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El RL10 es un motor de cohete criogénico de combustible líquido construido en los Estados Unidos por Aerojet Rocketdyne que quema propulsores criogénicos de hidrógeno líquido y oxígeno líquido . Las versiones modernas producen hasta 110 kN (24,729 lb f ) de empuje por motor en vacío. Hay tres versiones de RL10 en producción para la etapa superior Centaur del Atlas V y el DCSS del Delta IV . Hay tres versiones más en desarrollo para la etapa superior de exploración del sistema de lanzamiento espacial.y el Centauro V del cohete Vulcan . [2]

El ciclo de expansión que utiliza el motor impulsa la turbobomba con el calor residual absorbido por la cámara de combustión del motor, la garganta y la boquilla. Esto, combinado con el combustible de hidrógeno, conduce a impulsos específicos muy altos ( I sp ) en el rango de 373 a 470 s (3.66–4.61 km / s) en el vacío. La masa varía de 131 a 317 kg (289 a 699 lb) según la versión del motor. [3] [4]

Historia [ editar ]

El RL10 fue el primer motor de cohete de hidrógeno líquido que se construyó en los Estados Unidos, con el desarrollo del motor por Marshall Space Flight Center y Pratt & Whitney a partir de la década de 1950. El RL10 se desarrolló originalmente como un motor regulable para el módulo de aterrizaje lunar Lunex de la USAF , y finalmente puso esta capacidad en uso veinte años después en el vehículo DC-X VTOL. [5]

El RL10 se probó por primera vez sobre el terreno en 1959, en el Centro de Investigación y Desarrollo de Florida de Pratt & Whitney en West Palm Beach, Florida . [6] [7] El primer vuelo exitoso tuvo lugar el 27 de noviembre de 1963. [8] [9] Para ese lanzamiento, dos motores RL10A-3 impulsaron la etapa superior Centaur de un vehículo de lanzamiento Atlas . El lanzamiento se utilizó para realizar una prueba de rendimiento e integridad estructural del vehículo con muchos instrumentos. [10]

Se han volado varias versiones del motor. El S-IV del Saturn I usó un grupo de seis RL10A-3, y el programa Titan también incluía etapas superiores Centaur basadas en RL10 . [ cita requerida ]

Se utilizaron cuatro motores RL10A-5 modificados en el McDonnell Douglas DC-X . [11]

Se identificó una falla en la soldadura fuerte de una cámara de combustión RL10B-2 como la causa de la falla del lanzamiento del Delta III del 4 de mayo de 1999 que transportaba el satélite de comunicaciones Orion-3 . [12]

La propuesta de la versión 3.0 DIRECT para reemplazar Ares I y Ares V con una familia de cohetes que comparten una etapa central común recomendó el RL10 para la segunda etapa de los vehículos de lanzamiento J-246 y J-247. [13] Se habrían utilizado hasta siete motores RL10 en la etapa superior propuesta de Júpiter, desempeñando una función equivalente a la etapa superior de exploración del sistema de lanzamiento espacial .

Motor criogénico extensible común [ editar ]

El CECE en aceleración parcial

A principios de la década de 2000, la NASA contrató a Pratt & Whitney Rocketdyne para desarrollar el demostrador Common Extensible Cryogenic Engine (CECE). La CECE estaba destinada a producir motores RL10 capaces de estrangulamiento profundo. [14] En 2007, su operatividad (con algunos "chugging") se demostró en relaciones de aceleración de 11: 1. [15] En 2009, la NASA informó que se aceleró con éxito del 104 por ciento de empuje al ocho por ciento de empuje, un récord para un motor de ciclo expansor de este tipo. El chugging se eliminó mediante modificaciones del sistema de alimentación del propulsor y del inyector que controlan la presión, la temperatura y el flujo de los propulsores. [16] En 2010, el rango de regulación se amplió aún más a una proporción de 17,6: 1, pasando de 104% a 5,9% de potencia. [17]

Posible sucesor de principios de la década de 2010 [ editar ]

En 2012, la NASA se unió a la Fuerza Aérea de los EE. UU. (USAF) para estudiar la propulsión de etapa superior de próxima generación, formalizando los intereses conjuntos de las agencias en un nuevo motor de etapa superior para reemplazar el Aerojet Rocketdyne RL10.

