Como a SpaceX Reinventou o Motor de Foguetes

[Música] recentemente a spacex revelou o primeiro protótipo do motor Raptor de terceira geração de nome sn1 sem dúvidas a evolução é brutal Principalmente quando comparado ao motor de primeira geração que voou no Star hooper em 2019 pela primeira vez e tinha o apelido de Frankstein por spacex é a única a dominar o motor de flu Flow Stage combustion oou motor de combustão e estágios de fluxo completo esse tipo de tecnologia é nova ou já foi testada antes e em que o Raptor se diferencia por exemplo do Merlin Por que não usar os motores do Falcon

9 no Starship Já que é um motor que vem sendo produzido desde a fundação da empresa bom no vídeo de hoje comemoração aos 30.000 inscritos deste canal Vamos descobrir como a spacex Dominou a área da engenharia de motores de foguetes [Música] Vamos iniciar esta Saga olhando para o começo de tudo com o primeiro motor de foguete fabricado pela empresa o Marlin bem lá no início de tudo vimos algumas interações diferentes no design do Marlin à medida que a spacex progredia em seus testes iniciais do Foguete Falcon 1 o Merlin 1C foi o motor que impulsionou

o primeiro lançamento bem sucedido do Falcon e continua a ser usado nos primeiros C vos do Falcon 9 atualmente a spacex está usando os motores 1D em toda sua linha de Boosters do Falcon 9 Falcon r o motor Melin representa o primeiro produto de uma filosofia que mus estava adotando na spacex nos anos 2000 ao entrar neste mercado de lançadores ninguém achava que Eles teriam sucesso e portanto ninguém estava investindo dinheiro na empresa e como você já sabe el musk estava se autof financiando a grana nesta época era queimada de uma forma avassaladora o objetivo

da spacex do musk era construir um motor merelin o mais simples possível e o mais barato possível bom o motor merelin de utilizado no falcon 9 é um motor de foguete de ciclo de geração de gás aberto o que significa que uma pequena parte do combustível é queimado para acionar as turbobombas que alimenta o motor principal com propelente nesta animação simples podemos entender melhor como o motor funciona de um lado temos o oxigênio líquido resfriado a temperaturas criogênicas para se manter em um estado líquido e do outro lado temos o rp1 que é basicamente kerosine

purificado ele é barato acessível e é líquido em temperatura ambiente juntos eles formam o propelente que dá vida ao motor uma vez que o Foguete dá a partida uma cadeia de reação de milésimos de segundos se inicia uma pequena quantidade de héo de um sistema a parte faz as turbobombas girarem uma rotação mediana esta rotação serve para liberar o propelente até o pré queimador ou gerador de gás uma vez acionado o gás do gerador continua a girar as turbobombas E conforme a pressão na saída das Bombas aumenta o motor acelera até sua potência nominal que

M todo propelente toda esta energia sai da Câmara de combustão através da abre aspas garganta uma boa analogia é apagar uma vela Supra do ar dos seus pulmões através de uma pequena abertura nos seus lábios você cria alta pressão dentro da sua boca e força o gás a sair através de uma pequena abertura já no motor todo gás de alta pressão e alta temperatura sai pela tubeira se expandindo de acordo com o seu tamanho essa expansão acelera os gases de escape para uma velocidade ainda maior do que quando ela estava na abre aspas garganta quanto

maior a relação de expansão da garganta para o final da tubeira maior aceleração do Escape esse processo converte pressão em impulso quanto mais rápido conseguimos espelir este gás de escape pela tubeira mais rápido o Foguete se moverá para a [Música] frente o motor Merlin é um motor que funciona com uma proporção maior de rp1 com relação ao oxigênio E isto é um dos motivos por ele ser o motor de ciclo de giração de gás aberto parte do propelente usado para girar as turbobombas é expelido pelo AB aspas escapad por isso vemos aquele gás Preto saindo

