SpaceX использует несколько семейств жидкостных ракетных двигателей. Merlin приводит в движение ступени Falcon 9 и Falcon Heavy, Raptor разработан для системы Starship, а небольшие Draco и SuperDraco предназначены для ориентации и аварийных задач кораблей Dragon. Их нельзя честно выстроить в один рейтинг: назначения и режимы работы различаются.
Merlin и Falcon
Merlin сжигает ракетный керосин RP-1 и жидкий кислород. Девять двигателей первой ступени Falcon 9 дают суммарную тягу и допускают завершение полёта при некоторых отказах. Вакуумная версия второй ступени имеет увеличенное сопло, потому что в разреженной среде газ можно расширять сильнее. Возвращаемая первая ступень запускает часть двигателей повторно для торможения и посадки.
Raptor и метан
Raptor работает на жидком метане и кислороде и использует схему полной газификации компонентов. Такая схема сложнее, но позволяет добиться высокого давления в камере и эффективно использовать топливо. Метан меньше загрязняет двигатель углеродистыми отложениями, что полезно для повторного применения, хотя быстрая эксплуатационная многоразовость зависит от всей системы, а не только от топлива.
Draco и SuperDraco
Draco — малые двигатели для управления ориентацией и орбитальными манёврами Dragon; они используют самовоспламеняющиеся компоненты, удобные для многократных коротких включений. SuperDraco значительно мощнее и входит в систему аварийного спасения Crew Dragon. Это не уменьшенные Merlin: у них другое топливо, конструкция и цель.
Какие параметры сравнивать
Тяга показывает силу, но не всю эффективность. Удельный импульс характеризует, насколько эффективно расходуется рабочее тело; отношение тяги к массе важно для старта; возможность дросселирования — для посадки. Надёжность, цена, ресурс, технологичность и работа в атмосфере либо вакууме также влияют на выбор.
Почему характеристики меняются
Конструкции проходят испытания и получают новые версии, особенно в развивающейся программе Starship. Поэтому текущие числа нужно брать из датированных руководств и регуляторных документов, отделяя достигнутые параметры от целей компании. Основные схемы химических и электрических двигателей сопоставлены в материале Типы ракетных двигателей.
Полный цикл двигателя
Жидкостный двигатель включает баки, насосы, предкамеры или газогенератор, форсунки, камеру и сопло. Компоненты должны подаваться под давлением выше давления в камере, смешиваться и устойчиво сгорать без разрушительных колебаний. Охлаждение часто обеспечивается пропусканием топлива по каналам стенок. После выхода газа сопло превращает тепловую энергию в направленную скорость. Посадка ступени добавляет требования к повторному запуску, глубокому дросселированию и управлению несколькими двигателями. Публичные данные не раскрывают каждую деталь, а конфигурация Starship менялась между испытаниями. Поэтому значения тяги и число двигателей нужно привязывать к конкретной версии аппарата и датированному документу.
Почему ступень может вернуться
Первая ступень после разделения летит по баллистической траектории и должна погасить скорость. Она меняет ориентацию, при необходимости выполняет возвратный импульс, входит в плотные слои атмосферы с тормозящим включением и управляется решётчатыми рулями. Финальное включение снижает скорость до посадочной. Это расходует топливо и уменьшает максимально доступную полезную нагрузку, поэтому профиль зависит от миссии. Повторное использование — компромисс между запасом топлива, нагрузками, осмотром и стоимостью нового изготовления.