"Conocemos el precio de lista de un RL10. Si observa el costo a lo largo del tiempo, una gran parte del costo unitario de los EELV se puede atribuir a los sistemas de propulsión, y el RL10 es un motor muy antiguo, y hay muchos trabajos artesanales asociados con su fabricación ... Eso es lo que descubrirá este estudio, ¿vale la pena construir un reemplazo de RL10? "

-  Dale Thomas, director técnico asociado, Marshall Space Flight Center [18]

A partir del estudio, la NASA esperaba encontrar un motor de clase RL10 menos costoso para la etapa superior del Space Launch System (SLS). [18] [19]

La USAF esperaba reemplazar los motores Rocketdyne RL10 utilizados en las etapas superiores del Lockheed Martin Atlas V y el Boeing Delta IV Evolved Expendable Launch Vehicles (EELV) que son los métodos principales para poner los satélites del gobierno de EE. UU. En el espacio. [18] Al mismo tiempo, se llevó a cabo un estudio de requisitos relacionados en el marco del Programa de motores de etapa superior asequibles (AUSEP). [19]

Mejoras [ editar ]

El RL10 ha evolucionado a lo largo de los años. El RL10B-2 que se usó en el DCSS tenía un rendimiento mejorado, una boquilla extensible, cardán electromecánico para reducir el peso y aumentar la confiabilidad, y un impulso específico de 464 segundos (4.55 km / s). [ cita requerida ]

A partir de 2016, Aerojet Rocketdyne estaba trabajando para incorporar la fabricación aditiva en el proceso de construcción del RL10. La empresa realizó pruebas de fuego caliente a gran escala en un motor con un inyector principal impreso en marzo de 2016, [20] y en un motor con un conjunto de cámara de empuje impreso en abril de 2017 [21].

Aplicaciones actuales para el RL10 [ editar ]

  • Atlas V Centaur (etapa de cohete) : La versión de centauro de motor único (SEC) utiliza el RL10C-1, [2] mientras que la versión de centauro de motor dual (DEC) conserva el RL10A-4-2 más pequeño. [22]
  • Segunda etapa criogénica delta : El DCSS actual tiene un RL10C-2-1 con una boquilla extensible. [2] [23] [24]

Motores en desarrollo [ editar ]

Tres versiones del motor RL10C-X están en proceso de calificación e incluirán los principales componentes del motor mediante impresión 3D, lo que se espera que reduzca los tiempos de entrega y los costos. [2]

  • Etapa superior de exploración de SLS: en abril de 2016, se seleccionaron cuatro motores RL10 para volar en la etapa superior de exploración (EUS) del sistema de lanzamiento espacial del bloque 1B . [25] En octubre de 2016, la NASA anunció que el EUS utilizará la nueva versión RL10C-3, [26] el más grande y poderoso de los motores RL10C-X. [2]
  • Etapa superior de OmegA: En abril de 2018, Northrop Grumman Innovation Systems anunció que se utilizarían dos motores RL10C-5-1 en OmegA en la etapa superior. [27] Blue Origin 's SE-3U y Airbus de Safran Vinci también se consideraron antes de seleccionar el motor de Aerojet Rocketdyne. El desarrollo de OmegA se detuvo después de que no logró ganar un contrato de lanzamiento espacial de seguridad nacional. [28]
  • Etapa superior Vulcan Centaur: el 11 de mayo de 2018, United Launch Alliance (ULA) anunció que el motor de etapa superior RL10C-X había sido seleccionado para el cohete Vulcan Centaur de próxima generación de ULA luego de un proceso de adquisición competitivo. [29] Centaur V utilizará el RL10C-1-1. [2]

Etapa evolucionada criogénica avanzada [ editar ]

A partir de 2009 , se propuso una versión mejorada del RL10 para alimentar la etapa avanzada criogénica evolucionada (ACES), una extensión de larga duración y bajo ebullición de la tecnología existente de ULA Centaur y Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) para el vehículo de lanzamiento Vulcan. . [30] La tecnología ACES de larga duración está destinada a apoyar misiones geosincrónicas , cislunares e interplanetarias . Otras posibles aplicaciones son como depósitos de propulsantes en el espacio en LEO o en L 2que podrían usarse como estaciones de paso para que otros cohetes se detengan y reposten en el camino hacia más allá de LEO o misiones interplanetarias. También se propuso la limpieza de los desechos espaciales . [31]

