Elon zatweetował że Raptor 2 ma w planach mieć 320-330 barów ciśnienia w komorze spalania. W sumie ciekawe co ogranicza maksymalne ciśnienie? Wiadomo że takie ciśnienie w komorze spalania oznacza 700-800 bar w kanałach które doprowadzają gazowy metan i tlen do tejże komory. I tu podejrzewam że jest granica możliwości materiałowych. Jak wiecie rury którymi porusza się gazowy (?) tlen są ze specjalnego materiału który w latach 70’tych wymyślili Rosjanie – stop z dodatkiem cyrkonu który najpierw się powoli pasywnie co powoduje że jego powierzchnia pokrywa się kryształami cyrkonii które są na tyle szczelne że zabezpieczają metal pod nimi przed kontaktem z tlenem. Podejrzewam że po prostu powyżej 800 bar siły działające na te kryształy są na tyle duże że następuje ich dezintegracja.
Innym ograniczeniem może być konieczność odprowadzania ciepła ze ścianek komory spalania, ale z tego co wyczytałem to nie jest problemem, bo te ścianki tak naprawdę nie są poddawane wysokim ciśnieniom – ciśnienie ciekłego metanu chłodzącego komorę spalania utrzymywane jest w równowadze z ciśnieniem w samej komorze i ścianki nie są poddawane szczególnie dużym naprężeniom. Ograniczeniem może być rozmiar komory spalania – przy pewnym zaplanowanym rozmiarze jest granica ciśnienia przy którym daje się odprowadzić ciepło tak by ścianki się nie stopiły. Prawdopodobnie trzeba by zwiększyć rozmiar komory by dało się zwiększać ciśnienie – jednym z powodów jest procent powierzchni jaki zajmują ścianki w stosunku do samych kanałów którymi płynie ciekły metan – im większa komora spalania tym większa powierzchnia stykającą się z ciekłym metanem co zwiększa ilość energii jaką można odprowadzić. Jako że rozmiary Raptora 2 są ograniczone przez ilość miejsca w Starship/SuperHeavy to rozmiar może być głównym powodem ograniczenia ciśnienia.
To moje przypuszczenia. Jaki jest prawdziwy powód – pytajcie inżynierów od silników rakietowych, oni na pewno wiedzą. Jednak znając Muska to następny silnik jaki SpaceX zaprojektuje będzie miał znacząco większy ciąg i znacząco większe ciśnienie w komorze spalania. I znacznie większe rozmiary – tak jak Raptor jest większy od Merlina.
Raptor jest dość dobrze dopasowany do Starship. Jednym z celów Muska było bezpieczeństwo = na tyle dużo silników by w razie awarii jednego dało się nadal wylądować. I żeby w razie awarii jednego nadal dało się osiągnąć orbitę (F9 tego nie potrafi – drugi stopień ma tylko jeden silnik). I żeby w pełni załadowany statek był w stanie osiągnąć orbitę z powierzchni Marsa.
Niestety te wymagania spowodowały że SuperHeavy wymaga kilkudziesięciu silników. Rosyjskie eksperymenty z rakietą N1 pokazują że takie rozwiązanie może być kłopotliwe. Dlatego w przyszłości widzę rozwojową wersję SuperHeavy z większymi silnikami których będzie tylko kilka – kilkanaście. Spodziewam się że SpaceX już pracuje nad takim większym silnikiem i że za rok czy dwa usłyszymy o jakichś dziwnych silnikach na stanowiskach testowych w Texasie.
P.S. Dodałem pytajnik do „gazowy” w pierwszym akapicie bo przy tych ciśnieniach zanika wyraźna różnica fazowa pomiędzy cieczą a gazem i tlen (a także metan) zachowuje się jak coś pomiędzy – to się nazywa ciecz superkrytyczna i ma część właściwości gazu a część cieczy.
