Zážeh rekordního metanového motoru byl úspěšný!

Minulý týden mohla firma Blue Origin vypustit zprávu, na kterou fanoušci kosmonautiky čekali už několik měsíců: „Provedli jsme první statický zážeh motoru BE-4“. Právě tato pohonná jednotka by měla v dalších letech najít uplatnění na raketě New Glenn, od Blue Origin, ale také na nosiči Vulcan od firmy United Launch Alliance. Zážeh ze středy 18. října můžeme právem považovat za výrazný krok v certifikačním procesu nového motoru, předtím než bude na konci tohoto desetiletí nasazen do provozu. Blue Origin projektu hodně věří a doufá, že se s jeho pomocí stane jedním z významných hráčů na trhu komerčních raket.

První dokončený exemplář motoru BE-4

První dokončený exemplář motoru BE-4
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Motor BE-4 byl vyvinut v rámci financování, které bylo čistě soukromé a je na nejlepší cestě stát se nejsilnějším motorem světa, který spaluje zkapalněný zemní plyn, což je prakticky řečeno metan, který je v operačním provozu. Motor sází na inovativní technologie a architektura je ovlivněna jeho znovupoužitelností. Jeho vývoj započal už na začátku tohoto desetiletí a cesta na testovací stanoviště byla hodně dlouhá. Přípravy ovlivnil především zájem firmy ULA, která o motor projevila zájem, načež následovalo přepracování původních plánů.

Motor se díky tomu zvětšil, aby mohl poskytnout vyšší tah, který je pro Vulcan potřebný. V květnu roku 2017 firmu potkala nepříjemnost, když v rámci testů ztratila hned několik tzv. powerpacků. Tato anomálie ukázala, jak těžké je vyvinout motor s velkým výkonem. Nynější úspěch je tedy o to cennější. Podle portálu Ars Technica došlo k tomuto testovacímu zážehu na firemní základně v západním Texasu, přičemž motor pracoval na poloviční výkon nominálního tahu, tedy zhruba 1200 kN a zážeh trval tři sekundy. Firma Blue Origin se na Twitteru pochlubila i níže přiloženým videem se záběry z několika úhlů, na kterém je vidět, že hoření probíhalo stabilně.

Firma Blue Origin momentálně bojuje na dvou frontách – zatímco srovnávání se společností SpaceX je vděčným mediálním tématem, firma zatím svádí boj i na jiném poli. Když se společnost ULA rozhodla, že vyřadí z provozu drahé rakety Delta IV a na ruských motorech závislé nosiče Atlas V, vybrala si právě motory BE-4 jako pohonný systém pro svou chystanou raketu Vulcan. Blue Origin ale zatím nemá nic jistého – ULA si totiž nechává zadní vrátka v podobě motoru AR-1 od firmy Aerojet Rocketdyne, která by mohla nahradit BE-4, pokud by Blue Origin při vývoji narazila na nepřekonatelný problém.

Tryska motoru BE-4 a Jeff Bezos, zakladatel a majitel firmy Blue Origin.

Tryska motoru BE-4 a Jeff Bezos, zakladatel a majitel firmy Blue Origin.
Zdroj: http://spacenews.com/

Firma Aerojet Rocketdyne se může pochlubit tím, že pro americké rakety vyrobila největší počet motorů a tak těžko nese současné druhé místo. Rozjela proto lobbování proti BE-4 a opakovaně zdůrazňuje, že Blue Origin nemá zkušenosti s vývojem tak velkého a komplexního motoru. Středeční úspěšný test však může ukázat, že tomu tak není. Blue Origin představila reálný hardware s viditelnými výsledky a ukázala, že má oproti AR-1 náskok, což by mohlo v závodě o nasazení na Vulcanu rozhodnout.

Rozdíl je i ve financování – jak již bylo uvedeno na začátku článku, firma Blue Origin vyvinula BE-4 ze svých vlastních peněz, především z kapsy Jeffa Bezose, který zbohatl na firmě Amazon. Oproti tomu Aerojet Rocketdyne dostala na vývoj AR-1 vládní dotaci 228 milionů dolarů. Přístup Blue Origin je tak velmi podobný firmě SpaceX, která své motory Merlin vyvíjí také jen s vlastními penězi a postupně je vylepšuje.