Tabla de versiones [ editar ]

Especificaciones parciales [ editar ]

Información y descripción general del RL10A
Motor RL10 sometido a pruebas en la NASA

Todas las versiones [ editar ]

  • Contratista: Pratt & Whitney
  • Propelentes: oxígeno líquido, hidrógeno líquido
  • Diseño: ciclo expansor

RL10A [ editar ]

  • Empuje (altitud): 15.000 lbf (66,7 kN) [32] 
  • Impulso específico : 433 segundos (4,25 km / s)
  • Peso del motor en seco : 135 kg (298 lb)
  • Altura: 68  pulgadas (1,73  m)
  • Diámetro: 39  pulgadas (0,99  m)
  • Relación de expansión de la boquilla: 40 a 1
  • Flujo de propulsor: 35 lb / s (16 kg / s)
  • Aplicación en vehículos: Saturn I , S-IV 2nd stage, 6 motores
  • Aplicación del vehículo: etapa superior Centaur , 2 motores

RL10B-2 [ editar ]

Segunda etapa de un cohete Delta IV Medium con motor RL10B-2
  • Empuje (altitud): 24,750 lbf (110,1 kN) [48]
  • Diseño: ciclo expansor [49]
  • Impulso específico : 465,5 segundos (4,565 km / s) [48]
  • Peso del motor en seco: 664 lb (301,2 kg) [48]
  • Altura: 163,5 pulg.  (4,14  m) [48]
  • Diámetro: 84,5 pulg.  (2,21  m) [48]
  • Relación de expansión: 280 a 1
  • Relación de mezcla: 5,88 a 1 relación de masa de oxígeno: hidrógeno [48]
  • Propelentes: oxígeno líquido , hidrógeno líquido [48]
  • Flujo de propulsor: combustible, 7,72 lb / s (3,5 kg / s); Oxidante 45,42 lb / s (20,6 kg / s) [48]
  • Aplicación del vehículo: Delta III , Delta IV segunda etapa (1 motor)

Motores en exhibición [ editar ]

  • Un RL10A-1 se exhibe en el Museo del Aire de Nueva Inglaterra , Windsor Locks, Connecticut [50]
  • Un RL10 está en exhibición en el Museo de Ciencia e Industria , Chicago , Illinois [51]
  • Se exhibe un RL10 en el Centro Espacial y de Cohetes de EE. UU. , Huntsville, Alabama [51]
  • Un RL10 está en exhibición en Southern University , Baton Rouge, Louisiana [52]
  • Dos motores RL10 se exhiben en el Paseo de la Fama Espacial de EE. UU. , Titusville, Florida [53]
  • Un RL10 está en exhibición en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial, Davis Hall en la Universidad de Auburn . [ cita requerida ]
  • Un RL10A-4 se exhibe en el Museo de Ciencias de Londres, Reino Unido.
  • Un RL10 está en exhibición en el Museo de la Vida y la Ciencia en Durham, NC
  • Un RL10 está en exhibición en el San Diego Air & Space Museum en San Diego , CA.

Ver también [ editar ]

  • Propulsión de naves espaciales
  • RL60
  • MARC-60
  • RD-0146
  • Motor de boquilla de aleación de aluminio XCOR / ULA , en desarrollo en 2011

