Merlin (motore a razzo): differenze tra le versioni

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Vai alla navigazione Vai alla ricerca
Naviga nella cronologia in modo interattivo
← Differenza precedenteDifferenza successiva →
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
VisualeWikitesto
→‎Merlin 1D: ampliamento
Riga 57: Riga 57:
Gli obbiettivi raggiunti dal progetto furono un'aumentata affidabilità (è stata aumentata la resistenza alla fatica e la resistenza termica della camera di combustione e dell'ugello), migliori performance (spinta di 620 kN e un impulso specifico di 310 s), e una procedura di produzione più semplice (un numero inferiore di componenti e un tempo di assemblaggio minore).
Gli obbiettivi raggiunti dal progetto furono un'aumentata affidabilità (è stata aumentata la resistenza alla fatica e la resistenza termica della camera di combustione e dell'ugello), migliori performance (spinta di 620 kN e un impulso specifico di 310 s), e una procedura di produzione più semplice (un numero inferiore di componenti e un tempo di assemblaggio minore).


Quando sono state completate le procedure di qualifica nel giugno 2012, la SpaceX ha annunciato che il motore ha completato con successo un'accensione di prova della durata di una normale missione, 185 secondi, producendo una spinta di 650 kN e confermando il rapporto peso/potenza di 150. Nel novembre del 2012 la sezione dedicata al Merlin sulla pagina del Falcon 9 affermava che il motore aveva una spinta di 650 kN al al lancio e di 720 kN nel vuoto, mentre l'impulso specifico sarebbe rispettivamente di 282 s e 311 s, il motore avrebbe così il più alto impulso specifico mai raggiunto da un motore con un ciclo a generatore di gas alimentato con kerosene. Il 20 marzo 2013 la SpaceX ha annunciato che il Merlin 1D ha raggiunto la certificazione al volo. Nel giungo 2013 il primo Falcon 9 v1.1 a usare la versione 1D ha completato i test.
Quando sono state completate le procedure di qualifica nel giugno 2012, la SpaceX ha annunciato che il motore ha completato con successo un'accensione di prova della durata di una normale missione, 185 secondi, producendo una spinta di 650 kN e confermando il rapporto peso/potenza di 150. Nel novembre del 2012 la sezione dedicata al Merlin sulla pagina del Falcon 9 affermava che il motore aveva una spinta di 650 kN al al lancio e di 720 kN nel vuoto, mentre l'impulso specifico sarebbe rispettivamente di 282 s e 311 s, il motore avrebbe così il più alto impulso specifico mai raggiunto da un motore con un ciclo a generatore di gas alimentato con kerosene. Il 20 marzo 2013 la SpaceX ha annunciato che il Merlin 1D ha raggiunto la certificazione al volo. Nel giugno 2013 il primo Falcon 9 v1.1 a usare la versione 1D ha completato i test.


=== Merlin Vacuum (1D) ===
=== Merlin Vacuum (1D) ===

Versione delle 12:46, 16 gen 2017

Template:Infobox motore a razzo

Merlin è un motore a razzo sviluppato dalla SpaceX per i suoi lanciatori Falcon 1 e Falcon 9, inoltre è pianificato il suo utilizzo per il vettore Falcon Heavy. Utilizza come propellenti il cherosene RP-1 (una forma molto raffinata di cherosene) e l'ossigeno liquido in un ciclo a generazione di gas.

I propellenti sono iniettati attraverso un unico condotto da una turbopompa, che provvede anche a fornire il cherosene ad alta pressione per gli attuatori idraulici. Questo cherosene viene poi riciclato nell'entrata a bassa pressione, eliminando la necessità di un sistema idraulico separato; non è quindi possibile il blocco del controllo del vettore di spinta per mancanza di liquido idraulico.

Versioni

Merlin 1A

Il Merlin 1A è la prima versione di motore Merlin, e utilizza un ugello di scarico in materiale composito di fibra di carbonio economico, raffreddato ad ablazione e non recuperabile, produceva 340 kN di spinta. Questa versione ha volato solo due volte, entrambe sul primo stadio di un Falcon 1.[1][2] La prima il 24 marzo 2006, quando però prese fuoco a causa di una fuoriuscita di carburante poco dopo il lancio, che quindi fallì. Secondo un comitato governativo incaricato di indagare sull'accaduto, l'incidente è da imputarsi a un dado rotto.[3][4] Il secondo volo avvenne il 21 marzo 2007, e fu un successo.[5]

