RL-10
Il RL10 è un motore a razzo a propellente liquido usato sul Centaur, il S-IV e il DCSS.[1] Costruito negli Stati Uniti da Aerojet Rocketdyne (inizialmente Pratt & Whitney Rocketdyne), questo motore brucia propellenti criogenici (idrogeno e ossigeno liquidi), produce da 64,7 a 110 kN di spinta nel vuoto, a seconda della versione considerata[2]. Il RL10 è stato il primo motore a razzo a idrogeno liquido ad essere costruito negli Stati Uniti, il cui sviluppo venne seguito dal Marshall Space Flight Center e da Pratt & Whitney, iniziando negli anni cinquanta, ed eseguendo il primo volo nel 1961.[3] Volarono diverse versioni del motore, tra cui 2, il RL10A-4-2 e il RL10B-2, sono ancora in uso sull'Atlas V e il Delta IV.
| RL10 | |
|---|---|
 | |
| Paese di origine | Stati Uniti d'America |
| Primo volo | 1962 (RL10A-1) |
| Progettista | Pratt & Whitney Rocketdyne/MSFC |
| Principale costruttore | Aerojet Rocketdyne |
| Applicazione | motore ad alta energia per stadi superiori |
| Status | in produzione (RL10A-4-2, RL10B-2, RL10C-1) |
| Motore a propellente liquido | |
| Propellente | ossigeno liquido / ideogeno liquido |
| Rapporto del composto | 5,5 - 5,88:1 |
| Ciclo | ciclo a espansione |
| Configurazione | |
| Camera | 1 |
| Rapporto di scarico | 84:1 - 280:1 |
| Prestazioni | |
| Spinta (vuoto) | 67 kN - 101,8 kN |
| Raggio di regolazione | CECE: 5-10% |
| TWR | 30:1 - 61:1 |
| Pressione camera | 3275 kPa - 4412 kPa |
| Isp (vuoto) | 373 s - 470 s |
| Tempo di accensione | 127 s - 2000 s |
| Dimensioni | |
| Lunghezza | 1,07 m - 4,14 m |
| Diametro | 1,02 m - 2,13 m |
| Peso a vuoto | 131 kg - 317 kg |
| Usato in | |
| Centaur DCSS Saturn I Space Launch System | |
Il motore produce un impulso specifico nel vuoto da 374 a 470 s (3,66–4,61 km/s) ed ha una massa tra 131 e 317 kg.[4] 6 motori RL10A-3 sono stati usati nel secondo stadio S-IV del Saturn I[5], e uno o due RL10 sono usati nello stadio superiore Centaur dell'Atlas[6] e del Titan[7], mentre un RL10B-2 è usato nello stadio superiore del Delta IV[8].
Storia
modificaIl RL10 è stato inizialmente testato a terra nel 1959, al Pratt & Whitney Florida Research and Development Center a West Palm Beach, in Florida[9]. Eseguì il suo primo volo nel 1962 in un test suborbitale senza successo;[10] il primo volo con successo ebbe luogo il 27 novembre 1963.[11][12] Per quel lancio, 2 RL10A-3 alimentarono lo stadio superiore Centaur di un veicolo di lancio Atlas.[13] Il lancio venne usato per condurre un test sulla strumentazione e sull'integrità strutturale del veicolo. Il RL10 venne disegnato per l'USAF come un motore a spinta variabile per trasportare sulla Luna il lander Lunex; questa caratteristica verrà 20 anni dopo sul DC-X.[14]
Miglioramenti
modificaIl RL10 è stato aggiornato negli anni. Un modello attuale, il RL10B-2, alimenta il secondo stadio del Delta IV. È stato significativamente modificato rispetto all'originale RL10 per migliorare le prestazioni. Alcune tra le migliorie includono un ugello espandibile e giunti cardanici elettromeccanici per ridurre il peso e aumentare l'affidabilità. L'impulso specifico attuale è di 464 secondi (4,55 km/s).[15]
Un difetto nella saldatura di una camera di combustione di un RL10B-2 venne identificato come la causa del fallimento del lancio di un Delta III che il 4 maggio 1999 stava trasportando il satellite per telecomunicazioni Orion-3.[16]
Applicazioni del RL10
modifica4 motori RL10A-5 modificati, tutti capaci di variare la loro spinta, vennero usati nel McDonnell Douglas DC-X.[17]
La proposta DIRECT v3.0 per rimpiazzare la famiglia di veicoli di lancio Ares con uno stadio centrale in comune, raccomandava il RL10 per il secondo stadio dei loro veicoli J-246 e J-247.[18] Fino a 7 motori sarebbero stati usati sul proposto Jupiter Upper Stage, servendo come un equivalente Earth Departure Stage.[19]
Potenziali impieghi del RL10
modificaCommon Extensible Cryogenic Engine