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Wade, Mark (17 de noviembre de 2011). "RL-10B-2" . Enciclopedia Astronautica . Archivado desde el original el 4 de febrero de 2012 . Consultado el 27 de febrero de 2012 .
  2. ^ a b c d e f g h i "Sistema de propulsión Aerojet Rocketdyne RL10" (PDF) . Aerojet Rocketdyne . Marzo de 2019.
  3. ^ "RL-10C" . www.astronautix.com . Consultado el 6 de abril de 2020 .
  4. ^ "RL-10A-1" . www.astronautix.com . Consultado el 6 de abril de 2020 .
  5. ^ Wade, Mark. "Encyclopedia Astronautica — Página del proyecto Lunex" . Enciclopedia Astronautica . Archivado desde el original el 31 de agosto de 2006.
  6. Connors, p 319
  7. ^ "Centauro" . Páginas espaciales de Gunter.
  8. ^ Sutton, George (2005). Historia de los motores cohete propulsores líquidos . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. ISBN 1-56347-649-5.
  9. ^ "Motor cohete de renombre celebra 40 años de vuelo" . Pratt y Whitney. 24 de noviembre de 2003. Archivado desde el original el 14 de junio de 2011.
  10. ^ "Atlas Centaur 2" . Centro Nacional de Datos de Ciencias Espaciales . NASA.
  11. ^ Wade, Mark. "DCX" . Enciclopedia Astronautica . Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2012 . Consultado el 4 de enero de 2013 .
  12. ^ "Informe de investigación de Delta 269 (Delta III)" (PDF) . Boeing . 16 de agosto de 2000. MDC 99H0047A. Archivado desde el original (PDF) el 16 de junio de 2001.
  13. ^ "Vehículo de lanzamiento de Júpiter - resúmenes de rendimiento técnico" . Archivado desde el original el 8 de junio de 2009 . Consultado el 18 de julio de 2009 .
  14. ^ "Motor criogénico extensible común (CECE)" . United Technologies Corporation. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2012.
  15. ^ "Aceleración de regreso a la luna" . NASA. 16 de julio de 2007. Archivado desde el original el 2 de abril de 2010.
  16. ^ "La NASA prueba la tecnología del motor para el aterrizaje de astronautas en la Luna" . NASA. 14 de enero de 2009.
  17. ^ Giuliano, Victor (25 de julio de 2010). "CECE: Ampliación de la tecnología de estrangulamiento profundo en motores de cohetes de oxígeno líquido / hidrógeno líquido para misiones de exploración de la NASA" (PDF) . Servidor de informes técnicos de la NASA .
  18. ↑ a b c Roseberg, Zach (12 de abril de 2012). "NASA, US Air Force para estudiar el motor de cohete conjunto" . Vuelo global . Consultado el 1 de junio de 2012 .
  19. ↑ a b Newton, Kimberly (12 de abril de 2012). "La NASA se asocia con la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para estudiar los desafíos comunes de propulsión de cohetes" . NASA.
  20. ^ "Aerojet Rocketdyne prueba con éxito el complejo inyector impreso en 3D en el motor cohete de etapa superior más confiable del mundo" (Comunicado de prensa). Aerojet Rocketdyne. 7 de marzo de 2016 . Consultado el 20 de abril de 2017 .
  21. ^ "Aerojet Rocketdyne logra un hito de impresión en 3-D con la prueba exitosa del ensamblaje de la cámara de empuje de cobre RL10 a gran escala" (Comunicado de prensa). Aerojet Rocketdyne. 3 de abril de 2017 . Consultado el 11 de abril de 2017 .
  22. ↑ a b Wade, Mark (17 de noviembre de 2011). "RL-10A-1" . Enciclopedia Astronautica . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2011 . Consultado el 27 de febrero de 2012 .
  23. ^ "Vehículo de lanzamiento de ULA Vulcan (como se anunció / construido) - Hilo de discusión general 3" . forum.nasaspaceflight.com . Consultado el 6 de junio de 2020 .
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  28. ^ a b "Northrop Grumman para terminar el programa de cohetes OmegA" . SpaceNews . 9 de septiembre de 2020 . Consultado el 23 de noviembre de 2020 .
  29. ^ "United Launch Alliance selecciona el motor RL10 de Aerojet Rocketdyne" . ULA. 11 de mayo de 2018 . Consultado el 13 de mayo de 2018 .
  30. ^ Kutter, Bernard F .; Zegler, Frank; Barr, Jon; Bulk, Tim; Pitchford, Brian (2009). "Exploración lunar robusta utilizando un módulo de aterrizaje lunar eficiente derivado de las etapas superiores existentes" (PDF) . AIAA .
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  32. ↑ a b Bilstein, Roger E. (1996). "Criogénicos no convencionales: RL-10 y J-2". Etapas de Saturno; Una historia tecnológica de los vehículos de lanzamiento Apolo / Saturno . Washington, DC: Oficina de Historia de la NASA . Consultado el 2 de diciembre de 2011 .
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Bibliografía [ editar ]

  • Connors, Jack (2010). Los motores de Pratt & Whitney: una historia técnica . Descansa en. Virginia: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . ISBN 978-1-60086-711-8.

Enlaces externos [ editar ]

  • RL10B-2 en Astronautix
  • Artículo de Spaceflight Now
  • Artículo de Spaceflight Now