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Merlin 1 ist eine Serie von Raketentriebwerken von SpaceX die für die entwickelt wurden Falken-Raketen.
Merlin 1s verbrennen RP-1 (Raketenkerosin) mit flüssigem Sauerstoff. Die Verbrennung erfolgt nach a offener Verbrennungskreislauf. Vakuumangepasste Versionen des Merlin 1 sind M-vac erwähnt; diese haben eine verlängerte düse. Vier Versionen des Merlin 1 wurden entwickelt. In dem Falke 1 war in der ersten Stufe ein Merlin 1 Motor. In dem Falke 9 es gibt neun Merlin 1 in der ersten Stufe und einen M-vac in der zweiten Stufe. In dem Falke Heavy Auf die drei Booster-Stufen verteilt sind 27 Merlin 1-Motoren und 1 M-vac in der obersten Stufe. Die Triebwerke wurden von SpaceX-Chefantriebsingenieur Tom Mueller entwickelt. Der Name "Merlin" ist, genau wie bei den Falcon-Raketen und den Raptor- und Kestrel-Triebwerken, der englische Name eines Raubvogels, in diesem Fall der merlin.
Merlin 1A
Merlin 1A | ||
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SpaceX Merlin 1A | ||
| Herkunftsland | Vereinigte Staaten | |
| Datum | Ersteinsatz: 24. März 2006 | |
| Designer | Tom Müller | |
| Hersteller | SpaceX | |
| Anwendung | Haupttriebwerk erste Stufe Falcon 1 | |
| Nachfolger | Merlin 1B | |
| Flüssigkraftstoffmotor | ||
| Oxidationsmittel | Flüssiger Sauerstoff | |
| Treibstoff | RP-1 | |
| Prinzip | Offener Verbrennungszyklus | |
| Pumpentyp | Turbopumpe | |
| Aufbau | ||
| Anzahl Brennkammern | 1 | |
| Performance | ||
| Schub (vac) | 340 kN | |
Die Merlin 1A wurde als Hauptmaschine für die erste Stufe des Falke 1. Das Triebwerk wurde auf den ersten beiden Flügen eingesetzt. Der Erstflug scheiterte an einer Trennung einer Treibstoffleitung von der Merlin. Beim zweiten Flug funktionierte der Motor einwandfrei. Der Flug scheiterte jedoch zu einem späteren Zeitpunkt. Die Kunststoffdüse wurde mittels nozzle Abtragung das heißt, es brannte langsam, aber der Flug war zu kurz, um vollständig zu verbrennen. Der Motor wurde vom Boden aus angezündet.
Merlin 1B
Merlin 1B | ||
| Herkunftsland | Vereinigte Staaten | |
| Designer | Tom Müller | |
| Hersteller | SpaceX | |
| Anwendung | Nie benutzt. In Konzeptdesigns für Falcon 1, Falcon 5 und Falcon 9 mitgespielt | |
| Vorgänger | Merlin 1A | |
| Nachfolger | Merlin 1C | |
| Flüssigkraftstoffmotor | ||
| Oxidationsmittel | Flüssiger Sauerstoff | |
| Treibstoff | RP-1 | |
| Prinzip | Offener Verbrennungszyklus | |
| Pumpentyp | Turbopumpe | |
| Aufbau | ||
| Anzahl Brennkammern | 1 | |
| Performance | ||
| Schub (zn) | 380 kN | |
| Schub (vac) | 420 kN | |
Der Merlin 1B wurde für die Falcon 1, Falcon 5 (die nie gebaut wurde) und eine frühe Konstruktion der Falcon 9 entwickelt. Dieser Motor wurde jedoch nie verwendet, da bald der leistungsstärkere Merlin 1C entwickelt wurde. Der Merlin 1B hatte eine stärkere Turbopumpe, die Zündung erfolgte wie bei den späteren Versionen mit Zündflüssigkeit TEA-TEB. Das ist ein pyrophor Mischung aus Triethylaluminium und Triethylboran die sich bei Kontakt mit Sauerstoff spontan entzündet. Wie der Merlin 1A hatte der Merlin 1B eine ablative Düse.
