Фастрак (ракетный двигатель)

Фастрак MC-1
	Двигатель Fastrac во время испытаний на испытательном стенде 116 Центра космических полетов Маршалла
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Производитель	НАСА
Приложение	Недорогая ускорительная технология X-34
Жидкотопливный двигатель
Порох	ЛОК / РП-1 (ракетный керосин)
Цикл	газогенератор
Производительность
Тяга, вакуум	60 000 фунтов силы (270 кН)
Удельный импульс , вакуум	314 с (3,0 км/с)
Размеры
Длина	2,13 м (7 футов 0 дюймов)
Диаметр	1,22 м (4 фута 0 дюймов)
Сухая масса	менее 910 кг (2010 фунтов)

Fastrac представлял собой с турбонаддувом и насосным питанием жидкостный ракетный двигатель . Двигатель был разработан НАСА как часть недорогой X-34 . многоразовой ракеты-носителя (RLV) ^{[ 4 ]} и в рамках проекта Low Cost Booster Technology (LCBT, также известного как Bantam). ^{[ 5 ]} Этот двигатель позже был известен как двигатель МС-1, когда он был включен в проект Х-34 .

Дизайн

Турбонасосный двигатель был разработан для использования в одноразовом ускорителе проекта LCBT. В результате это привело к использованию композиционных материалов из-за их значительно более низкой стоимости и скорости производства; это также уменьшило сложность двигателя, поскольку топливо не использовалось для охлаждения форсунок. Основываясь на знаниях и опыте космического корабля «Шаттл » использования многоразового твердотопливного ракетного двигателя (RSRM) и Программы обеспечения целостности твердотопливных двигателей (SPIP), ^{[ 6 ]} прокладки был выбран кремнезем /фенольный материал со структурным перекрытием углерод Для абляционной /эпоксидная смола.

В двигателе использовался жидкий кислород в качестве окислителя и керосин ( РП-1 ) в качестве топлива. Это топливо используется в ракетном двигателе F-1 на Сатурне-5 . Керосин не имеет такого же энерговыделения, как водород, используемый в космических кораблях , но с ним дешевле и проще обращаться и хранить. Топливо подавалось через одновальный турбонасос LOX/RP-1 с двумя рабочими колесами . ^{[ 7 ]}

двигатель запускался с помощью TEA / TEB . гиперголического воспламенителя Для сохранения простоты конструкции ^{[ 8 ]} Впрыскивали керосин, и двигатель работал. Затем топливо подавалось в газогенератор для смешивания и в тяговую камеру для сжигания.

Двигатель использует цикл газогенератора для приведения в движение турбины турбонасоса, которая затем выбрасывает это небольшое количество отработанного топлива. Это тот же цикл, который используется в ракетах Сатурн, но гораздо менее сложный, чем система двигателей космического корабля «Шаттл».

В двигателе использовалось недорогое одноразовое с абляционным охлаждением материала из углеродного волокна сопло из композитного и развивалась тяга 60 000 фунтов силы (285 кН). После использования почти все детали двигателя пригодны для повторного использования. ^{[ 9 ]}

На этапе исследований в 1999 году каждый двигатель Fastrac стоил примерно 1,2 миллиона долларов. ^{[ 10 ]} Ожидалось, что производственные затраты снизятся до 350 000 долларов на двигатель.

История

Испытания уровня систем двигателя начались в 1999 году в Космическом центре Стенниса . ^{[ 11 ]} Ранее испытания отдельных компонентов проводились в Центре космических полетов имени Маршалла . НАСА начало испытания полного двигателя горячим огнем в марте 1999 года с 20-секундного испытания для демонстрации всей системы двигателя. ^{[ 12 ]} Двигатель был испытан на полной мощности в течение 155 секунд 1 июля 1999 года. ^{[ 13 ]} Всего на оставшуюся часть 1999 года было запланировано 85 испытаний. По состоянию на 2000 год было проведено 48 испытаний трех двигателей с использованием трех испытательных стендов. ^{[ 8 ]}

Первый двигатель был установлен на транспортном средстве X-34 A1, представленном в Центре летных исследований Драйдена НАСА 30 апреля 1999 года. ^{[ 7 ]}

Программа Fastrac была отменена в 2001 году. ^{[ 4 ]} После FASTRAC НАСА попыталось сохранить эту конструкцию для использования в других ракетах, таких как Rotary Rocket проект Roton компании Orbital компании и проект X-34 . Обозначение ракетного двигателя было изменено с Fastrac 60K на Marshall Center-1 (MC-1). Проект МС-1 был закрыт к июлю 2009 года, после Х-34 в марте 2009 года. закрытия проекта ^{[ 14 ]}

Компоненты

НАСА сотрудничало с отраслевыми партнерами для достижения основной цели — использования коммерческих готовых компонентов. В число отраслевых партнеров входили Summa Technology Inc., Allied Signal Inc., Marotta Scientific Controls Inc., Barber-Nichols Inc. и Thiokol Propulsion .

