Prometheus (motore a razzo)
Il Prometheus è un motore a razzo, per una futura versione dell'Ariane 6 o suo successore, in sviluppo da parte dell'Agenzia spaziale europea, alimentato a metano liquido/LOX e riutilizzabile.[1][2][3]
| Prometheus | |
|---|---|
| Paese di origine |  Europa
|
| Principale costruttore |  ArianeGroup
|
| Applicazione | 1º e 2º stadio |
| Vettore associato | Ariane 6 |
| Status | in sviluppo |
| Motore a propellente liquido | |
| Propellente | LOX / Metano |
| Rapporto del composto | 3,5 |
| Ciclo | ciclo a generatore di gas |
| Pompe | 1 |
| Prestazioni | |
| Spinta | 1 MN |
| Pressione camera | 100 bar |
| Impulso specifico | 360 s |
| Riaccensioni | multiple |
Il motore avrà costi di realizzazione sostanzialmente inferiori rispetto ai motori tradizionali fabbricati in Europa.
Storia
modificaL'Agenzia spaziale europea ha iniziato a finanziare lo sviluppo di Prometheus nel giugno 2017 con 85 milioni di euro erogati attraverso un meccanismo di capitale dell'ESA denominato "Future Launchers Preparatory Programme" (programma preparatorio per i futuri lanciatori).[1]
Patrick Bonguet, che guida il programma di lancio del veicolo Ariane 6 dell'ArianeSpace, nel giugno 2017 ha indicato che è possibile che il motore Prometheus possa trovare un uso su una versione futura dell'attuale Ariane 6 non riutilizzabile, il così detto Ariane Next. Si prevede che l'Ariane 6 nella configurazione non riutilizzabile effettuerà un lancio iniziale ad inizio 2021[2][4] mentre l'Ariane Next è previsto verrà lanciato attorno al 2030, dopo cioè che si saranno conclusi gli sviluppi su tutta una serie di progetti dimostrativi e nuove tecnologie, compreso appunto il motore Prometheus.[5][6]
Caratteristiche
modificaL'obiettivo di costo è quello di produrre il motore Prometheus ad un decimo del costo del motore del primo stadio dell'Ariane 5, non dovendo costare più di 1 milione di euro; per ottenere questo obbiettivo si ridurrà il numero di componenti, semplificandone la realizzazione, ma anche il peso del motore, ricorrendo ampiamente all'uso della stampa 3d.[2][3][4][6]
Il motore utilizzerà un ciclo a generatore di gas Metano/LOX e avrà una spinta variabile da 300 kN a 1 MN (equivalente a 100 tonnellate) per essere adatto all'utilizzo sia sul primo che sul secondo stadio dell'Ariane 6.[2][3] L'utilizzo del metano liquido come propellente al posto del LH2, a fronte di una diminuzione dell'impulso specifico (sopra i 300 s contro i 400 s con l'uso dell'idrogeno), permette tutta una serie di vantaggi[7]:
- è più facilmente immagazzinabile, dovendo portare la temperatura a soli 112 K (−161,15 °C) per mantenerlo liquido, il che consente di evitare di utilizzare costosi ed ingombranti isolanti termici speciali o particolari sistemi criogenici per mantenere le condizioni di stoccaggio;
- le relative alte temperature di stoccaggio permettono di rende più economica la lavorazione industriale e lo stesso stoccaggio del combustibile.
- il punto di ebollizione è più vicino a quello dell'ossigeno liquido (90 K), questo consente di poter ridurre isolamento termico tra il combustibile e l'ossidante stoccati, permettendo così risparmi economici e una leggera riduzione del peso del vettore;
- LOX + LH2 ha una densità apparente inferiore rispetto a LOX + LCH4 (290 kg/m3 contro 820 kg/m3), il che significa serbatoi di carburante, linee di alimentazione e persino turbo pompe più piccoli e leggeri ed in generale meno costosi;
- si evita di incorrere nell'infragilimento da idrogeno, il che rende il motore e vari altri componenti del razzo (in particolare i serbatoi di carburante) molto più adatti alla riusabilità;
- non si riscalda durante l'espansione e non esplode a contatto con l'ossigeno, rendendo la manipolazione e l'utilizzo più sicuro e permettendo una semplificazione, e quindi una riduzione dei costi di progettazione e realizzazione; inoltre, in caso di riscaldamento, la pressione aumenta più lentamente che nel caso dell'idrogeno, consentendo il rifornimento anche molto prima del lancio e non subito a ridosso dello stesso, riducendo così i rischi per la sicurezza nelle fasi pre-volo.
Per modulare la spinta il motore sarà dotato di un sistema computerizzato integrato che ne consentirà al contempo una diagnostica utile per l'attività manutentiva ed il riutilizzo[2], mentre si stima che ogni motore potrà essere riutilizzato fino ad un massimo di 10 volte.[7]
La pressione della camera di combustione sarà di circa 100 bar (10000 kPa), con un rateo di miscelazione ottimale a 3,5, mentre è prevista una pressione di eiezione di 400 mbar, cioè ottimizzata per garantire una buona spinta al livello del mare nell'utilizzo al primo stadio.[3]
Il suo utilizzo su più stadi, ognuno di questi con più motori, potrebbe comportare la necessità di alte cadenze produttive (si stima tra i 50 e le 100 unità all'anno) permettendo economie di scala.[3]
Un primo utilizzo del motore è previsto sul dimostratore tecnologico Themis.[6]
Note
modifica- ^ a b (EN) Henry Caleb, France’s Prometheus reusable engine becomes ESA project, gets funding boost, su spacenews.com, 1º febbraio 2017.
- ^ a b c d e Prometheus to power future launchers, su esa.int.
- ^ a b c d e (EN) Prometheus, a LOX/LCH4 reusable rocket engine (PDF), su eucass.eu, 2017.
- ^ a b (EN) Henry Caleb, France, Germany studying reusability with a subscale flyback booster, su spacenews.com, 8 gennaio 2018.
- ^ (EN) CNES Future Launcher Roadmap (PDF), su web.uniroma1.it, 7 maggio 2019.
- ^ a b c (EN) ESA moves ahead on low-cost reusable rocket engine, su esa.int. URL consultato il 5 giugno 2020.
- ^ a b (EN) Marcin Wolny, Prometheus, ASL’s future rocket engine, su techforspace.com, 7 febbraio 2017.
Voci correlate
modifica- Raptor, motore a razzo sviluppato dalla SpaceX
- BE-4, motore a razzo sviluppato dalla Blue Origin
