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丝袜美腿图片 SpaceX猛禽发动机的前世、今生和异日（一）
咱们必弗成住手探索丝袜美腿图片，而一切探索的特别，即是重回起原，并对起原有如初见般的了解。
——史蒂芬·柯维
一说念来探索六合的奥妙
猛禽Raptor发动机是SpaceX开拓的新一代液体火箭发动机，为星舰提供能源。
星舰筹商在异日几十年运送大致100万东说念主前去火星，并在火星上成立一座自力新生的城市。
末端这一唯利是图的目的最关节的即是需要配备一款高性能、大推力的火箭发动机，以完成地球名义升起、深空鼓动、火星名义着陆、火星名义升起以及地球名义着陆。
于是，猛禽Raptor发动机应时而生。
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Raptor的第一次点火
Raptor代表了咫尺地球上高度可重迭使用化学火箭的巅峰，全流量补燃系统轮回样貌，鼓动剂是液氧和液态甲烷。
Raptor主要看成星舰的一、二级发动机，用于火星的探索和殖民。字据马斯克的说法，基于Raptor的优异技艺，星舰将采选高度的可重迭使用性手艺，拓宽猎鹰9号火箭及其始创的一级可重迭使用手艺。
Raptor于2009年头度建议，最初是一个预研名堂，旨在研制一款高性能的液氢/液氧低温上司发动机。
到2012年，SpaceX跟着发展拓展和改变了其能源鼓动系统的发展意见，Raptor的变装被扩大到成为该公司大致将东说念主类运送到火星及更远的所在超大型火箭的首选发动机。
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Raptor模子图
Raptor发动机型谱
01
Raptor在更始性的使用全流量补燃轮回系统，中式液氧/甲烷看成鼓动剂的同期，充分接受了研发团队在猎鹰9号和猎鹰重型火箭中的先进液体能源手艺。
如鼓动剂的深冷手艺，将液氧和甲烷冷却到其沸点以下以加多密度，从而使有限的贮箱容积装载更高质料的鼓动剂。
与Merlin 1D发动机相通，Raptor有海平面版和真空版两个版块，一个用于输送火箭的第一级，另一个加多喷管推广比后用于二级真空环境，以便在地球大气层外、行星间、火星大气环境中以更高的性能职责。
2016年埃隆·马斯克（Elon Musk）在国外天文体大会上的演讲上初度清楚了Raptor的遐想和火星输送的构想。
1.1 海平面版Raptor发动机
猛禽发动机的海平面遐想推力为3，050kN（310吨），海平面比冲为334秒。
海平面版的Raptor的真空推力为3，297kN，真空比冲为361秒，鼓动剂流量为931kg/s，羼杂比为3.8（字据马斯克早期共享信息）。
海平面版的Raptor的喷管面积比为40，喷管出口直径约为1.7米，磋商到其最大职责高度不越过100公里，概述磋商结构等其他身分中式了海平面看成最好遐想点。
海平面版Raptor采选火把点火，氦气起动。
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Raptor点火
与Merlin 1D系列发动机相通，Raptor不错大范围变推力，成绩于气-气点燃先天的点燃自如性，Raptor最低变推至额定推力的20%。
这使得星舰在翱游中具有极地面生动性，并在复返着陆鼓动的进程中主动节流。
Raptor发动机的遐想推重比为200，这对于一个点燃室压力30MPa、泵后压力至少不低于70MPa的能源安装简直是弗成遐想的。
但鉴于SpaceX公司之前的Merlin 1D发动机推重比190，冲破俄罗斯NK-33（推重比为137）推重比纪录的情况，量产阶段的Raptor推重比达到200似乎也不错衔接。
海平面版Raptor性能：
氧化剂：过冷液氧
乱伦故事燃料：过冷甲烷
海平面推力：3050kN
真空推力：3297kN
海平面比冲：334s
真空比冲：361s
点燃室压力：30MPa
羼杂比：3.8
总流量：931.2kg/s
液氧流量：737.2kg/s
液态甲烷流量：194kg/s
变推范围：20~100%
点火样貌：火把点火
喷管面积比：40
喷管喉部直径：268mm（反算值）
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海平面版Raptor性能参数
星舰最初遐想决策一级是由一个由21台猛禽发动机和14个猛禽发动机构成表里环，表里环发动机固定不扭捏，用以对消高大的升起质料。中心装有7台发动机双向扭捏用于火箭的姿态限制。
在星舰的升起段，一级发动机全部点火职责，再入大气回收时仅有中心的7台发动机职责。
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星舰一级发动机布局
与Merlin和Super Draco发动机的分娩逻辑雷同，Raptor在分娩制造进程中采选了广漠的3D打印增材制造手艺。
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SpaceX的SuperDraco发动机全3D打印推力室点火
