J-2X (silnik rakietowy)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
J-2X
Projektant Pratt & Whitney Rocketdyne
Wykorzystanie Space Launch System Earth Departure Stage
Materiały napędowe ciekły tlen, ciekły wodór
Pierwszy lot projektowany
Osiągi
Siła ciągu w próżni 1310 kN
Impuls właściwy w próżni 448 Ns/kg
Maks. czas działania 465 s
Parametry
Komory spalania 1
Stosunek ciągu do masy 55,05
Wymiary
Długość 4,70 m
Średnica 3,05 m
Masa 2472 kg
Grafika silnika J-2X (2006)
Silnik J-2X w trakcie testów (2008)

J-2X – silnik rakietowy budowany przez Pratt & Whitney Rocketdyne dla NASA z przeznaczeniem dla ciężkich rakiet nośnych SLS. Silnik J-2X wywodzi się z silnika J-2, który był używany w rakietach Saturn IB i Saturn V w ramach programu Apollo.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Idea budowy silnika J-2X powstała w 2005 r. w ramach przygotowywania nowego budżetu NASA dla programu Constellation. W 2006 r. projekt został zaakceptowany i miał być ukończony do 2016 roku.

Konstrukcja J-2X opiera się przede wszystkim na projekcie J-2S, będącego uproszczonym i udoskonalonym silnikiem J-2. Wcześniej, w latach 90. XX wieku na potrzeby projektu X-33 (Venture Star) również wykorzystano rozwiązania z silnika J-2S. Projektowany wówczas silnik powietrzno-stożkowy z serii J-2T nie doczekał się jednak praktycznego wykorzystania i po serii naziemnych testów program zawieszono.

Po analizie projektu J-2S NASA oraz podwykonawcy dokonali niezbędnych usprawnień zgodnych z nowymi normami. Skorzystano przede wszystkim z nowocześniejszych technologii i materiałów. W ten sposób ciąg silnika został zwiększony o 20%, a impuls właściwy o 3% względem pierwotnej wersji silnika. Natomiast masa konstrukcji wzrosła o 77%.

J-2X powstał z myślą o napędzaniu drugiego stopnia rakiety Ares I oraz drugiego stopnia Earth Departure Stage (EDS) rakiety Ares V. EDS jest podobny do stopnia S-IVB rakiety Saturn V i miał działać na podobnej zasadzie: po odcięciu pierwszego stopnia Aresa V silnik J-2X skierowałby EDS na niską orbitę okołoziemską, a stamtąd, po kolejnym odpaleniu J-2X w stronę orbity księżycowej.

Ze względu na ryzyko redukcji środków przeznaczonych na silnik J-2X zdecydowano, że najpierw opracowany zostanie silnik J-2X o nieco mniejszym ciągu 1220 kN niż jest projektowany. Jeśli sprawdziłby się jako układ napędowy drugiego członu rakiety Ares I w trakcie operacji na LEO, wówczas przystąpiono by do budowy silnika J-2XD o docelowym ciągu 1310 kN.

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Silnik J-2X czerpie wiele od swoich poprzedników. Wykorzystywane są w nim turbopompy z serii Mark 29 używane w J-2S i udoskonalone na potrzeby projektu X-33. Gaz z wylotu turbiny kierowany jest do dyszy silnika, przez co zwiększany jest ciąg i chłodzone są ściany wydłużonej dyszy. Główny wtryskiwacz został przeprojektowany, ale elementy współosiowe pozostały takie same jak w J-2. Komora spalania ma miedzianą powłokę z wyfrezowanymi kanałami oraz specjalną warstwą wzmocnioną pod ciśnieniem przy użyciu metod opracowanych dla RS-68. Dwuczęściowa dysza wylotowa została pozyskana z projektu Volvo Aero (takie dysze opracowano na potrzeby silników Vulcain 2 w rakietach Ariane 5). Jej współczynnik rozszerzalności plasuje się na poziomie 40:1, podobnie jak w J-2S. Współczynnik przedłużenia dyszy wynosi 80:1, co wpływa na wysoki impuls właściwy silnika. Układ zapłonowy składa się z zapłonu iskrowego zastosowanego w J-2S, ale udoskonalenia pochodzą z głównego silnika wahadłowców SSME (Space Shuttle Main Engine). J-2X wykorzystuje projekty zaworów jak w J-2, dopracowane przez NASA w 2006 r. Część siłowników pozostała, ale większość została wymieniona ze względu na błędy tolerancji. Do J-2X wprowadzono nowy cyfrowy kontroler pracy silnika, który będzie wykrywał błędy tolerancji elementów, awarie oraz części wymagające naprawy. System używa sterowania w pętli otwartej, by zapewnić jak najprostszą budowę.

