RAPTOR – motorul care ne va duce pe Marte?

Motorul unei rachete este probabil cea mai importantă și cu siguranță cea mai scumpă parte a unei misiuni spațiale. Motorul determină tipul de combustibil folosit, care la rândul său determină dimensiunea și puterea rachetei. Un motor pierdut într-un moment nepotrivit poate duce la pierderea echipajului sau la ratarea obiectivului misiunii.

De-a lungul scurtei noastre istorii spațiale, câteva motoare au făcut istorie și SpaceX ne pregătește o nouă vedetă.

Predecesorii lui Raptor

Fără a intra în detalii tehnice, putem spune că unul dintre cele mai de succes motoare de rachetă construite vreodată a fost F-1, impresionant nu doar prin dimensiunea sa, dar și prin caracteristici: pentru lansarea unei rachete Saturn V era nevoie de 5 astfel de motoare F-1 (construite de Rocketdyne), iar fiecare astfel de motor ardea peste 2,5 tone de combustibil în fiecare secundă (1,8 tone oxigen lichid și 800 kg de kerosen).

Din păcate, F-1 nu fusese proiectat pentru a fi reutilizat, așa că după ce ardea tot  combustibilul din prima treaptă a rachetei Saturn V, motorul se oprea și ajungea pe fundul oceanului Atlantic.

RS-25 (sau SSME – Space Shuttle Main Engine) au și ele un loc în istorie. Au fost folosite pentru a propulsa naveta spațială americană, fiind construite tot de Rocketdyne. Mai mult decât atât, RS-25 sunt reutilizabile, chiar dacă după fiecare zbor au fost desfăcute în cele mai mici componente, inspectate și re-asamblate, ceea ce nu le face neapărat și cele mai ieftine propulsoare. Inginerii de la NASA sunt atât de mulțumiți de ele încât recent au plătit peste un miliard de dolari pentru ca producția de astfel de motoare să fie reluată, deoarece SLS, noua rachetă NASA, va folosi motoarele RS-25 rămase după retragerea din uz a navetei spațiale.

Dar, pentru că SLS nu prevede reutilizarea vreunei componente, după fiecare zbor motoarele RS-25 vor fi abandonate din nou în Oceanul Atlantic, așa că NASA are nevoie de un stoc consistent pentru următoarea decadă. RS-25 folosesc oxigen și hidrogen lichid pentru a asigura propulsia. O lansare SLS urmează să coste aproximativ 500 de milioane de dolari.

NK-33 sunt legendarele motoare sovietice, construite în anii ’60 pentru racheta N-1, replica URSS-ului la celebra Saturn V. Din păcate pentru programul spațial sovietic, toate cele 4 rachete N-1 lansate au explodat la scurt timp după lansare, distrugând visul sovieticilor de a ajunge pe Lună. Motoarele NK-33, care au fost deja asamblate au fost stocate într-un hangar până în anii ’90, când au fost redescoperite. O versiune îmbunătățită a acestora propulsează astăzi una din variantele venerabilei rachete Soyuz, iar tehnologia din spatele NK-33 se află în ADN-ul mai multor motoare din prezent, de proveniență rusească.

Legenda spune că Elon Musk intenționase inițial să cumpere tehnologie rusească pentru nou înființata sa companie spațială, însă simțindu‑se tras pe sfoară de partenerii săi de peste ocean, s-a decis să-și construiască singur atât racheta (Falcon), cât și motorul (Merlin). Și efortul său a meritat, pentru că Merlin este unul dintre cele mai reușite propulsoare existente și în același timp este construit cu tehnologie americană (lucru rar în ultima perioadă).

Raptor, un motor puternic și inovativ

Însă, dacă motoarele Merlin sunt potrivite pentru rachetele Falcon, pentru un drum spre Marte SpaceX trebuia să proiecteze un motor nou. Așa a rezultat Raptor, un motor puternic și inovativ, pentru că spre deosebire de majoritatea propulsoarelor care folosesc kerosen, Raptor va funcționa cu metan. Acest lucru are câteva avantaje: metanul este ușor, nu ridică prea mari probleme când vine vorba de stocare și poate fi obținut relativ simplu pe Marte (mă rog, cel puțin reacția chimică dintre dioxidul de carbon din atmosferă și hidrogenul obținut prin hidrolizarea apei sună simplu pe hârtie).

Însă Raptor nu face rabat de la performanțe: deși dimensiunile fizice sunt similare cu Merlin, noul motor este de câteva ori mai puternic. Liniile de producție Merlin vor putea fi adaptate pentru Raptor și în prezent SpaceX poate produce un număr de 300 de motoare Merlin în fiecare an. Nouă sunt necesare pentru fiecare rachetă Falcon 9, dar pentru viitoarea rachetă marțiană vor fi necesare 42 de motoare doar pentru prima treaptă (mă rog, încă nu știu dacă 42 este un număr rezultat dintr-un calcul riguros sau este doar o aproximație și o trimitere spre Ghidul autostopistului galactic): 7 motoare centrale, apoi 14 dispuse circular pe un inel central, înconjurate de alte 21 dispuse pe un inel exterior.

Cele 7 motoare centrale sunt singurele care pot oscila în jurul axei pentru schimbarea direcției și vor fi singurele motoare folosite la revenirea rachetei în atmosferă, în vederea aterizării pe rampa de lansare.

Dacă specificațiile tehnice anunțate se vor transpune în practică, Raptor va deține cel puțin un record – motorul cu cea mai mare presiune a gazelor: 300 de atmosfere (recordul precedent fiind deținut de RD-191 cu 250 de atmosfere). Iar acest lucru se traduce printr-o eficiență sporită, dimensiuni fizice reduse, care înseamnă o complexitate internă nu atât de ridicată, deci costuri reduse și capacitate ridicată de producție.

Primul test al unui motor Raptor a avut loc cu câteva zile înainte de prezentarea planului marțian al lui Elon Musk și a fost un succes, deși nu a fost vorba despre un motor în varianta sa finală. Raptor rămâne totuși primul și cel mai hotârât pas în colonizarea lui Marte văzută prin prisma SpaceX, urmează să vedem și următoarele salturi.

https://www.youtube.com/watch?v=Ok52w56A6uY

Claudiu Tănăselia

Claudiu Tănăselia este fizician, doctor în fizică din 2014 (titlu obținut la Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca), cercetător științific la INCDO INOE2000 ICIA Cluj-Napoca și pasionat al explorării spațiului cosmic, contribuind lunar, din 2011,  la rubrica de spațiu a revistei Știință&Tehnică. Prin site-ul său (parsec.ro), newslettere, podcasturi și sute de prezențe în emisiuni radio și TV, el încearcă să aducă spațiul cosmic mai aproape de Pământ și să povestească oricui este dispus să-l asculte despre ce se întâmplă pe orbita Pământului și dincolo de ea, pe Lună, pe Marte, sau în galaxii îndepărtate.