Merlin 1B

Il Merlin 1B era una versione migliorata del motore Merlin 1A. Il miglioramento delle turbopompe (che nonostante i miglioramenti pesavano ancora circa 70 kg) era stato affidato alla Barber-Nichols Inc.[6] ed era previsto il suo utilizzo per il Falcon 1, sarebbe stato in grado di produrre 380 kN di spinta.[7] I miglioramenti includevano una turbina migliorata (con una potenza di 1860 kW rispetto ai 1490 kW della versione 1A) che poteva raggiungere i 22000 rpm[8] e un ugello più grande.[7] Erano previsti iniettori di carburante molto più grandi sia per l'ossigeno liquido che per il cherosene.[7]

Anche il Falcon 5 avrebbe dovuto essere spinto da sei di questi motori, cinque al primo stadio e uno al secondo, al posto dei due Kestrel precedentemente pianificati, ma dopo le esperienze con i primi voli del Falcon 1 la SpaceX decise di passare allo sviluppo della Merlin 1C, che sfruttava il raffreddamento rigenerativo dell'ugello;[7] quindi il Merlin 1B non è mai stato utilizzato per un lanciatore.[9]

Merlin 1C

Il Merlin 1C è il primo Merlin a impiegare la tecnologia del raffreddamento rigenerativo[9] che con 45 kg di cherosene al secondo assorbe fino a 10 megawatt di energia termica dalle pareti della camera di combustione e dell'ugello per evitare che vengano distrutte dai gas caldi.[10] La turbopompa è la stessa del Merlin 1B con modifiche minori. Nel novembre 2007 è stato per la prima volta testato con un'accensione della durata di una missione nominale,[11] 170 secondi, e ha per la prima volta volato in una missione operativa nell'agosto 2008,[12] portando in orbita il primo veicolo a propellente liquido interamente finanziato da privati durante in quarto volo del Falcon 1,[12] mentre nel giugno 2010 portò in orbita il Falcon 9 v1.0 nel suo volo inaugurale.[13]

Un Merlin 1C era anche stato usato durante il terzo volo non riuscito del Falcon 1. Discutendo del fallimento Elon Musk affermò che il motore, che sarebbe dovuto essere usato anche sul nuovo Falcon 9, si era comportato perfettamente.

Secondo la configurazione usata per il Falcon 1, il Merlin 1C aveva una spinta al decollo di 350 kN, una spinta nel vuoto di 400 kN e un'ISP di 304 s. In questa configurazione ogni motore consumava 140 kg di propellenti al secondo. Prove di accensione hanno confermato che il motore può stare acceso per 27 minuti (sommando test diversi), che equivalgono a circa dieci voli di un Falcon 1.[9][14]

Il 7 ottobre 2012 il motore numero 1 della missione CRS-1 subì un'anomalia a 1:20 minuti dal decollo, subito dopo il punto di massima pressione dinamica, ulteriori indagini interne scoprirono che il motore si era spento a causa di una perdita di pressione ed era solo andata distrutta una protezione aerodinamica, generando i detriti visibili nel video del lancio; il motore non esplose, infatti i controllori di volo continuarono a ricevere i dati di telemetria durante il resto del volo. La missione primaria non fu affetta dall'anomalia, poiché da procedura i restanti otto motori sono stati in grado di aggiustare la traiettoria, ma il carico secondario non è riuscito a raggiungere l'orbita per via dell'alta probabilità che avevano di collidere con la ISS.[15][16]

La SpaceX progettava una versione da 560 kN del Merlin 1C da usare sul Falcon 9 block II e sul Falcon 1E. Questi lanciatori e questa versione furono abbandonati in favore del più avanzato Merlin 1D e del più potente Falcon 9 v1.1.[17]

Merlin 1C Vacuum

Un Merlin 1C Vacuum senza l'ugello

Nel marzo 2009 un comunicato SpaceX annunciò i test avvenuti con successo della versione Vacuum (Vuoto) del Merlin 1C, praticamente una versione del motore ottimizzata per il vuoto, con ugello significativamente più ampio per massimizzare l'espansione dei gas nel vuoto. La camera di combustione è raffreddata grazie al raffreddamento rigenerativo, mentre l'ugello, lungo quasi tre metri e costruito con una lega a base di niobio, sfrutta il calore radiante.[18] Il motore sviluppa una spinta nel vuoto di 411 kN[19] ed ha un ISP di 342 s. Il primo motore prodotto fu sottoposto a un test di accensione completa, della stessa durata di una normale missione (329 s), integrato a un secondo stadio di un Falcon 9 il 2 gennaio 2010[18] mentre ha volato per la prima volta sul volo inaugurale del Falcon 9 v1.0 il 4 giugno 2010. A piena potenza questo era il motore più efficiente prodotto negli Stati Uniti che utilizza come combustibile l'RP-1 è stato superato solo dalla versione 1D Vacuum del motore.[18]