Наследие

Аналогичный набор технических решений, позволяющих снизить стоимость двигателя, был реализован в компании SpaceX двигателе Merlin 1A , в котором использовался турбонасос от того же субподрядчика. ^{[ 15 ]} Merlin-1A был несколько больше: тяга 77 000 фунтов силы (340 кН) против 60 000 фунтов силы (270 кН) у Fastrac. Та же базовая конструкция после модернизации турбонасоса обеспечивала гораздо более высокие уровни тяги. Варианты Merlin-1D достигают тяги 190 000 фунтов силы (850 кН) по состоянию на май 2018 года. ^{[ 16 ]} хотя камера сгорания теперь имеет регенеративное охлаждение . ^{[ 17 ]}

Технические характеристики

Вакуумная тяга: 60 000 фунтов силы (270 кН)
Удельный импульс в вакууме: 314 с (3,0 кН·с/кг)
Давление в камере: 633 фунтов на квадратный дюйм (4,36 МПа; 43,6 бар) ^{[ 18 ]}
Общий массовый расход: 91,90 кг/с.
Давление газогенератора: 39,64 бар (3,964 МПа; 574,9 фунтов на квадратный дюйм)
Температура газогенератора: 888,89 К.
Диаметр горла: 0,22 м
Топливо: РП-1 (ракетный керосин).
Окислитель: Жидкий кислород

См. также

Мерлин (ракетный двигатель) Разгонный двигатель SpaceX
Kestrel (ракетный двигатель) Небольшой разгонный двигатель SpaceX для Falcon-1
РС-88 - еще один двигатель, разработанный для проекта Bantam.
Исполнитель (ракетный двигатель)

Ссылки

Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .

^ «Турбонасосы ракетных двигателей» (PDF) . Парикмахер Николс . Проверено 7 сентября 2019 г.
^ Системный анализ недорогого ракетного двигателя с большой тягой (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. , получено 31 марта 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Фастрак» . www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года.
^ Jump up to: ^а ^б 40K Fastrac II Bantam Test , заархивировано из оригинала 21 июля 2015 г. , получено 11 января 2015 г.
^ «Изготовление композитной камеры сгорания/сопло для двигателя Fastrac» (PDF) . Январь 2000 года . Проверено 6 сентября 2019 г.
^ Батлер, Барри Л. (февраль 1993 г.). Программа обеспечения целостности твердотопливных двигателей для поддающейся проверке повышенной надежности твердотопливных ракетных двигателей (отчет). НАСА . Получено 6 сентября 2019 г. - из Интернет-архива.
^ Jump up to: ^а ^б «Турбонасосы для ракетных двигателей» . Барбер-Николс . Проверено 6 сентября 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Баллард, Ричард О.; Олив, Тим; Тернер, Джеймс Э. (январь 2000 г.). Статус разработки двигателя NASA MC-1 (Fastrac) . 36-я совместная конференция по двигательной активности. дои : 10.2514/6.2000-3898 . hdl : 2060/20000097369 . AIAA 2000-3898 – через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).
^ «Двигатель Fastrac — стимул для недорогого космического запуска» . НАСА.gov . Архивировано из оригинала 2 марта 2010 года.
^ Уэйд, Марк. «Фастрак» . astronautix.com . Проверено 6 сентября 2019 г.
^ Деннис, Генри Дж.; Сандерс, Т. (январь 2000 г.). Программа и результаты испытаний компонентов газогенератора двигателя Fastrac НАСА . 36-я совместная конференция по двигательной активности. дои : 10.2514/6.2000-3401 . hdl : 2060/20000064017 . AIAA 2000-3401 – через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).
^ «Полномоторный двигатель Fastrac прошел успешное испытание горячим огнем» . ScienceDaily . Проверено 8 июля 2024 г.
^ «Испытан двигатель X-34 Fastrac» . СпейсДейли . Проверено 7 сентября 2019 г.
^ «Программа испытаний Центра Маршалла-1 (МС-1)» . Архивировано из оригинала 13 августа 2020 года . Проверено 7 сентября 2019 г.
^ «Турбонасосы для ракетных двигателей | Барбер Николс» . www.barber-nichols.com .
^ Бергер, Эрик [@SciGuySpace] (10 мая 2018 г.). «Маск: Тяга ракетного двигателя Merlin увеличилась на 8 процентов, до 190 000 фунтов силы» ( Твит ) – через Twitter .
^ Пресс-кит миссии SpaceX CASSIOPE (сентябрь 2013 г.) стр. 10 (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 12 апреля 2017 г. , получено 11 января 2015 г.
^ Браун, Кендалл К.; Спаркс, Дэйв; Вудкок, Гордон. Камера тяги с регенеративным охлаждением для двигателя FASTRAC . 36-я совместная конференция по двигательной активности. дои : 10.2514/6.2000-3286 . hdl : 2060/20000091017 . AIAA 2000-3286 – через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).

