Hoe til je 100 ton aan ruimtevaartlading in een omloopbaan van de aarde en verder richting Mars? Voor SpaceX betekent dit o.a. de toekomstige mega rakettrappen Starship en de Super Heavy rondom uit te rusten met tientallen geavanceerde booster raketmotoren. Het ontsteken van de Raptor heeft inmiddels in de testfase het ‘lift-off’ niveau van kracht bereikt, op 3 februari j.l., en daarbij tevens een lang record verbroken in de geschiedenis van de raketmotor dat op naam stond van de Russische RD-170/180 motoren.
Raptor test credits; SpaceX/SpaceNews
De SpaceX Raptor is een door cryogeen vloeibaar methaan en vloeibare zuurstof (LOX) aangedreven raketmotor. I.t.t. alle voorgaande Space X Falcon rakettrappen die Merlin 1A, 1C, en 1D en Kestrel motoren gebruiken en die op RP-1 kerosine* en LOX opereren. De vroegste concepten voor Raptor werden voor vloeibaar waterstof ontworpen maar twee jaar geleden heeft SpaceX definitief voor methaan gekozen. De Raptor-motor heeft ongeveer twee keer de stuwkracht van de Merlin 1D-motor die de huidige Falcon 9 raket aandrijft. Het brede Raptor-concept zoals aangekondigd in 2013 was een herbruikbare verbrandingsmotor die de volgende generatie SpaceX Heavy-Lift raketten (tussen de 100.000-250.000 kg nuttige lading) zal aandrijven die zijn ontworpen voor verre ruimteexploratie en kolonisatie van Mars. Vanaf september 2017 hebben de Raptors in totaal 1200 seconden gebrand verdeeld over 42 verschillende tests. De langste test was 100 seconden, wat wordt beperkt door de grootte van de stuwstoftanks in de SpaceX-grondtestfaciliteit in Texas. De testmotor opereert bij 200 bar (2900 psi) druk. De vluchtmotor is gericht op het bereik van 250 bar (3600 psi) en SpaceX verwacht 300 bar (4400 psi) te bereiken in latere verfijningen van de motor.
SpaceX’s visie voor Mars kolonisatie hangt af van de Starship** en Super Heavy herbruikbare raketten. Deze raketten zullen als het goed is ooit de Falcon 9, en de Falcon Heavy gaan vervangen. Voor die tijd staan er nog genoeg testen en evaluaties op het programma. De Raptor-vluchtmotor die het Starship en de Super Heavy raket gaat aandrijven is vorige week op 3 februari j.l. voor de eerste keer op vol ‘lift-off’ vermogen ontstoken. “De Raptor heeft net het benodigde vermogensniveau voor de Starship & Super Heavy bereikt”, twitterde SpaceX CEO Elon Musk na de mijlpaal ontstekingstest. Het ontwerp van zowel het Starship als de Super heavy vereist per booster een minimaal stuwvermogen van 170 ton (1667 kN). Bij deze test bereikte de Raptor motor 172 ton, waarbij de druk in de ontbrandingskamer opliep tot 257 bar (3727 psi). Musk verwacht dat dit met het gebruik van diepgevroren of cryogene (nu was de brandstof warm) brandstof op zal lopen naar 300 bar (4351 psi). Tijdens de nacht waarin doorgegaan werd met testen liep de druk in de verbrandingskamer op naar 268,9 bar (3901 psi), hoger dan de door Rusland gebouwde RD-170 & RD-180, die tot op de dag van vandaag de Atlas V raketten van United Launch Alliance aandrijven. Musk roemt dit staaltje techniek; “Het is verbazingwekkend dat de RD-170 & RD-180-motoren het record al decennia lang bewaarden”, en noemt het “Excellent engineering.” Na onlangs een prototype te hebben voltooid voor het Starship-raket in de McGregor grondtestfaciliteit in Texas, hoopt SpaceX de eerste Hoppertesten voor het programma de komende maanden uit te voeren. Hoewel dat prototype slechts drie Raptor-motoren bevat, vraagt het definitieve ontwerp er om zeven, terwijl de Super Heavy-booster er in totaal 31 van zal bevatten. Bron; Twitter Elon Musk / New Atlas
* RP-1 (Rocket Propellant/ Refined Petroleum) is een hoog geraffineerde vorm van kerosine. RP-1 heeft een iets lagere specifieke impuls dan vloeibare waterstof (LH2), maar is goedkoper, stabieler bij kamertemperatuur, dichter en minder explosief.
** De Starship is een tweetraps zwaar lanceersysteem (voorheen BFR) van SpaceX. De boostertrap van Starship heet Super Heavy. Dit is de boostertrap die nodig is om de aarde te verlaten. De Naam Starship slaat op zowel de tweede trap, waar het compartiment voor bemanning en vracht alsook de satellietlanceerinstallatie zich bevinden, als op de eerste en tweede trap als geheel. Het project heette eerst het ITS, Interplanetary Transport Systeem en BFR, Big Falcon Rocket, maar na november 2018 werd dit geheel bijgesteld naar Starship. Starship vormt een volledig herbruikbaar ruimtevaartuig dat is bedoeld om 100 tot 150 ton aan vracht of tot 100 mensen per vlucht in de ruimte te brengen. In een uitbreidbare versie zou dat zelfs 250 ton kunnen zijn.De bouw van het testversie van het Starship begon in september 2018.