modificaIl Common Extensible Cryogenic Engine (CECE) è un banco di test per sviluppare motori RL10 capaci di variare correttamente la loro spinta.[20] La NASA ha firmato un accordo con Pratt & Whitney Rocketdyne per sviluppare il dimostratore CECE[21]. Nel 2007 la sua operatività (con un po' di "tosse") venne dimostrata in ratio di 11-1.[22] Nel 2009 la NASA ha riportato che il motore aveva variato la propria spinta dall'8% al 104% con successo, un record per un motore del suo tipo. La tosse era stata eliminata dall'iniettore e il sistema di alimentazione del propellente controllò la pressione, la temperatura e la fluidità dello stesso.[23]
Advanced Common Evolved Stage
modificaAl 2009, una versione avanzata del RL10 era stata proposta per alimentare lo stadio Advanced Common Evolved Stage (ACES), un'estensione a lunga durata del Centaur e del DCSS[24]. L'ACES è esplicitamente disegnato per supportare missioni geosincrone, cislunari e interplanetarie e provvedere a depositi in LEO o L2 di propellente che potrebbero essere usati come stazioni spaziali per rifornire altri razzi nel loro viaggio oltre l'orbita terrestre bassa o missioni interplanetarie[25]. Missioni addizionali potrebbero includere alta energia per eseguire pulizia di detriti spaziali.[26]
Studio sulla propulsione NextGen
modificaLa NASA è in partnership con l'USAF per studiare la propulsione superiore di prossima generazione, formalizzando gli interessi comuni a più agenzie per creare un nuovo motore per rimpiazzare l'Aerojet Rocketdyne RL10.
"Sappiamo il listino dei prezzi su un RL10. Se guardassi al costo su lunga durata, gran parte dei costi per unità degli EELV è attribuibile ai sistemi di propulsione, e un RL10 è un motore veramente vecchio, e c'è un sacco di lavoro associato alla sua costruzione", dice Dale Thomas, direttore associato dei problemi tecnici al NASA MSFC. "Ciò che questo studio vuole capire, è quanto rischioso può essere la costruzione di un rimpiazzo per il RL10?"
L'USAF spera di sostituire i motori RL10 usati sullo stadio superiore dell'Atlas V e del Delta IV, conosciuti come veicoli di lancio non riutilizzabili evoluti (EELV) che costituiscono la modalità primaria di lancio di satelliti per gli Stati Uniti. Mentre la NASA frequentemente usa gli EELV per lanciare grandi carichi scientifici, l'amministrazione di questo canale è largamente basata su altri canali.[27]
Exploration Upper Stage
modificaNell'aprile 2016 la NASA annunciò che aveva scelto di usare un design basato su 4 motori RL10 per l'Exploration Upper Stage usato nella missione EM-2 con equipaggio sullo Space Launch System.[28]
Specifiche
modifica| Versione | Status | Primo volo | Massa a secco | Spinta | Impulso specifico nel vuoto | Lunghezza | Diametro | Rapporto spinta peso | Rapporto ossidante/propellente | Ratio di espansione | Pressione della camera | Tempo di accensione |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RL10A-1 | Ritirato | 1962 | 131 kg | 67 kN (15,000 lbf) | 425 s | 1,73 m | 1,53 m | 52:1 | 40:1 | 430 s | ||
| RL10A-3 | Ritirato | 1963 | 131 kg | 65.6 kN (14,700 lbf) | 444 s | 2,49 m | 1,53 m | 51:1 | 5:1 | 57:1 | 32.75 bar (3,275 kPa) | 470 s |
| RL10A-4 | Ritirato | 1992 | 168 kg | 92.5 kN (20,800 lbf) | 449 s | 2,29 m | 1,17 m | 56:1 | 5.5:1 | 84:1 | 392 s | |
| RL10A-4-1 | Ritirato | 2000 | 167 kg | 99.1 kN (22,300 lbf) | 451 s | 1,53 m | 61:1 | 84:1 | 740 s | |||
| RL10A-4-2 | In produzione | 2002 | 167 kg | 99.1 kN (22,300 lbf) | 451 s | 1,17 m | 61:1 | 84:1 | 740 s | |||
| RL10A-5 | Ritirato | 1993 | 143 kg | 64.7 kN (14,500 lbf) | 373 s | 1,07 m | 1,02 m | 46:1 | 6:1 | 4:1 | 127 s | |
| RL10B-2 | In produzione | 1998 | 277 kg | 110 kN (25,000 lbf) | 462 s | 4,14 m | 2,13 m | 40:1 | 5.88:1 | 280:1 | 44.12 bar (4,412 kPa) | 700 s |
| RL10B-X | Cancellato | 317 kg | 93.4 kN (21,000 lbf) | 470 s | 1,53 m | 30:1 | 250:1 | 408 s | ||||
| CECE | Dimostratore | 160 kg | 67 kN (15,000 lbf), throttle to 5–10% | 445 s | 1,53 m | |||||||
| RL10C-1 | In produzione | 2014 | 190 kg | 101.8 kN (22,890 lbf) | 449,7 s | 2,22 m | 1,44 m | 57:1 | 5.5:1 | 130:1 | 2000 s |
Motori in mostra
modifica- New England Air Museum, Windsor Locks, Connecticut;[29]
- Museum of Science and Industry, Chicago, Illinois;[30]
- U.S. Space & Rocket Center, Huntsville, Alabama;[30]
- Southern University, Baton Rouge, Louisiana;[31]
- US Space Walk of Fame, Titusville, Florida;[32]
- Aerospace Engineering Department, Davis Hall all'Università di Auburn.