Firmu SpaceX zde nezmiňujeme náhodou, protože i ona v poslední době pracuje na motoru, který spaluje kapalný kyslík a metan. Motor Raptor se má použít na raketě BFR, která má kromě jiného sloužit ke kolonizaci Marsu. Zmenšená verze Raptoru podstoupila v roce 2016 desítky zážehů a během té doby se změnily plány na finální verzi. Očekávaný tah velkého Raptoru byl snížen z 3 050 kN na 1 700 kN, což bylo součástí změn, které SpaceX provedla na celém konceptu ITS/BFR. Díky tomu by se měl nejsilnějším motorem na metan stát právě BE-4, jehož plný tah má být 2 400 kN.

Sestavený motor BE-4

Sestavený motor BE-4
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Blue Origin vyznává strategii postupného pokroku až k velkým cílům, což se dá vyčíst i z firemního hesla Gradatim Ferociter, což můžeme přeložit jako „postupovat zuřivě“. Původně společnost sázela na menší motory BE-3, které spalují kryogenní palivo. Právě tyto motory se využívají na suborbitálním nosiči New Shepard, jehož testování se již pomalu blíží k cíli a snad již brzy začne vynášet turisty a vědecké experimenty na suborbitální skoky do výšky 100 kilometrů. Jakmile byl vývoj New Shepard dokončen, mohli se inženýři firmy začít věnovat dalšímu kroku, kterým je těžká orbitální raketa New Glenn.

Model motoru BE-4

Model motoru BE-4
Zdroj: http://i.space.com/

Firma také sází na koncept vývoje, ve kterém je důraz kladen na velké množství testovacího hardwaru na úkor vývoje, který se zaměřuje primárně na simulace. Díky tomu může firma optimalizovat návrh a vylepšovat jeho konstrukci na základě reálných údajů. Motor BE-4 je jednohřídelový motor pracující s přebytkem kyslíku, k jehož pohonu slouží jedna plynem roztáčená turbína. Ta se pak postará o roztočení dvou turbočerpadel pro okysličovadlo (kapalný kyslík) a palivo (zkapalněný zemní plyn).

Jeff Bezos letos v březnu uvedl, že turbína motoru bude pracovat při 19 000 otáčkách za minutu při výkonu 70 000 koňských sil (cca. 52,2 MW). Základní tah motoru je stanoven na 2 400 kN při relativně nízkém tlaku ve spalovací komoře – 134 barů (13,4 MPa). Tyto hodnoty zajistí příznivé prostředí pro jednotlivé součástky motoru, což je cesta k jeho opakovanému používání.

Jak již bylo uvedeno, BE-4 patří mezi největší metanové motory historie a Blue Origin tak před zážehem vstupovala na neprobádané pole. Hrozilo, že spalování bude nestabilní, což je jedna z věcí, které se těžko předvídají dopředu a zároveň se dají během testovací fáze dobře odladit. Středeční test tak byl i přes krátké trvání velmi přínosný, protože firma díky němu získala cenná data o náběhu motoru, jeho stabilním hoření na poloviční výkon i vypnutí. Zážeh však může mít i mnohem větší, symbolický význam.

Vizualizace rakety Vulcan s motory BE-4 na prvním stupni.

Vizualizace rakety Vulcan s motory BE-4 na prvním stupni.
Zdroj: https://assets.cdn.spaceflightnow.com

Ještě před několika měsíci se očekávalo, že ULA a americké letectvo schválí motory BE-4 pro raketu Vulcan, po dokončení úvodních statických zážehových testů plně sestaveného motoru, přičemž testy měly být primárně zaměřeny na (ne)stabilitu hoření metanového motoru takové velikosti. Je tak docela dobře možné, že tímto zážehem vstoupila firma Blue Origin do cílové rovinky boje o raketu Vulcan. Na jejím prvním stupni by měly být umístěny hned dva motory BE-4, které bude při startu podporovat až šest urychlovacích bloků GEM-63XL na tuhé palivo – jejich konkrétní počet bude záviset na velikosti nákladu a dráze, kam má být doručen. Horní stupeň rakety Vulcan bude v prvních letech provozu tvořit ozkoušený stupeň Centaur, který bude později (možná až ve druhé polovině 20. let) nahrazen novým horním stupněm ACES.

Vizualizace rakety New Glenn

Vizualizace rakety New Glenn
Zdroj: http://spaceflight101.com

Rovnou sedm motorů BE-4 má pohánět první stupeň rakety New Glenn, čímž zajistí tah 17,1 MN, což je polovina tahu legendárního Saturnu V. BE-4 se uplatní i na jejím druhém stupni, kde bude jeho upravená verze s prodlouženou tryskou optimalizovaná pro provoz ve vakuu. Dvoustupňová raketa bude měřit na výšku 82 metrů, přičemž by měla sloužit k vynášení těžkých nákladů na nízkou oběžnou dráhu, zatímco lety na dráhu přechodovou ke geostacionární má obstarat 95 metrů vysoká třístupňová verze s horním stupněm na kryogenní palivo, kde se využije motor BE-3 ze systému New Shepard. New Glenn by měl na nízkou oběžnou dráhu dopravit až 45 tun nákladu a na GTO pak 13 tun.