do motor ele possui esta coloração devido à quantidade de fuligem produzido na queima do rp1 esta foligem é extremamente danosa aos componentes do motor por isso grande parte dela é liberada uma vez recuperado o Booster os seus motores passarão por uma larga manutenção esse tipo de engenharia não é nova e na verdade é uma das mais antigas e remonta desde os primeiros mesis balísticos alemães em 1944 com o famoso V2 alemão por isso o motor de ciclo de geração de gás aberto foi escolhido por musk já que era o mais barato e o mais fácil

de produzir [Música] o motor Merlin sem dúvidas é um motor Fantástico feito pelo spacex até hoje e é muito provável que irá continuar assim por mais alguns anos no entanto para alcançar as viagens a Mart e ao espaço profundo com grandes quantidades de carga ele não tem o poder e as características necessárias para isso a próxima geração de foguetes da spacex terá também que ter a próxima geração de motores da presa com stash pelo musk deu aos seus Engenheiros a missão de construir o motor de foguete mais complexo já feito dar-lhe a maior relação de

puxa o peso do que qualquer outro motor existente e alimentá-lo com um novo combustível que ninguém jamais tinha usado antes apesar de ser uma expressão forte era hora de reinventar o motor de foguete bom Vamos começar com a nova fonte de combustível em vez de kerosen Raptor agora queima metano assim como oxigênio limitando precisa seo efeito a uma temperatura criogênica para se tornar um combustível de foguete adequado e isso Adiciona uma camada Extra de complexidade ao sistema mas vale a pena o esforço diferente do queroseno e o metano não deixa aquela fuligem irritante como subproduto

o que significa que os motores podem ser reutilizados quase que instantaneamente e este aspecto de reutilização rápida é algo que a spacex não abre mão uma boa analogia são os botijões de gás aí na sua casa Ele é quase que inteiramente formado por metano O que significa que você pode ligar e desligar o seu fogão quantas vezes você quiser o risco de entupimento o design do Raptor é chamado de ciclo de combustão e estágio de fluxo completo é um layout extremamente complexo de bombas turbinas e encanamentos por isso vamos só explicar o conceito básico dessa

tecnologia [Música] no ciclo do motor Raptor os líquidos se movem dos tanques para as bombas principais e em seguida diretamente para um par de geradores de gás ou pré queimadores esses carinhas é como se fossem motores em miniatura tanto o metano quanto o oxigênio atingem suas próprias turbinas de forma individual ao contrário por exemplo do Merlin que usa uma única turbina e um único pré queimador o Raptor utiliza dois desses conjuntos para cada tanque bom vamos tentar deixar mais Auto explicativo quando o líquido criogênico atinge essas turbobombas a primeira coisa que outra pela frente é

um pré queimador E como eu disse ele é um motor de foguete em miniatura o pré queimador queima o líquido apenas o suficiente para transformá-lo em gás mas como nem o oxigênio nem o metano podem queimar sozinhos precisa haver uma conexão cruzada entre os dois pré queimadores que permita aqui um pouco de oxigênio se junte ao fluxo de metano e um pouco de metano se junte ao fluxo de oxigênio uma vez alcançada a combustão o gás de escape é direcionado paraa carca da turbina onde gira a lâmina a lâmina da turbina por sua vez gira

a bomba enviando o propelente agora gasul para a câmara de combustão a uma pressão extremamente alta e diferente do merin Falcon 9 a spacex inicia a ignição dos motores raphip com ativação das turbinas através de equipamentos na plataforma de lançamento o famoso teste Spring Prime é por isso que a plataforma de lançamento do starchip é considerado o estágio [Música] zero é importante olharmos duas coisas principais nesse design de ciclo de combustão em estágios de fluxo completo primeiro o motor Raptor não possui escape externo assim como o merin o que significa que toda a pressão dos