基于遐想、分娩一体化的遐想想路，3D打印不错大大责骂发动机分娩资本，何况由于3D打印分娩不错末端传统要领无法末端的轻质化零件结构，以此充分提高发动机的推重比。
3D打印分娩发动机的另一个优点是不错加速新组件的遐想窜改速率，以便在短时辰内完成发动机遐想的屡次迭代。
猛禽发动机的阀门壳体、涡轮泵主要组件和喷注器齐采选3D打印制造分娩。
1.2 真空版Raptor发动机
与咫尺大部分的液体火箭发动机相似，Raptor的二级通过增大喷管面积比以优化真空中的操作。
这使得真空版Raptor发动机大致使用沟通的涡轮泵、阀门、推力室和主要管路，从而责骂发动机的研制资本，缩小研制周期。
真空版Raptor发动机的遐想推力为3，500kN（357吨），真空比冲为382秒。
真空版Raptor发动机的喷管面积比为200，喷管出口直径为3.8米。
真空版Raptor发动机用于星舰的二级，共配备了六台真空版Raptor发动机和三个海平面Raptor发动机，用于前去火星时的鼓动、复返地球时的着陆和火星名义的着陆以及升起。
中心交接有三台海平面发动机用于在火星和地球名义高潮和着陆进程中进行精准的姿态限制。
外部的6台真空版Raptor发动机用于深空翱游。
真空版Raptor发动机性能参数：
氧化剂：过冷液氧
燃料：过冷甲烷
真空推力：3500kN
真空比冲：382s
点燃室压力：30MPa
羼杂比：3.8
总流量：931.2kg/s
液氧流量：737.2kg/s
液态甲烷流量：194kg/s
变推范围：20~100%
点火样貌：火把点火
喷管面积比：200
喷管出口直径：3.8m
为什么弃取甲烷
02
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星舰模子图
在研制Raptor时，SpaceX毁灭了Merlin发动机研制进程中集结的液氧/煤油的使用指示，转而弃取液态甲烷看成Raptor的燃料。
无人不晓，甲烷燃料是火箭手艺中相对较新的发展，SpaceX的Raptor、Blue Origin的BE-4、以及俄罗斯的RD-182、RD-185齐采选甲烷看成其火箭的燃料，诚然截止咫尺为止仍莫得任何一款液氧甲烷液体火箭得胜入轨。
液氧/甲烷比液氧/煤油的发动机具有更高的性能，真空比冲收支约35s。
诚然液氢不错提供越过450s的比冲，但液氢本人的价钱腾贵，使用珍摄资本也相当高。
与液氧/煤油鼓动剂组合比较，液氧/甲烷发动机的主要优点是点燃更清洁，根除了点燃室对积碳的担忧，卓著是在磋商如期重迭使用，液氧/甲烷发动机无需在两次翱游之间进行大范畴的清洗重装。
星舰弃取甲烷看成能源的燃料的另一个主要磋商身分是，阁下火星上的资源不错产生甲烷。
咫尺对于异日火星任务的筹商是阁下火星周围大气中广漠存在的二氧化碳、地下水以及阳光看成能源来产生东说念主类生涯所需要的氧气、水和甲烷。
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火星上原位制取甲烷
液氧/煤油组合诚然比冲略低，但密度比冲优异，发动机和鼓动剂的资本和重迭使用性邃密，在轨鼓动剂的转注也很容易完成。
然则，对于火星登录而言，煤油的主要弱点是，在现存资源下它在火星上的原位分娩是险些弗成能的。
液氢/液氧组合在火箭中应用也较为老成，尤其是上头级的发动机，而且液氢与液氧点燃产生水，是一种更清洁的鼓动剂组合。在火星上氢与氧也不错通过电解水径直制取。但对于大推力范畴的液体火箭，液氢的低密度会导致液氢贮箱尺寸高大，另外液氢的天外转注也很难末端。
SpaceX在根除了液氧/煤油和液氧/液氢两种可能后，字据火星任务的主要条款，最终弃取了液氧/甲烷发动机。
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甲烷弃取尺度
全流量补燃轮回烷
03
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全流量补燃发动机决策
Raptor发动机有氧化剂和燃料两个悲怆的涡轮泵，分离由富氧燃气和富燃燃气驱动。
富氧燃气由大部分的液氧和小部分的燃料在富氧预燃室中产生。
富燃燃气由大部分的燃料和小部分的液氧在富燃预燃室中产生。
Raptor发动机的氧泵和燃料泵前均遐想有预压泵为氧泵和燃泵的宽泛职责提供一定的进口压力。
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富燃补燃轮回与全流量补燃轮回决策
Raptor推力室采选再生冷却，液态甲烷从燃料涡轮泵增压完成后，先投入推力室身部进行换热，再投入富燃预燃室职责。
最终富燃燃气与富氧燃气在推力室点火点燃，产生推力。
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自生增压的全流量补燃轮回发动机决策
全流量补燃轮回的液体火箭发动机，主要有六个方面的上风。