Zdroje informací:
https://spaceflightnow.com/
http://spaceflight101.com/

Zdroje obrázků:
http://spaceflight101.com/wp-content/uploads/2017/10/BE4hotfire-1.jpg
https://pbs.twimg.com/media/C6PUsspWYAAVu1Z?format=jpg&name=large
http://spacenews.com/wp-content/uploads/2016/03/bezos-be4-2-879×485.jpg
https://pbs.twimg.com/media/C6PVqvpWMAIDq4V?format=jpg&name=large
http://i.space.com/images/i/000/042/218/i02/blue-origin-model.png?1410985688
https://assets.cdn.spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2017/04/18223221/vulcan_art.png
http://spaceflight101.com/wp-content/uploads/2017/03/anpswnfnaxdywftlhpb1.jpg

Zážeh rekordního metanového motoru byl úspěšný!, 5.0 out of 5 based on 35 ratings
Pin It
(Visited 5 530 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (35 votes cast)
(Visited 5 530 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


32 komentářů ke článku “Zážeh rekordního metanového motoru byl úspěšný!”

  1. MilAN napsal:

    Jen drobná oprava: v posledním řádku nad obr. modelu motoru má být: ” těžká raketa new Glenn ” (ne Shepard)

  2. Adam Trhoň napsal:

    “Rozjela proto lobbování proti BE-4” …chjo… 🙁 To nemůžou místo právníků a lobbistů najmout další inženýry?

    • Racek napsal:

      A čím by se asi ti právníci a lobbisti pak živili, že. Stejně jako u nás.

    • Vojta napsal:

      Nebojte, Bezos má také své právníky a lobbisty. Bohužel bývají často efektivnější, pokud jde o prodeje, než ti inženýři, kteří sice mohou vyvinout lepší produkt, ale nedokáží ho prodat. A to říkám jako inženýr.

    • KarelTv napsal:

      Víc lidí na projektu automaticky nemusí znamenat rychlejší či lepší vývoj. Naopak, pokud nepřidáte ty správné lidi (což se dopředu nemusí vždy dobře odhadnout), můžete přidáním dalších lidí vývoj i zpomalit.

  3. JaGa napsal:

    BE-4 vs AR-1 tak v tom by měli mít v ULA jasno. Nebo vyvíjejí dvě různé verze Vulcanu? Vzhledem k  metha/LOX vs RP-1/LOX by to ani jinak nešlo. Ale pokud nemají v oblasti pohonu ani pohonných látek dosud jasno, tak se obávám, že žádný Vulcan nebude (minimálně v době uvedení nebude vůbec konkurenceschopný).

    • jregent napsal:

      Nezbývá než držet BE-4 palce 🙂

    • Jirka Hadač napsal:

      Nepletu-li se, AR-1 by byl krokem zpět, a zároveň krokem proti znovupoužitelnosti. Protože u toho motoru na RP-1 je vyšší zanášení všeho možného zplodinami. Takže určitě by se měli rozhodnout co chtějí, a zároveň souhlas s jregent, držet palce BE-4..

      • jregent napsal:

        Bossové ULA vědí, že se musí držet BE-4.
        Jinak, pomož nám Raptor?
        Asi ne:-)
        Alternativa s AR-1 to jsou asi jen takové manažerské řečí pro akcionáře, nebo koho.

      • Jiný Honza napsal:

        Někdy může být i krok zpět rozumná volba. Symbolem znovupoužitelnosti je momentálně motor Merlin na RP-1. Naprostá většina spalovacích motorů používá mnohem horší paliva a zanášení se vždycky nějak vyřešilo.

        Motor na methan měl mít teoreticky hlavně vyšší Isp, které kompenzuje těžší nádrž na kapalný methan a umožní stejnou raketou vynést těžší náklad. Pokud nebude vyšší Isp, míň sazí to nezachrání.

        • gg napsal:

          Provozní náklady na údržbu jsou pořád ještě mnohem dražší než palivo navíc a cyklus Raptoru by přitom měl být v tomto směru výrazně příznivější (nižší teploty v turbíně apod).