Un test non programmato di un motore fu fatto nel dicembre 2010, poco prima del secondo volo del Falcon 9 furono scoperte due crepe sull'ugello del motore del secondo stadio.[20] La soluzione adottata dagli ingegneri fu di tagliare via il metro inferiore dell'ugello, poiché la performance extra non sarebbe stata necessaria per la missione. Anche con l'ugello accorciato il secondo stadio piazzò il carico ad un'altezza di 300 km.[21]

Merlin 1D

Il Merlin 1D è stato in sviluppo fino al 2012, ed è stato originariamente (nell'aprile 2011) progettato per fornire una spinta a livello del mare di 850 kN.[22] Durante la conferenza AIAA Propulsion Conference (un evento dell'American Institute of Aeronautics and Astronautics) del 2011 Tom Mueller della SpaceX ha rivelato che il motore avrebbe avuto una spinta nel vuoto di 690 kN, un vacuum specific impulse (Isp) di 310s e un rapporto di espansione di 16, invece che di 14.5 come nel Merlin 1C. Una nuova caratteristica di questo motore sarà la capacità di accelerare dal 100% al 70%; in questo modo si potrà regolare la spinta semplicemente diminuendo l'accelerazione dei motori, invece di spegnerli.[23][24] Le ultime versioni del motore erano in grado di diminuire la spinta fino al 40%.

Gli obbiettivi raggiunti dal progetto furono un'aumentata affidabilità (è stata aumentata la resistenza alla fatica e la resistenza termica della camera di combustione e dell'ugello), migliori performance (spinta di 620 kN e un impulso specifico di 310 s), e una procedura di produzione più semplice (un numero inferiore di componenti e un tempo di assemblaggio minore).

Quando sono state completate le procedure di qualifica nel giugno 2012, la SpaceX ha annunciato che il motore ha completato con successo un'accensione di prova della durata di una normale missione, 185 secondi, producendo una spinta di 650 kN e confermando il rapporto peso/potenza di 150. Nel novembre del 2012 la sezione dedicata al Merlin sulla pagina del Falcon 9 affermava che il motore aveva una spinta di 650 kN al al lancio e di 720 kN nel vuoto, mentre l'impulso specifico sarebbe rispettivamente di 282 s e 311 s, il motore avrebbe così il più alto impulso specifico mai raggiunto da un motore con un ciclo a generatore di gas alimentato con kerosene. Il 20 marzo 2013 la SpaceX ha annunciato che il Merlin 1D ha raggiunto la certificazione al volo. Nel giugno 2013 il primo Falcon 9 v1.1 a usare la versione 1D ha completato i test.

Merlin Vacuum (1D)

Si tratta di una versione del motore 1D adattata per operare nel vuoto, da utilizzare sul Falcon v1.1 e sul secondo stadio del Falcon Heavy.[24]

Produzione

Nell'agosto 2011, la SpaceX produceva i Merlin al ritmo di otto al mese;[24] nel settembre 2013 ha aumentato la superficie della fabbrica fino a quasi 93 000 metri quadrati, e di conseguenza la produzione a 40 motori all'anno.[25] Nell'ottobre 2014, SpaceX ha annunciato di aver prodotto il suo centesimo motore Merlin 1D, e di aver portato la produzione a 4 motori la settimana.

Sviluppi futuri

Raptor

Il Raptor è un progetto di motore a razzo ad alte prestazioni per lo stadio superiore dei vettori Falcon 9. Questo motore sarebbe spinto da metano e ossigeno liquidi, invece che da cherosene RP-1 e ossigeno liquido.[26] Il vantaggio in termini di spinta che comporterebbe l'utilizzo di questi propellenti permetterà di trasportare più massa in orbita ad ogni lancio. Se sviluppato, il Raptor sostituirà il Merlin Vacuum sui Falcon 9.