1）与传统的单轴涡轮泵遐想比较，燃料和氧化剂涡轮泵使用单独的涡轮责骂了全体涡轮功率。全部的鼓动剂的以富燃和富氧燃气驱动涡轮，大致最大末端的提供鼓动剂供应所需的功率，从而责骂了富氧、富燃燃气的温度，极大擢升了发动机的职责可靠性。
2）氧泵与燃料泵的悲怆省去了燃料端与氧化剂端之间的两说念动密封，这是传统发动机中最容易发生故障的部分。
3）高功率带来的发动机高室压，同期莫得副系统的能量豪侈，比较于开式轮回的Merlin系列，发动机性能得回了极大的擢升。
4）气-气雾化点燃先天加多了推力室的点燃自如性和职责效果。
5）全流量补燃轮回的系统轮回样貌决定了其在变推时的自如性。
6）全流量补燃轮回发动机自然提供了火箭系统自生增压的弃取，氦气增压系统的省去，简化了火箭系统，责骂了火箭的资本。
在2016年的演讲中，马斯克卓著强调了星舰助推器的自生增压系统，以消省去高压氦气增压系统。
大路至简，液体火箭的遐想莫不是如斯。
星舰的燃料箱增压不错通过推力室冷却夹套再生冷却后甲烷气体来末端，而氧化剂箱的增压通过从液氧泵后取一小股液氧，经过预点燃器内的换热器加热后末端。
Raptor是天下上第三个全流量补燃轮回的液体火箭发动机。
之前只须苏联火箭能源大众格鲁什克19世纪70年代遐想的RD-270 发动机。好意思国空军与NASA也进行过一个全流量补燃轮回氢氧发动机名堂。
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RD-270发动机
注：RD-270火箭发动机，天下上毒性最大的火箭发动机，鼓动剂为四氧化二氮和偏二甲肼，全流量补燃闭式轮回，推力671吨，海平面比冲301s，推重比203，点燃室压力26.1MPa，点火了27次。
Raptor发动机的点燃室压力为30MPa，是现役通盘输送火箭发动机中点燃室压力最高的。
由于材料手艺的最初，几十年来俄罗斯的富氧补燃轮回发动机一直保抓着最高点燃室压力的纪录，直到Raptor发动机的出现。
注：RD-191 的职责压力为 26.3MPa，RD-180 的职责压力为 26.7MPa。
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好意思国空军/NASA蚁合氢氧全流量补燃机涵养
发展历程
04
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Merlin 2 模子
Raptor最早于2009年被SpaceX的鼓动团队建议来，最初是缱绻研制一款液氢/液氧的高性能的上头级发动机。
与此同期，基于对大推力的需求，SpaceX也筹商研制Merin发动机的放大版，即Merlin 2号，看成将来更大火箭的第一级。
最初的决策是沿用液氧煤油鼓动剂，但同期为了擢升性能将开式的燃气发生器轮回变为高性能补燃轮回遐想。
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2010年的Raptor遐想
字据2010年的遐想，Raptor上头级发动机将提供667kN的真空推力，用于猎鹰或重型猎鹰的第二级。
到2012年头，跟着SpaceX全体策略筹商的调解，Raptor的遐想发生了压根变化，SpaceX的鼓动团队决定毁灭液氧煤油鼓动剂组合，转而弃取甲烷看成其大推力发动机的燃料。
到2012年底，SpaceX透彻细目了Raptor全流量补燃轮回、液氧/甲烷鼓动剂的手艺路子。
2013年SpaceX告示筹商使用好意思国宇航局位于密西西比州的斯坦尼斯航天中心进行组件测试。整机试车将在德克萨斯州麦格雷戈的涵养中心进行。
密西西比州斯坦尼斯的E2测试台的燃料贮箱的阅兵职责（液态甲烷）于2014年2月完成。3月份适当运转了猛禽预燃室的点火涵养。
从2013年Raptor的初版性能数据发布运转就阅历了一段漫长的变化进程，SpaceX发言东说念主在一年半的时辰里给出了多个版块千差万别的性能数据。
最初Raptor的推力额定值为2，940kN， 2014年头的一次演讲中，公布的推力为4，400kN。
注：猛禽开拓负责东说念主杰夫·索恩伯格（Jeff Thornburg）对不同的推力目的也给出了阐扬，他暗示猛禽是一种高度可拓展的发动机遐想。不及其箭发动机的研制蓝本即是成王败寇。
直到2015年2月，埃隆·马斯克（Elon Musk）发布了新一版猛禽的性能3000kN的目的，基于该发动机SpaceX异日的输送火箭需要向火星名义发送450吨有用载荷。
在年2015年内，SpaceX共实施了76次预燃室的热门火，累计涵养时辰达到数百秒。
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Raptor预燃室涵养
2016年的一个薄暮，第一台Raptor整机在SpaceX的德克萨斯州涵养基地进行点火。两天后马斯克在国外宇航大会演出讲，发布SpaceX将进行火星探伤和假寓筹商。
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星空之恋
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