    • vozik napsal:

      Podla wiki vyvijaju dve verzie sucasne. Ta verzia s AR-1 by bol v podstate Atlas V s novymi motormi, takze asi az tak strasne zlozite na vivoj by to nebolo 🙂

    • Jiný Honza napsal:

      Jestli jsem to dobře pochopil Vulcan s BE-4 je předělaná Delta IV. A Vulcan s AR-1 je prostě Atlas V s jinými motory prvního stupně.
      Ani bych se nedivil, kdyby nakonec vyvíjeli obě verze. To by celkem odpovídalo současné americké mentalitě = “hlavně nerušit pracovní místa v mém volebním obvodu”.

  4. Michal napsal:

    A motor Raptor od SpaceX je ve vývoji už mnohem dále, když má více testů zážehů? Docela by mě zajímalo, který bude dřív hotový. Je neuvěřitelný že vyrábějí 8 Merlinů za měsíc a ještě jsou asi i o dost dál s Raptorem… Takže aktuálně to je tak, že Raptor už jede na 1700kN desítky vteřin a BE-4 jen na 1200kN jen na 3 vteřiny? Je možné se někde dočíst parametry BE-4 vs Raptoru? Zajímala by mě velikost a hmosnost. Vím, že Raptor by měl být trochu větší než Merlin, potom by to byl úplný drobeček oproti BE-4. https://i.imgur.com/ewsmgIf.png

    Je zvláštní, že SpaceX ubrala výkon z 3000kN na 1700kN, protože u Merlin výkon navyšovali. Takže buď to Musk zas trošku přehnal a prostě to nejde, anebo se k tomu výkonu třeba časem zase vrátí. Právě je ale divný, že by BE-4 byl tak obrovský a “jen” 2400 kN, to by pak inženýři ze SpaceX museli dostat obrovskou pochvalu, kdyby Raptor byl skutečně tak malý. Stejně si myslím, že Musk bude tlačit, aby Raptor byl nejsilnější na světě a bude chtít 2401 kN.

    A poslední otázka: Není vlastně jedno jestli ten motor váží tunu nebo 2 tuny? Protože, když falcon 9 má na startu plný 550 tun, tak nějakých 5 tun navíc je už asi jedno a spíš se hodí odolnost motoru. Samozřejmě s vyhořením několika stovek tun paliva jsou pak ty tuny navíc čím dál více “brzdící”.
    Anebo se k tomu dá přistoupit ze strany? Ušetřím 500kg na motoru, tak vynesu o 500kg těžší náklad? Samozřejmě neuvažuji teď druhý stupeň rakety, který by zase musel být silnější.
    To by pak obrovské BE-4 byly trošku naprd. Jinak výhoda malého motoru je asi jasná v podobě levnější výroby trysky, frézování, forem apod. Děkuji.

    • Dušan Majer napsal:

      Rozměry Raptorů a jejich další míry a váhy jsem zatím nikde nenašel.

    • Bigbaz napsal:

      Výkon Raptoru klesl z důvodu, že na zmenšeném BFR budou i menší motory než původně být měly. Také je dle slov Muska mít lepší více menších motorů než málo silných (viz Muskovy odpovědi na posledním AMA).

      Rozměrově a efektivitou by na tom měl být lépe Raptor, neboť používá mnohem vyšší tlak ve spalovací komoře než je tomu u BE-4 (250bar vs 134bar). Proto pro podání stejného výkonu může být rozměrově menší.

      • Michal napsal:

        Nemám moc čas googlit, ale nebylo na nějakém videu to, že BFR má jen o nějaké dva prstence motorů méně a ne to, že by se měnil průměr trysky?

    • Vlada napsal:

      Proč jste se rozhodli pro Raptor s tahem 1,7 MN místo původně plánovaných 3 MN?

      Protože jsme srabi.

      (později)

      Tah motoru byl snížen zhruba úměrně ke zmenšení celé rakety od loňské prezentace. Aby mohla loď bezpečně přistát, i když dojde k selhání motoru v tu nejhorší možnou chvíli, je potřeba mít vícero motorů. Když máte dva motory a jeden odejde, přišli jste o polovinu tahu, což je velký rozdíl i v případě motoru s dobrou regulací tahu.

      Částečně kvůli tomu jsme design upravili a po mé prezentaci jsme se rozhodli přidat ještě jeden Raptor se středním expanzním poměrem. Při selhání jednoho motoru tak přijdete jen o třetinu tahu a navíc to umožní vyšší nosnost při dopravě po Zemi.
      |||odpoved Elona Muska, zkopirovano z elonx.cz

    • Samo napsal:

      Merlin je skvost sám o sebe v TWR (180) váži len 470 kg a je schopný tlačiť 180 násobok to robí 84.6t na seba hlboko pod ním je druhý najlepší NK-33 s TWR 137 ako to bude pri Raptore netuším ale 1000 kN verzia má obdobné rozmery ako Melin 1D ako je to s hmotnosťou ťažko povedať no vieme že tryska 1700 kN verzie bude mať priemer 1.3m Merlin 1D má okolo 1m bude to ešte zaujímavé no 😀

      • maro napsal:

        No jo. NK33 má ale zase lepší Isp: 331 oproti 311. Takže by bylo zajímavé spočítat, kdy během letu ten NK33 dožene Merlin 1D v efektivnosti. Samozřejmě je možné, že ho nedožene, protože než k tomu dojde, jsou už stupně odpojené.