dois pré queimadores ou geradores de gás é mantida dentro do sistema tornando essa operação com pressões e temperaturas extremamente altas capazes de derreter tudo e Vale ressaltar que a spacex utiliza parte desse Gas dos pré queimadores para pressurizar os tanques principais do booster O que é algo jamais visto antes na indústria dos foguetes em segundo Não Há Um Caminho direto da bomba de combustível ou da bomba de oxigênio para a câmara de combustão isso significa signica que todo metano e todo oxigênio tem que passar por um pré queimador antes de chegar à Câmara é por

isso que chamamos o ciclo do Raptor de combustão em estágio de fluxo completo desta forma Temos tanto oxigênio quanto metano saindo de suas respectivas turbinas em alta temperatura e em alta pressão a linha é claro de estar no formato de GS essa reação de GS com gás quando atinge a câmera de combustão irá produzir a combustão mais eficiente possível isso significa que mais energia será gerado pela reação de gás com gás do que pela reação de líquido com líquido como acontece no m segundo musk essa reação que acontece na câmera dos raptors é a mais

eficiente de todas e é o máximo que a física permite com os combustíveis químicos apesar de ser um trabalho excepcional e inovador já tivemos no passado duas tentativ de um motor de combustão em estágios de fluxo completo o rd 270 dos russos nos anos 60 mais que nunca voou e nos anos 2000 com er Jet rock trabalhando em um protótipo mas que também nunca passou de testes a terceira tentativa está sendo feita pelo spacex o que tudo indica eles dominaram essa tecnologia de forma fenomenal tanto que estão atualmente trabalhando na versão 3 do motor Raptor

já a Quart tentativa de produzir tal motor pretence a Stoke Space e parece que eles Vê com evolução muito boa colocando o motor Raptor ao lado de motores já consagrados na indústria aeroespacial podemos ver que ele possui um potencial extremamente grande o Raptor de segunda geração gera aproximadamente 230 toneladas de força mas isso não é o suficiente para vencer o motor F1 que levantou fogante de Saturno 5 que tinha mais do que o dobro do empuxo de um Raptor Mas em compensação era um motor absolutamente gigantesco no qual caberia um carro dentro não era descartável

além de custar uma fortuna para ser produzido já contra o rs25 dos antigos un espaciais e atualmente presente no SLS o Raptor é mais poderoso além de ser menor e mais leve ele consegue esses números graças a pressão suportada na câmera do combustão que hoje chega a aproximadamente 300 bar e lembre-se que o motor de foguete usa a garganta da tubeira para converter pressão e empuxo então mais pressão pode significar mais empuxo com as atualizações que a spx vem fazendo no motor ao longo de sua vida é capaz de algum momento da história eles conseguirem

uma uma força de empuxo parecido com a do motor F1 mas todo este poder estaria em uma estrutura extremamente menor mais leve e mais barata com produção em massa além de reutilizável não sei vocês mas isso seria insano de [Música] ver eum musk afirma que o trabalho Futuro no design do Raptor será principalmente para simplificar o motor tornando-o ainda mais barato e mais rápido de produzir Isso me lembra uma das suas falas favoritas A melhor parte é nenhuma parte quando olhamos o motor de primeira geração que voou pela primeira vez no Star Hope percebemos mudanças

significativas Elo dis que quer eliminar todas as partes pequenas e complicadas do motor integrando uma série de estruturas e peças diretamente na parede e obviamente remover qualquer coisa do Design de um foguete o torna mais leve e barato O que é absolutamente necessário para um voo espacial sustentável o objetivo final com Starship é fazer este foguete se tornar tão comum quanto aviões comerciais hoje em dia e possuir uma Frota com pelo menos 1000 Naves ou mais essas Naves em operação constante para transporte entre Terra Marte e Terra Lua ou até mesmo usando a nave como

transporte ponto a ponto do nosso próprio planeta de fato Estamos diante da nave com maior potencial de nos conectar ao sistema solar Muito obrigado a todos os membros que tornam Este trabalho possível e muito obrigado aos 30.000 inscritos uma mar e Alé C [Música] [Música] [Música] [Música] k a [Música]