Note

  1. ^ Loretta Hidalgo Whitesides, SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9, su blog.wired.com, Wired Science, 12 novembre 2007. URL consultato il 28 febbraio 2008.
  2. ^ Braddock Gaskill, SpaceX has magical goals for Falcon 9, su nasaspaceflight.com, Nasa Spaceflight, 5 agosto 2006. URL consultato il 28 febbraio 2008.
  3. ^ Brian Berger, Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut, Space.com, 19 luglio 2006.
  4. ^ Findings of the Falcon return to flight board, SpaceX.com, 25 luglio 2006.
  5. ^ Demo Flight 2 Flight Review Update (PDF), su spacex.com, SpaceX, 15 giugno 2007.
  6. ^ (EN) Turbopumps Supplied By Barber-Nichols Power Falcon 9 Into Orbit, su www.barber-nichols.com. URL consultato il 9 settembre 2016.
  7. ^ a b c d (EN) Ed Kyle, SpaceX Falcon 9 Data Sheet, su www.spacelaunchreport.com. URL consultato il 9 settembre 2016.
  8. ^ (DE) Bernd Leitenberger, Das Merlin Triebwerk, su www.bernd-leitenberger.de. URL consultato il 9 settembre 2016.
  9. ^ a b c (EN) Under the Hood with the SpaceX Merlin Engine – Linux Academy Blog, su linuxacademy.com. URL consultato il 9 settembre 2016.
  10. ^ (EN) SpaceX, News [collegamento interrotto], su spacex.com, Dicembre 2007. URL consultato il 9 settembre 2016.
    «Merlin has a thrust at sea level of 95,000 lbs, a vacuum thrust of over 108,000 pounds, vacuum specific impulse of 304 seconds and sea level thrust to weight ratio of 92. In generating this thrust, Merlin consumes 350 lbs/second of propellant and the chamber and nozzle, cooled by 100 lbs/sec of kerosene, are capable of absorbing 10 MW of heat energy. A planned turbo pump upgrade in 2009 will improve the thrust by over 20% and the thrust to weight ratio by approximately 25%»
  11. ^ (EN) SPACEX COMPLETES DEVELOPMENT OF MERLIN REGENERATIVELY COOLED ROCKET ENGINE, su businesswire.com. URL consultato il 9 settembre 2016.
  12. ^ a b (EN) Stephen Clark, Successful launch for Falcon 1 rocket, su www.spaceflightnow.com, 28 settembre 2008. URL consultato il 9 settembre 2016.
  13. ^ (EN) Boyle Alan, Shuttle successor succeeds in first test flight, su nbcnews.com, 4 giugno 2010. URL consultato il 9 settembre 2016.
  14. ^ (EN) Merlin 1C, su www.astronautix.com. URL consultato il 9 settembre 2016.
  15. ^ (EN) spacexcmsadmin, SpaceX CRS-1 Mission Update, su spacex.com, 8 ottobre 2012. URL consultato il 9 settembre 2016.
  16. ^ (EN) Stephen Clark, Orbcomm craft falls to Earth, company claims total loss, su www.spaceflightnow.com. URL consultato il 9 settembre 2016.
  17. ^ (EN) Falcon 1 Launch Vehicle Payload User’s Guide (PDF), 2008 (archiviato dall'url originale il 19 dicembre 2008).
  18. ^ a b c (EN) SpaceX Falcon 9 Upper Stage Engine Successfully Completes Full Mission Duration Firing, su spacex.com, 10 marzo 2009. URL consultato il 10 settembre 2016.
  19. ^ (EN) Falcon 9 v1.0 – Rockets, su spaceflight101.com. URL consultato il 10 settembre 2016.
  20. ^ (EN) Denise Chow, SpaceX Examines Cracked Engine Nozzle on Private Rocket, su space.com. URL consultato il 10 settembre 2016.
  21. ^ (EN) SpaceX Falcon9/COTS1 Launch Delayed By Small Cracks, su www.aero-news.net. URL consultato il 10 settembre 2016.
  22. ^ William Harwood, World's biggest private space rocket planned, su cbsnews.com, CBS, 5 aprile 2011. URL consultato il 24 ottobre 2011.
  23. ^ SpaceX Merlin 1D, su hobbyspace.com, Aviation Week, 1º agosto 2011. URL consultato il 6 agosto 2011.
  24. ^ a b c SpaceX Unveils Plans To Be World’s Top Rocket Maker, in Aviation Week and Space Technology, 11 agosto 2011. URL consultato il 7 agosto 2011 (print edition is out prior to publication date).
    «Revealing several new details of the 1D, Tom Mueller, propulsion engineering vice president, says the engine is designed to produce 155,000 lb. vacuum thrust and have a chamber pressure at “the sweet spot” of roughly 1,410 psia. “We’ve also increased the nozzle expansion ratio to 16 [compared with 14.5 on the Merlin 1C],” says Mueller, who adds that the initial engine “is doing better than we hoped.” The engine is designed for an Isp (specific impulse) of 310 sec. and has a thrust-to-weight ratio of 160:1. “We took structure off the engine to make it lighter. The engine we shipped [for test] to Texas was a development engine and hopefully the production engines will be even better.”»
  25. ^ Production at SpaceX, su spacex.com. URL consultato il 2 agosto 2015.
  26. ^ Long term SpaceX vehicle plans, su hobbyspace.com. URL consultato il 5 novembre 2011.

Bibliografia

(EN) SpaceX Merlin Engine, dal sito ufficiale.

Voci correlate

Altri progetti

  Portale Astronautica
Estratto da "https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Merlin_(motore_a_razzo)&oldid=85369646"