RS-68

Rocket System-68
Test di un RS-68 allo Stennis Space Center della NASA, durante il suo sviluppo
Paese di origineUSA
Primo volo20 novembre 2002
Principale costruttoreAerojet Rocketdyne
ApplicazioneDelta IV
PredecessoreRS-27
Statusattivo
Motore a propellente liquido
Propellenteossigeno liquido / idrogeno liquido
Rapporto del composto1:6
Ciclociclo a generatore di gas
Configurazione
Rapporto di scarico21,5
Prestazioni
Spinta (vuoto)RS-68: 3370 kN
RS-68A: 3560 kN
Spinta (livello del mare)RS-68: 2950 kN
RS-68A: 3137 kN
Pressione camera10,26 MPa
Isp (vuoto)RS-68: 410 s (4.0 km/s)
RS-68A: 412 s (4.04 km/s)
Dimensioni
Lunghezza5,2 m
Diametro2,43 m
Peso a vuotoRS-68: 6600 kg
RS-68A: 6740 kg
Usato in
Delta IV

L'Aerojet Rocketdyne RS-68 (Rocket System-68) è un motore a razzo a idrogeno ed ossigeno liquidi, con ciclo a generatore di gas. È il più grande motore a razzo a idrogeno mai costruito.[1]

Il suo sviluppo iniziò negli anni novanta con l'obiettivo di creare un motore semplice, potente e poco costoso per il veicolo di lancio Delta IV. Vennero prodotte due versioni: il RS-68 e la variante RS-68A. Venne pianificata anche una terza versione, RS-68B, da impiegare nel veicolo Ares V, che successivamente venne cancellato.[2][3]

Disegno e sviluppo

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Uno degli obiettivi primari del programma RS-68 era produrre un semplice motore dal costo effettivo ad ogni lancio. Per raggiungere questo obiettivo, questo motore ha il 20% delle parti del Space Shuttle Main Engine (SSME, RS-25).[4] Per aumentare la spinta e diminuire il numero di componenti, tuttavia, venne abbassato il suo impulso specifico del 10% rispetto al RS-25.[4] Il principale beneficio del RS-68 è il suo costo di costruzione ridotto. È più grande e più potente rispetto al SSME ed è stato progettato per un veicolo di lancio non riutilizzabile.[5][6]

Il motore impiega un ciclo a generatore di gas con due turbopompe indipendenti. La camera di combustione presenta un disegno a canalizzazione per diminuire i costi. Quest'ultimo, inizialmente sviluppato in Unione Sovietica, presenta strati interni ed esterni separati in mezzo, formando canali di raffreddamento. Anche se più pesante, questa soluzione è molto più semplice ed economica rispetto al disegno a tubi nella camera di combustione usato in altri motori. L'ugello inferiore ha un ratio di espansione di 21,5 ed è coperto da un materiale ablativo. La copertura dell'ugello brucia con l'operazione del motore, dissipando il calore. Questa stratificazione ablativa è più pesante di quella degli ugelli a tubi ma è più facile ed economica da realizzare. La presenza di carbonio nello scarico può essere associata al suo caratteristico colore giallo, diverso da quello semi-trasparente del SSME (RS-25), puramente costituito da idrogeno. La camera di combustione brucia idrogeno e ossigeno liquidi a 10,25 MPa al 102% della potenza con un ratio della mistura di 1:6.

Il RS-68 è stato sviluppato da Rocketdyne Propulsion and Power, con sede in Canoga Park, Los Angeles, California, dove viene costruito anche il SSME. È stato progettato per alimentare l'EELV Delta IV. I primi motori di sviluppo vennero assemblati al vicino Santa Susana Field Laboratory (dove vennero sviluppati e testati i motori F-1 del Saturn V per le missioni Apollo verso la Luna). Il RS-68 conseguì i primi test nell'Air Force Research Lab, poi alla Edwards AFB e infine allo Stennis Space Center della NASA. La prima accensione di test con successo all'AFRL venne completata l'11 settembre 1998. Il RS-68 venne certificato per l'impiego sul Delta IV nel dicembre 2001[7]. Il primo lancio con successo avvenne il 20 novembre 2002.

