SpaceX enxugou o motor Raptor em três gerações com 35% mais empuxo
O que é o Raptor
O motor Raptor foi desenvolvido pela SpaceX para o Starship (os Falcon 9 e Falcon Heavy usam o Merlin). Ele teve o primeiro teste de fogo em 2016, voou pela primeira vez no Starhopper em 2019, em um protótipo do Starship em 2020 e na pilha completa do Starship em 2023. A evolução do Raptor 1 ao Raptor 3 - que voou pela primeira vez em maio deste ano - foi tão visualmente drástica que o então CEO da United Launch Alliance, Tory Bruno, chegou a afirmar que a foto do Raptor 3 mostrava um motor parcialmente montado; a presidente da SpaceX, Gwynne Shotwell, respondeu publicando uma imagem do Raptor 3 em funcionamento. O Raptor 3 gera cerca de 35% mais empuxo que o Raptor 1.
Como funciona o ciclo full-flow
O Raptor é um motor de combustão em estágios de fluxo total (full-flow staged combustion, FFSC). Em motores a combustível sólido pressurizado, a pressão da câmara precisa ser menor que a dos tanques, o que limita o desempenho; por isso praticamente todo motor orbital usa turbobombas. Como essas bombas exigem enorme potência (a do F-1 do Saturn V consumia cerca de 41 megawatts), a solução comum é queimar uma pequena parte dos propelentes para acionar turbinas.
No ciclo gas generator, o escapamento da turbina é simplesmente descartado (como no F-1 e no Merlin). Na combustão em estágios, esse escapamento é redirecionado para a câmara principal. No fluxo total, há dois pré-câmaras (preburners): um queima pouco oxidante em muito combustível, outro queima pouco combustível em muito oxidante, e ambos os fluxos se encontram na câmara principal. Vantagens teóricas incluem turbinas mais frias e em menor pressão, logo potencialmente mais confiáveis - relevante para reutilização. Antes do Raptor, apenas dois motores FFSC haviam sido construídos (o russo RD-270, que nunca voou, e o americano Integrated Powerhead Demonstrator, não concluído como motor completo). A SpaceX chegou a obter equipamentos deste último ao iniciar o Raptor em 2012.
O que mudou entre as versões
A SpaceX não publica esquemas oficiais do Raptor, e nenhum teardown foi feito. O autor se baseia em comentários de Elon Musk e em esquemas feitos por entusiastas (como Elisei Maslov, "hisdirt", "Livingjw", "HVM" e "TheSpaceEngineer"), que devem ser vistos com ressalvas. Esses esquemas indicam que a arquitetura fundamental permaneceu: FFSC, bomba de oxigênio em cima, bomba de combustível na lateral e resfriamento regenerativo do bocal.
Mudanças documentadas oficialmente incluem: no Raptor 2, redesenho de "turbomachinaria a bocal a eletrônica", turbobomba menor e controladores dos pré-câmaras movidos para caixas; válvulas combinadas em placas de válvulas. Os ignitores de centelha da câmara principal existiam na versão 1 e foram eliminados na versão 2 - possivelmente porque os fluxos quentes dos pré-câmaras já se inflamam com facilidade. Muitas conexões flangeadas com parafusos foram substituídas por soldas, reduzindo massa e pontos de vazamento ao custo de dificultar manutenção.
Sensores de desenvolvimento (temperatura e pressão) presentes na versão 1 foram removidos conforme o motor amadurecia, alguns possivelmente movidos para dentro. Linhas de hélio usadas para acionar turbinas e válvulas foram eliminadas, com nitrogênio assumindo essa função (o autor nota incerteza sobre esse ponto). Um trocador de calor de oxigênio gasoso e uma linha de combustível do pré-câmara também desapareceram. Linhas menores foram agrupadas em um "umbilical comum".
Outra mudança importante é que parte da tubulação não foi eliminada, mas internalizada via impressão 3D - a SpaceX afirma ter "a tecnologia de impressão de metal 3D mais avançada do mundo" e em 2024 licenciou a tecnologia da Velo3D; fotos de perto mostram linhas de impressão. Isso permitiu remover o escudo térmico e os sistemas de supressão de fogo, que protegiam a massa de fios e tubos externos. A maior redução de massa da versão 1 para a 3 vem justamente do hardware "do lado do veículo", provavelmente em grande parte o escudo térmico.
Conclusão
A arquitetura do motor permaneceu a mesma; o que mudou foram os componentes auxiliares. Mas a simplificação externa esconde enorme complexidade interna, e os problemas não foram totalmente resolvidos: em julho, a primeira tentativa de lançamento do voo 13 do Starship foi abortada automaticamente pelo software de voo em T-0 porque vários motores Raptor 3 falharam em ligar. O motor continua evoluindo.