Note
modifica- ^ RL-10, su astronautix.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ RL10 Engine | Aerojet Rocketdyne, su rocket.com. URL consultato il 15 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 30 aprile 2017).
- ^ RL-10A-1, su astronautix.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Aerojet Rocketdyne RL10 Propulsion System (PDF), su rocket.com. URL consultato il 15 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 5 luglio 2016).
- ^ Saturn C-1, su astronautix.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Atlas, su astronautix.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Titan, su astronautix.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Delta IV, su astronautix.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Connors, p 319
- ^ Centaur, su space.skyrocket.de. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ Sutton, George (2005). History of liquid propellant rocket engines. American Institute of Aeronautics and Astronautics. ISBN 1-56347-649-5.
- ^ "Renowned Rocket Engine Celebrates 40 Years of Flight". Pratt & Whitney. November 24, 2003., su pratt-whitney.com (archiviato dall'url originale il 14 giugno 2011).
- ^ NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details, su nssdc.gsfc.nasa.gov. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ "Encyclopedia Astronautica—Lunex Project page". Mark Wade., su astronautix.com (archiviato dall'url originale il 31 agosto 2006).
- ^ Combined Tests For Improved Delta IV RL10B-2 Development (PDF), su sem.org (archiviato dall'url originale il 15 aprile 2017).
- ^ "Delta 269 (Delta III) Investigation Report" (PDF). Boeing. August 16, 2000. MDC 99H0047A. Archived from the original (PDF) on June 16, 2001. (PDF), su boeing.com (archiviato dall'url originale il 16 giugno 2001).
- ^ Delta Clipper Experimental (DC-X) Test Program, su hq.nasa.gov. URL consultato il 15 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 5 marzo 2016).
- ^ (EN) launchcomplexmodels.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ (EN) DIRECT issue rebuttal over NASA analysis of Jupiter launch vehicle | NASASpaceFlight.com, su nasaspaceflight.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Common Extensible Cryogenic Engine | Aerojet Rocketdyne, su rocket.com. URL consultato il 15 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 6 maggio 2017).
- ^ "Common Extensible Cryogenic Engine (CECE)". United Technologies Corporation., su pw.utc.com (archiviato dall'url originale il 4 marzo 2012).
- ^ "Throttling Back to the Moon". NASA. 2007-07-16, su science.nasa.gov (archiviato dall'url originale il 26 luglio 2007).
- ^ (EN) NASA Administrator, NASA Tests Engine Technology for Landing Astronauts on the Moon, in NASA, 6 giugno 2013. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ Kutter, Bernard F.; Frank Zegler; Jon Barr; Tim Bulk; Brian Pitchford (2009). "Robust Lunar Exploration Using an Efficient Lunar Lander Derived from Existing Upper Stages" (PDF). AIAA. (PDF), su info.aiaa.org. URL consultato il 14 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 24 luglio 2011).
- ^ Justin Ray, ULA gets futuristic – Spaceflight Now, su spaceflightnow.com. URL consultato il 15 aprile 2017.
- ^ Zegler, Frank; Bernard Kutter (2010-09-02). "Evolving to a Depot-Based Space Transportation Architecture" (PDF). AIAA SPACE 2010 Conference & Exposition. AIAA. Retrieved 2011-01-25. ACES design conceptualization has been underway at ULA for many years. It leverages design features of both the Centaur and Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) upper stages and intends to supplement and perhaps replace these stages in the future. ... (PDF), su ulalaunch.com (archiviato dall'url originale il 20 ottobre 2011).
- ^ (EN) NASA, US Air Force to study joint rocket engine, in Flightglobal.com, 12 aprile 2012. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ (EN) MSFC propose Aerojet Rocketdyne supply EUS engines | NASASpaceFlight.com, su nasaspaceflight.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ (EN) New England Air Museum, su neam.org. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ a b Richard Kruse, Photos of Rocket Engines | Historic Spacecraft, su historicspacecraft.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
- ^ (EN) Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc., Pratt & Whitney Rocketdyne Donates Model of Legendary Rl10 Rocket Engine to Southern University, su prnewswire.com. URL consultato il 14 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 15 aprile 2017).
- ^ American Space Museum & Space Walk of Fame, su facebook.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
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