Nawet z tymi modyfikacjami silnik J-2X jest w założeniu znacznie tańszy i związany z mniejszym ryzykiem niż koncept modyfikacji głównego silnika promów kosmicznych (SSME) do restartu w trakcie lotu, dlatego zrezygnowano ze zmodyfikowanych SSME na rzecz J-2X. Z ramienia NASA powstało biuro J-2X Upper Stage Engine Element Office, zajmujące się tworzeniem silnika. W 2006 zatwierdzono wstępny kosztorys, rozpoczęły się także pierwsze testy.

Jednak w październiku 2010 r. prezydent Barack Obama zawiesił program Constellation, zatem koncepcja silnika J-2X straciła rację bytu. Projektanci i inżynierowie nie zawiesili programu i testy są kontynuowane z myślą o wykorzystaniu J-2X jako układu napędowego wyższych członów nowych ciężkich rakiet nośnych NASA. Według obecnych planów silnik J-2X znajdzie zastosowanie w projektowanej ciężkiej rakiecie nośnej SLS.

Parametry techniczne[edytuj | edytuj kod]

Podstawowe parametry silnika J-2X w porównaniu z poprzednimi silnikami z serii J-2 są następujące:

Typ silnika J-2 J-2S J-2X
Ciąg w próżni 1033,1 kN 1138,5 kN 1310,0 kN
Impuls właściwy (Isp) 421 s 436 s 448 s
Czas pracy 475 s 475 s 465 s (dla górnego członu rakiety Ares I)
Masa 1438 kg 1400 kg 2472 kg
Utleniacz/paliwo Ciekły tlen/ciekły wodór Ciekły tlen/ciekły wodór Ciekły tlen/ciekły wodór
Stosunek mieszania 5,50 5,50 5,50
Średnica 2,01 m 2,01 m 3,05 m
Długość 3,38 m 3,38 m 4,70 m
Stosunek ciągu do masy 73,18 85,32 55,04
Wykonawca Pratt & Whitney Rocketdyne Pratt & Whitney Rocketdyne Pratt & Whitney Rocketdyne
Stosowany w rakietach Saturn V - 5 silników w 2. stopniu S-II,
Saturn IB i Saturn V - 1 silnik w 2. stopniu S-IVB
Planowane zastąpienie silnika J-2 w rakietach Saturn IB i Saturn V Planowany dla 2. stopni rakiet Ares I i Ares V - 1 silnik,
obecnie przewidziany dla 2. stopnia rakiety SLS

Testy[edytuj | edytuj kod]

W 2010 r. w Centrum Lotów Kosmicznych imienia George'a C. Marshalla przeprowadzano serię testów generatora gazu zasilającego układy turbopompowe silnika J-2X. Wiosną 2011 badano żywotność i trwałość dyszy turbopompy paliwowej, przez którą gaz przedostaje się na ostrza turbiny. W lipcu 2011 r. rozpoczęły się pierwsze ogniowe (zapłonowe) testy silnika J-2X. Przeprowadzono je w Stennis Space Center na platformie testowej A-2.

Przez najbliższe lata będą odbywały się kolejne testy, w tym przede wszystkim ogniowe (zapłonowe) na platformie testowej A-2 w Stennis Space Center, a następnie, po wybudowaniu specjalnie dla J-2X platformy A-3, silnik przejdzie badania w warunkach próżniowych.

Silnik J-2X byłby doskonałym napędem dla jednostek udających się z orbity okołoziemskiej w głęboką przestrzeń kosmiczną, czyli np. na Księżyc lub Marsa, dlatego jego budowa ściśle wiąże się z przyszłością załogowych lotów kosmicznych NASA.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]