Il RS-68 è parte del Common Booster Core (CBC) usato nelle 5 varianti della famiglia di veicoli di lancio Delta IV, con un massimo di 3 CBC, componendo l'Heavy.

Al 102%, il motore produce 3370 kN nel vuoto e 2950 kN al livello del mare. Il motore pesa 6,6 tonnellate ed è alto 2,4 m. Con questa spinta, esso ha un ratio spinta-altezza di 51,2, e un impulso specifico di 410 s nel vuoto e 365 s al livello del mare[8]. Il RS-68 ha giunti cardanici idraulici e una capacità di variazione di spinta tra il 58% e il 101%.[9]

Il RS-68A è una versione aggiornata del motore, con modifiche che provvedono a un maggior impulso specifico e spinta fino a 3,1 MN al livello del mare[10]. Il primo lancio impiegò 3 RS-68A montati su un Delta IV Heavy, ed avvenne il 29 giugno 2012 dalla Cape Canaveral Air Force Station.[11]

Probabili utilizzi futuri

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Nel 2006, la NASA annunciò che 5 motori sarebbero stati usati al posto degli SSME nell'Ares V (CaLV). Questa scelse il RS-68 per il suo basso prezzo, circa 20 milioni di dollari per motore, dopo gli aggiornamenti richiesti.[12] Le modifiche al motore includevano un differente ugello ablativo per permettere una combustione agevolata, una sequenza di avvio più rapida, cambiamenti hardware per ridurre la fuga di idrogeno all'accensione e cambiamenti per ridurre l'uso di elio durante il conto alla rovescia e il volo. L'incremento di spinta e impulso specifico sarebbe avvenuto sotto un differente programma di aggiornamenti per il Delta IV.[13] Successivamente l'Ares V venne modificato per usare 6 RS-68, designati RS-68B[14], ma il razzo venne cancellato assieme al Programma Constellation e il nuovo veicolo di lancio pesante della NASA, lo Space Launch System, avrebbe usato una nuova versione del RS-25, precedentemente usato sullo Space Shuttle.[15]

L'alternativa DIRECT includeva 2 o 3 RS-68 nella versione 2.0[16], che vennero sostituiti dal SSME nella 3.0.[17]

Voli umani

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Sarebbero necessari più di 200 cambiamenti nel RS-68 per raggiungere gli standard di impiego umano,[18] tra cui controllo dello stato di salute, la rimozione degli ambienti ricchi di propellente al liftoff e miglioramenti nella robustezza dei sottosistemi.[19][20]

Varianti

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  • Il RS-68, nella sua versione originale, produce 2950 kN di spinta al livello del mare. Il suo ultimo volo avvenne il 25 marzo 2015.[21]
  • Il RS-68A è una versione migliorata del motore. Produce 3140 kN di spinta al livello del mare e 3560 kN nel vuoto[22]. Il suo impulso specifico nel vuoto è di 414 secondi (4,06 km/s). I test di certificazione vennero completati nel novembre 2010[23]. Il primo volo avvenne su un Delta IV Heavy, nel lancio del NROL-15, il 29 giugno 2012.[24]
  • Il RS-68B era un aggiornamento proposto per l'impiego sul veicolo di lancio Ares V per il Programma Constellation della NASA.[25] L'Ares V avrebbe dovuto usare 6 motori RS-68B su uno stadio principale di 10 m di diametro, assieme a 2 Solid Rocket Boosters a 5,5 segmenti.[25] Successivamente venne scoperto che l'ugello ablativo del RS-68 era poco adatto a ambienti multi-motore, causando l'abbassamento dell'efficienza e il surriscaldamento della base del veicolo.[6]

