aaron Dinardi; Peter Capozzoli; Gwynne Shotwell Low-cost Launch Opportunities Provided by the Falcon Family of Launch Vehicles (pdf) (1 October 2008). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
3. ↑ Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut, Space.com (19 июля 2006).
4. ↑ Demo flight two update, Space.com (19, January 2007).
5. ↑ ^{1 2} SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9. Wired Science (12 ноября 2007). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012. Проверено 28 февраля 2008.
6. ↑ ^{1 2} SpaceX has magical goals for Falcon 9. Nasa Spaceflight (5 августа 2006).(недоступная ссылка — история) Проверено 28 февраля 2008.
7. ↑ SpaceX Completes Development of Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine. Business Wire. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
8. ↑ SPACEX COMPLETES DEVELOPMENT OF MERLIN REGENERATIVELY COOLED ROCKET ENGINE. SpaceX. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012. Проверено 12 марта 2009.
9. ↑ SpaceX Completes Qualification Testing of Merlin Regeneratively Cooled Engine for Falcon 1 Rocket. SpaceX (25 февраля 2008). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
10. ↑ Bergin, Chris; Davis, Matt SpaceX Falcon I fails during first stage flight.(недоступная ссылка — история)
11. ↑ Ray, Justin Mission Status Center  (англ.). Spaceflight Now (28 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012. Проверено 28 сентября 2008.
12. ↑ SpaceX Falcon 9 upper stage engine successfully completes full mission duration firing.  (англ.). SpaceX (10 марта 1009). Архивировано из первоисточника 30 марта 2012. Проверено 12 марта 2009.
13. ↑ SpaceX Merlin Engine. SpaceX. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.

• Race for Next Space Prize Ignites: Wired article describing successful test firing

Ссылки

• Space Exploration Technologies Corporation