Примечание

«Программа двигателей НАСА FASTRAC» . 1999.

Баллард, РОД; Олив, Т.: Статус разработки двигателя НАСА MC-1 (Fastrac); Совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике, 2000 г., Хантсвилл, Алабама, AIAA 2000-3898

Внешние ссылки

Обзор НАСА Fastrac. 1999 год

[1] «Турбонасосы ракетных двигателей» (PDF) . Парикмахер Николс . Проверено 7 сентября 2019 г.

[ESA-2] Системный анализ недорогого ракетного двигателя с большой тягой (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. , получено 31 марта 2012 г.

[astro-3] Jump up to: ^а ^б «Фастрак» . www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года.

[MSFC-4] Jump up to: ^а ^б 40K Fastrac II Bantam Test , заархивировано из оригинала 21 июля 2015 г. , получено 11 января 2015 г.

[5] «Изготовление композитной камеры сгорания/сопло для двигателя Fastrac» (PDF) . Январь 2000 года . Проверено 6 сентября 2019 г.

[6] Батлер, Барри Л. (февраль 1993 г.). Программа обеспечения целостности твердотопливных двигателей для поддающейся проверке повышенной надежности твердотопливных ракетных двигателей (отчет). НАСА . Получено 6 сентября 2019 г. - из Интернет-архива.

[Rocket_Engine_Turbopumps-7] Jump up to: ^а ^б «Турбонасосы для ракетных двигателей» . Барбер-Николс . Проверено 6 сентября 2019 г.

[DevelStatus-8] Jump up to: ^а ^б Баллард, Ричард О.; Олив, Тим; Тернер, Джеймс Э. (январь 2000 г.). Статус разработки двигателя NASA MC-1 (Fastrac) . 36-я совместная конференция по двигательной активности. дои : 10.2514/6.2000-3898 . hdl : 2060/20000097369 . AIAA 2000-3898 – через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).

[9] «Двигатель Fastrac — стимул для недорогого космического запуска» . НАСА.gov . Архивировано из оригинала 2 марта 2010 года.

[10] Уэйд, Марк. «Фастрак» . astronautix.com . Проверено 6 сентября 2019 г.

[11] Деннис, Генри Дж.; Сандерс, Т. (январь 2000 г.). Программа и результаты испытаний компонентов газогенератора двигателя Fastrac НАСА . 36-я совместная конференция по двигательной активности. дои : 10.2514/6.2000-3401 . hdl : 2060/20000064017 . AIAA 2000-3401 – через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).

[12] «Полномоторный двигатель Fastrac прошел успешное испытание горячим огнем» . ScienceDaily . Проверено 8 июля 2024 г.

[13] «Испытан двигатель X-34 Fastrac» . СпейсДейли . Проверено 7 сентября 2019 г.

[14] «Программа испытаний Центра Маршалла-1 (МС-1)» . Архивировано из оригинала 13 августа 2020 года . Проверено 7 сентября 2019 г.

[Barber-Nichols,_Inc_turbopumps-15] «Турбонасосы для ракетных двигателей | Барбер Николс» . www.barber-nichols.com .

[16] Бергер, Эрик [@SciGuySpace] (10 мая 2018 г.). «Маск: Тяга ракетного двигателя Merlin увеличилась на 8 процентов, до 190 000 фунтов силы» ( Твит ) – через Twitter .

[SPX_PK-17] Пресс-кит миссии SpaceX CASSIOPE (сентябрь 2013 г.) стр. 10 (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 12 апреля 2017 г. , получено 11 января 2015 г.

[18] Браун, Кендалл К.; Спаркс, Дэйв; Вудкок, Гордон. Камера тяги с регенеративным охлаждением для двигателя FASTRAC . 36-я совместная конференция по двигательной активности. дои : 10.2514/6.2000-3286 . hdl : 2060/20000091017 . AIAA 2000-3286 – через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]