Почему самая большая ракета в мире падает из-за льда?

Во вчерашнем апдейте SpaceX вскользь рассказали о потере Super Heavy B21 во время миссии Flight 13. На том ускорителе впервые смогли перезапустить все 33 двигателя Raptor 3 для первого тормозного манёвра, но его прервали раньше времени — под конец импульса у трёх центральных двигателей Raptor зафиксировали скопление льда в топливных магистралях. Ну а затем ступень пыталась сесть на 8 из 13 Рапторов. Для тех, кто давно следит за программой, при упоминании льда могли возникнуть техасские флешбеки.

И это сложная проблема, которую SpaceX пытается победить четвёртый год. Чтобы понять её чуть лучше, стоит посмотреть на схему двигателя Raptor 3. Вас интересует вон та фиолетовая часть с газогенератором для кислорода и тонкая фиолетовая линия на возврат обратно в бак.

Откуда вообще взялся лёд? Речь конкретно про основной бак с кислородом (нижняя половина ступени), в котором скапливаются продукты загрязнения от автогенного наддува. Двигатели Raptor имеют 2 контура возврата газа в баки для поддержки давления — изолированную для метана и отдельную для кислорода. Контур наддува для бака с метаном по сути закрытого цикла — криогенный метан проходит по каналам и охлаждает компоненты двигателя, разогревается и возвращается, но не взаимодействует с продуктами горения. Сам газ остаётся относительно холодным, но самое главное — чистым.

С баком для кислорода другая история — его забирают из турбины (газогенератора) для газификации кислорода, в которой он в небольшой пропорции смешивается с метаном. Поскольку Raptor 3 является двигателем с полным циклом дожигания, то есть имеет 2 набора турбин и насосов для газификации обоих компонентов, то в каждом наборе кислород и метан смешиваются в разных пропорциях.

И вот этот кислородный газ, который частично забирают из газогенератора для газификации кислорода, и возвращают обратно в основой бак с кислородом для наддува — он причина многих бессонных ночей инженеров SpaceX. Тк этот кислородный газ уже не совсем чистый, а с примесями воды, углерода итд. Попадая в бак с криогенным кислородом, эти элементы, которые имеют иную температуру замерзания, просто превращаются в лёд в криогенной жидкости. Решения этой проблемы нет, просто данность.

Поэтому один из основных выходов — ставить фильтры. Но это тоже тонкая история, тк нагромождения фильтров в том числе имеют свои обратные стороны с точки зрения гидродинамики. SpaceX несколько раз меняли схему фильтров на Super Heavy V1 (их ставят на входе топливопроводов к двигателям), и даже пришли к гигантскому экрану в баке, чтобы снизить эту проблему. Для Super Heavy V3 их снова поменяли. И как видим… пока не сработало.

Поэтому те самые апгрейды железа, о которых упоминали SpaceX в апдейте, скорее всего связаны именно с фильтрами в баке с кислородом.

📸: TheSpaceEngineer