Merlin 1C
Merlin 1C | ||
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Ein Merlin 1C in der SpaceX-Fabrik in Hawthorn | ||
| Herkunftsland | Vereinigte Staaten | |
| Datum | Erster Einsatz 3. August 2008 | |
| Designer | Tom Müller | |
| Hersteller | SpaceX | |
| Anwendung | Hauptmotor von
| |
| Vorgänger | Merlin 1B | |
| Nachfolger | Merlin 1D | |
| Flüssigkraftstoffmotor | ||
| Oxidationsmittel | Flüssiger Sauerstoff | |
| Treibstoff | RP-1 | |
| Prinzip | Offener Verbrennungszyklus | |
| Pumpentyp | Turbopumpe | |
| Aufbau | ||
| Anzahl Brennkammern | 1 | |
| Performance | ||
| Schub (zn) | 480kN | |
| Schub (vac) | 420 kN | |
| Schub: Gewicht (vac) | 96 | |
| (SI) spezifischer Impuls (zn) | 275 Sekunden | |
| (SI) spezifischer Impuls (vac) | 304 Sek. | |
| Maße | ||
| Länge | 2,92 Meter | |
| Trockengewicht | 630 kg | |
Die Merlin 1C wurde auf den letzten drei Flügen der Falcon 1 eingesetzt. Ein wichtiger Unterschied zu den früheren Merlins besteht darin, dass die Düse eine Zwangskühlung hat. Dieser kühlt, weil der Kraftstoff durch kleine Rohre in der Düse fließt, bevor er in den Brennraum eintritt. Die Kühlung erfolgte mit 45 kg RP-1 pro Sekunde. Der erste dieser Flüge scheiterte, weil sich nach dem Abstellen des Triebwerks noch Kraftstoffreste im Brennraum entzündeten und die erste Stufe mit der gerade abgekoppelten zweiten Stufe kollidierte.
Das Abgasrohr der Turbopumpe war bei der Falcon 1 beweglich, so dass mit ihrem Druck eine kontrollierte Rollbewegung erreicht werden konnte. Bei der Falke 9 1.0, das Auspuffrohr war ein festes Rohr.
Nachdem die Falcon 1 außer Dienst gestellt wurde, kam die Merlin 1C auf der Falcon 9 1.0 zum Einsatz. Die erste Stufe enthielt neun Merlin 1Cs und die zweite Stufe enthielt 1 M-vac-Version. Beim vierten Flug explodierte ein Triebwerk und verhinderte, dass die Sekundärfracht in der richtigen Richtung abgesetzt wurde.
Merlin 1D
Merlin 1D (Block 5) | ||
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Statischer Test eines Merlin 1D auf dem Testgelände in McGregor, Texas | ||
| Herkunftsland | Vereinigte Staaten | |
| Datum | Erster Einsatz: 21. September 2012 | |
| Designer | Erste Version: Tom Müller Upgrades: Elon Musk & SpaceX Antriebsteam | |
| Hersteller | SpaceX | |
| Anwendung | Motoren der ersten und zweiten Stufe von
| |
| Vorgänger | Merlin 1C | |
| Nachfolger | Raubvogel | |
| Flüssigkraftstoffmotor | ||
| Oxidationsmittel | Flüssiger Sauerstoff | |
| Treibstoff | RP-1 | |
| Prinzip | Offener Verbrennungszyklus | |
| Pumpentyp | Turbopumpe | |
| Aufbau | ||
| Anzahl Brennkammern | 1 | |
| Performance | ||
| Schub (zn) | 854 kN | |
| Schub (vac) | 981 kN (M-vacD) | |
| Schub: Gewicht (vac) | 179,8 | |
| Brennkammerdruck | 9,7 MPa | |
| (SI) spezifischer Impuls (zn) | 282 Sekunden | |
| (SI) spezifischer Impuls (vac) | 348 Sekunden (M-vacD) | |
| Brenndauer | variiert je nach Flug | |
| Maße | ||
| Durchmesser | 1,25 Meter | |
| Trockengewicht | 470 kg | |
Die Merlin 1D ist ein Motorrad, das seit 2012 im Einsatz ist. Der Motor hat seit seiner Einführung eine Reihe von Upgrades durchlaufen und seine Leistung fast verdoppelt. Der Falcon 9 1.1 verwendete 9 Merlin 1Ds und einen M-vac 1D mit den gleichen Kraftstofftemperaturen wie im Falcon 9 1.0. Der Merlin 1D wird auch als Retromotor verwendet, um die erste Stufe der Falcon 9 zu verlangsamen und zu landen. Oft wird dafür nur das mittlere Triebwerk verwendet, bei schweren Flügen mit höherer Rückfluggeschwindigkeit zünden jedoch drei der neun Triebwerke bei der Landung.