        • gg napsal:

          No tak hlavně ho nedožene ekonomicky, protože Falcon 9 s NK-33 nepřistane. A trochu paliva navíc je rozhodně levnější než celá nová raketa. 🙂

        • maro napsal:

          To nemusi byt uplne jiste. Ono to pristani, doprava na zakladnu a znovuzprovozneni taky neni zadarmo. Pokud nekdo dokaze flakat technologii rakety hodne levne, tak muze byt levnejsi to vyhazovat nez recyklovat. A nakonec recyklace druheho stupne je dnes taky sci-fi, takze v nem jde o ty samotne parametry motoru a ne to, kolikrat jeste poleti.

        • Asdf napsal:

          To si jako fakt myslíte, že v SpaceX budou recyklovat motory jen tak že to vypadá cool, aniž by to měli ekonomicky zpočitaný?
          Merlin je sice hodně levný motor, ale i tak je pořád hodně drahý na to, aby nemělo smysl ho používat pakovaně i s cenou za nějaké vyčistění a pod.

        • Jiný Honza napsal:

          Oni to určitě spočítané mají. Ale to ještě neznamená, že to tak dopadne. Stačí si vzpomenout na raketoplán.

          Já osobně věřím, že technicky to je OK. Ale předběhli konkurenci o moc moc kol,fakticky ji vyřadili ze závodu. Uvidíme, jestli nepřiletí nějaké klacky pod nohy.

        • kopapaka napsal:

          Jiný Honza:raketoplán byl spočítaný, aby byl ekonomický- jenže to bylo v době, kdy měl sloužit k obsluze orbitální stanice a né k její stavbě(a než nosnost a rozměry nákladového prostoru určila armáda). Po úpravě už to asi nikdo neřešil…

        • maro napsal:

          Asdf: Oni to určitě mají spočítané. Ale vzhledem k ceně prací v americkém světě. Pokud by byl levný zdroj těch motorů někde jinde, může vše dopadnout jinak. Nakonec i ten Musk se vyjádřil, že s nějakou vekou lácí ti dnešní zákazníci nemůžou moc počítat, protože ten vývoj technologie se musí zaplatit.

    • peet365 napsal:

      Nie je to tak, že ak mám motor ľahší o 500 kg tak vynesiem len o 500kg nákladu menej. Ak sa bavíme o vynesení na LEO, tak tam zhruba platí na každý kilogram váhy je potrebných cca 10 kg paliva. Teda ak je motor ťažší o 500kg musíte tam mať o 5 ton paliva viac a teda aj o niečo väčšie palivové nádrže a do celkovej nosnosti sa to premietne veľmi výrazne. Ale to je len hrubá teória, lebo samozrejme tieto motory budú mať asi aj inú účinnosť.

    • gg napsal:

      “Takže aktuálně to je tak, že Raptor už jede na 1700kN desítky vteřin”

      Vzhledem k tomu, že je o něco maličko menší a pracuje při tlaku kolem 20 MPa si myslím, že spíš momentálně jede odhadem tak asi na 1200 kN desítky sekund (doposud maximálně 100 sekund do vyčerpání paliva v testovacích nádržích).

    • Asdf napsal:

      Dle mě se bude tah postupně navyšovat stejně jako u Merlinu, ale až po mnoha užití, testech, výpočtech atd. aby měli jistotu, že to ten motor skutečně vydrží.

  5. zargos napsal:

    A ví se,co je pro BE-4 priorita, zda Vulcan či New Glenn?

    Vulcan prvni stupen zachraňovat asi nebude,oproti NG by tak bylo zbytečné používat motor schopný znovupoužitelnosti, když na Vulcanu poletí jen jednou. Nevím jak se pohnuly plány na oddělení/odstřeleni motorové sekce.

    Tedy zda teď zkouší nějakou lite verzi pro Vulcan,kterou budou modifikovat pro NG,či opačně, držák pro NG,kde se pro Vulcan pak může ubrat,případně zvýšit tah.

Napište komentář k jregent