Note

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  1. ^ "ATK Propulsion and Composite Technologies Help Launch National Reconnaissance Office Satellite" (Press release). Alliant Techsystems. January 19, 2009., su atk.mediaroom.com.
  2. ^ RS-68B, su astronautix.com. URL consultato il 9 aprile 2017.
  3. ^ President Obama Signs New Vision for U.S. Space Exploration Into Law, in Space.com. URL consultato il 9 aprile 2017.
  4. ^ a b "AIAA 2002-4324, Propulsion for the 21st Century—RS-68". AIAA, July 8–10, 2002. (DOC), su pwrengineering.com (archiviato dall'url originale il 19 marzo 2009).
  5. ^ RS-68, su astronautix.com. URL consultato il 9 aprile 2017.
  6. ^ a b (EN) The engines that refused to retire – RS-25s prepare for SLS testing | NASASpaceFlight.com, su nasaspaceflight.com. URL consultato il 9 aprile 2017.
  7. ^ "Rocketdyne RS-68 Engine Certified for Boeing Delta IV" (Press release). Boeing. Dec 19, 2001., su boeing.com (archiviato dall'url originale il 10 ottobre 2012).
  8. ^ (EN) RS-68, in Academic Dictionaries and Encyclopedias. URL consultato il 9 aprile 2017.
  9. ^ Boeing white paper on RS-68 development (DOC), su engineeringatboeing.com (archiviato dall'url originale il 15 aprile 2007).
  10. ^ "United Launch Alliance First RS-68A Hot-Fire Engine Test a Success" (Press release). United Launch Alliance. 2008-09-25. Retrieved 2008-09-30. Currently, the RS-68 engine can deliver more than 660,000 pounds of sea level thrust and the upgraded RS-68A will increase this to more than 700,000 pounds. The RS-68A also improves on the specific impulse, or fuel efficiency, of the RS-68. [collegamento interrotto], su ulalaunch.com.
  11. ^ United Launch Alliance Upgraded Delta IV Heavy Rocket Successfully Launches Second Payload in Nine Days for the National Reconnaissance Office, su United Launch Alliance. URL consultato il 9 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 20 agosto 2016).
  12. ^ (EN) NASA - NASA Successfully Completes Engine Hardware Tests for Ares V, su nasa.gov. URL consultato il 9 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 17 settembre 2007).
  13. ^ (EN) NASA - NASA's Exploration Systems Progress Report, su nasa.gov. URL consultato il 9 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 7 settembre 2008).
  14. ^ NASA - Ares V Cargo Launch Vehicle index page, su nasa.gov, 26 settembre 2008. URL consultato il 9 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 26 settembre 2008).
  15. ^ NASA.gov - Budget Overviw (PDF) (PDF), su nasa.gov. URL consultato il 3 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 15 marzo 2010).
  16. ^ "DIRECT Space Transportation System Derivative;The Jupiter Launch Vehicle Family" (PDF). DIRECT Team. Retrieved 2008-06-15. (PDF), su directlauncher.org.
  17. ^ Tierney, Ross. "NASA Space Flight Forum - NASA CEV / CLV / CaLV / MTV / Alternatives - DIRECT v2.0 - Thread 3". Retrieved 2009-04-01., su forum.nasaspaceflight.com.
  18. ^ United Launch Alliance First RS-68A Hot-Fire Engine Test a Success, su forum.nasaspaceflight.com. URL consultato il 9 aprile 2017.
  19. ^ (EN) NASA - Frequently Asked Questions, su nasa.gov. URL consultato il 9 aprile 2017.
  20. ^ Bearden, David A; Skratt, John P; Hart, Matthew J (June 1, 2009). "Human Rated Delta IV Heavy Study Constellation Impacts" (PDF). NASA. p. 8. (PDF), su nasa.gov.
  21. ^ "RS-68 Propulsion System" (PDF). Pratt & Whitney Rocketdyne. October 2005. (PDF), su pw.utc.com. URL consultato il 2 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 14 luglio 2018).
  22. ^ P&W Successfully Completes Hot-Fire Test on 2nd RS-68A Certification Engine. URL consultato il 9 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 25 luglio 2011).
  23. ^ RS-68A | Aerojet Rocketdyne, su rocket.com. URL consultato il 9 aprile 2017 (archiviato dall'url originale il 23 giugno 2018).
  24. ^ (EN) Delta IV Heavy launches NROL-15 from Cape Canaveral | NASASpaceFlight.com, su nasaspaceflight.com. URL consultato il 9 aprile 2017.
  25. ^ a b Constellation Program: America's Fleet of Next-Generation Launch Vehicles The Ares V Cargo Launch Vehicle (PDF), NASA. (PDF), su nasa.gov (archiviato dall'url originale il 10 luglio 2007).

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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