Der erste Einsatz eines Merlin 1D war am 21. September 2012 bei den VTVL-Tests mit der mit einem Merlin 1D ausgestatteten Grashopper-Testrakete. Der erste reguläre Flug einer Merlin 1D war der Start von Cassiope am 29. September 2013 mit der ersten Falcon 9 1.1.
In der Falcon 9 Full Thrust wurde der RP-1 auf -7 Grad Celsius und der Sauerstoff auf -206 Grad Celsius gekühlt, knapp über dem Erstarrungspunkt von Sauerstoff. Dadurch schrumpft der Kraftstoff und Oxidationsmittel, wodurch mehr in die Tanks und durch die Rohre passt und somit mehr verbrannt werden kann, was zunächst zu 25 Prozent mehr Schub führte. In den Monaten nach der Einführung wurden zusätzliche 15 % Schub gewonnen.
Für die Falcon 9 Block 5 wurde der Schub des Merlin 1D um weitere 8 Prozent erhöht, indem die Grenzen des Triebwerks verschoben wurden. Neue Turbopumpen wurden auch entwickelt, weil einige Rotorblätter nach Raketenlandungen Haarrisse aufwiesen. Elon Musk twitterte über die Block 5-Version, dass sie Merlin 1E hätte heißen sollen.[1] Tom Mueller war nicht mehr als Designer, sondern als Berater an der Entwicklung dieser Upgrades beteiligt.
Am 18. März 2020 ist erstmals eine Melin 1D im Flug ausgefallen. Dies geschah während des fünften Fluges des Boosters B1048. Dieser Booster hatte bereits einen solchen Verschleiß, dass er nur für die eigenen Flüge von SpaceX und nicht für Kunden verwendet wurde. Der Booster konnte mit acht Triebwerken weiterfliegen und die zweite Stufe mit der richtigen Geschwindigkeit auskuppeln, indem er etwas länger ging. Unter den abweichenden Bedingungen konnte der Booster das Landungsschiff jedoch nicht mehr erreichen.
Merlin 2 und Raptor
SpaceX hatte 2010 Pläne, einen größeren Merlin-Motor zu entwickeln, der auf der Technologie hinter dem Merlin 1 aufbauen und für die SpaceX-Mars-Rakete verwendet werden sollte. In den damaligen Plänen sollen diese auch auf späteren Versionen der Falcon 9 als einzelne Hauptmaschine kommen. Später wurde der Merlin 2 eingestellt und stattdessen der mit Methan betriebene Raptor entwickelt. Der Raptor unterscheidet sich nicht nur im Kraftstoff, er unterscheidet sich auch technisch von den Merlins durch die Verwendung des hocheffektiven gestuften Verbrennungszyklus mit Vollstrom.
Es gibt mehrere Gründe für die Absage des Merlin 2. Beispielsweise ist der spezifische Impuls von Methan besser. Dieser Brennstoff kann auch aus der Atmosphäre auf dem Mars gewonnen werden. Für die Landung einer Rakete eignen sich einige kleine Triebwerke wie das Merlin 1D viel besser als ein großes Triebwerk, da sie mehr Schub reduzieren können.
Wissenswertes
- Die Düse des M-vac besteht aus sehr dünnem Metall. Dies macht es sehr anfällig und eine leichte Kraft kann es eindrücken. Um die Formstabilität zu gewährleisten, befindet sich am Ende der Düse ein Verstärkungsring. Wenn der Motor anspringt, wird er ausgeblasen. Dies ist in den meisten Webcasts von Falcon 9-Starts sichtbar.
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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