Merlin 1

Merlin 1 is een serie raketmotoren van SpaceX die werden ontwikkeld voor de Falcon-raketten.

Merlin 1’s verbranden RP-1 (raketkerosine) met vloeibare zuurstof. De verbranding gebeurt volgens een open verbrandingscyclus. Voor vacuüm aangepaste uitvoeringen van de Merlin 1 worden M-vac genoemd; deze hebben een verlengde straalpijp. Er zijn vier versies van de Merlin 1 ontwikkeld. In de Falcon 1 was een Merlin 1-motor in de eerste trap te vinden. In de Falcon 9 zitten negen Merlin 1’s in de eerste trap en een M-vac in de tweede trap. In de Falcon Heavy zitten 27 Merlin 1-motoren verspreid over de drie boostertrappen en 1 M-vac in de bovenste trap. De motoren zijn ontworpen door SpaceX’ chief propulsion engineer Tom Mueller. De naam “Merlin” is net als bij de Falcon-raketten en de raptor- en kestrel-motoren de Engelse naam van een roofvogel, in dit geval het smelleken.

Merlin 1ABewerken

Merlin 1A
 
SpaceX Merlin 1A
Land van herkomst Verenigde Staten
Datum eerste gebruik: 24 maart 2006
Ontwerper Tom Mueller
Fabrikant SpaceX
Toepassing Hoofdmotor eerste trap Falcon 1
Opvolger Merlin 1B
Vloeibarebrandstofmotor
Oxidator Vloeibare zuurstof
Brandstof RP-1
Principe Open verbrandingscylus
Pomptype turbopomp
Configuratie
Aantal branderkamers 1
Prestaties
Stuwkracht (vac) 340 kN

De Merlin 1A werd ontworpen als hoofdmotor voor de eerste trap van Falcon 1. De motor werd op de eerste twee vluchten gebruikt. De eerste vlucht mislukte doordat een brandstofleiding van de Merlin losraakte. Op de tweede vlucht werkte de motor naar behoren. De vlucht mislukte echter in een later stadium. De kunststof straalpijp koelde door middel van ablatie dat wil zeggen dat deze langzaam verbrandde maar de vlucht te kort duurde om volledig op te branden. De motor werd vanaf de grond aangestoken.

Merlin 1BBewerken

Merlin 1B
Land van herkomst Verenigde Staten
Ontwerper Tom Mueller
Fabrikant SpaceX
Toepassing Nooit gebruikt. Kwam voor in conceptontwerpen voor Falcon 1, Falcon 5 en Falcon 9
Voorganger Merlin 1A
Opvolger Merlin 1C
Vloeibarebrandstofmotor
Oxidator Vloeibare zuurstof
Brandstof RP-1
Principe Open verbrandingscylus
Pomptype turbopomp
Configuratie
Aantal branderkamers 1
Prestaties
Stuwkracht (zn) 380 kN
Stuwkracht (vac) 420 kN

De Merlin 1B werd ontwikkeld voor onder meer de Falcon 1, Falcon 5 (die nooit werd gebouwd) en een vroeg ontwerp van de Falcon 9. Deze motor werd echter nooit gebruikt omdat al snel de krachtiger Merlin 1C werd ontworpen. De Merlin 1B had een krachtiger turbopomp, ontsteking werd net als bij de latere uitvoeringen door ontstekingsvloeistof TEA-TEB gedaan. Dit is een pyrofore mix van Tri-ethylaluminium en Tri-ethylboraan die bij contact met zuurstof spontaan ontbrandt. Net als de Merlin 1A had de Merlin 1B een ablatieve straalpijp.

Merlin 1CBewerken

Merlin 1C
 
Een Merlin 1C in de SpaceX fabriek in Hawthorn
Land van herkomst Verenigde Staten
Datum eerste gebruik 3 augustus 2008
Ontwerper Tom Mueller
Fabrikant SpaceX
Toepassing Hoofdmotor van
  • Eerste trap Falcon 1
  • Eerste en tweede trap Falcon 9 1.0
Voorganger Merlin 1B
Opvolger Merlin 1D
Vloeibarebrandstofmotor
Oxidator Vloeibare zuurstof
Brandstof RP-1
Principe Open verbrandingscylus
Pomptype turbopomp
Configuratie
Aantal branderkamers 1
Prestaties
Stuwkracht (zn) 480kN
Stuwkracht (vac) 420 kN
Stuwkracht:gewicht (vac) 96
(SI) specifieke impuls (zn) 275 seconde
(SI) specifieke impuls (vac) 304 seconde
Afmetingen
Lengte 2,92 meter
Droog gewicht 630 kg

De Merlin 1C werd op de laatste drie vluchten van de Falcon 1 gebruikt. Een belangrijk verschil met de eerdere Merlins is dat de straalpijp een geforceerde koeling heeft. Deze koelt doordat de brandstof door kleine leidingen in de straalpijp stroomt alvorens het in de verbrandingskamer komt. De koeling werd door 45 kg RP-1 per seconde bewerkstelligd. De eerste van die vluchten mislukte doordat er na het uitschakelen van de motor nog een restant brandstof in de verbrandingskamer ontbrandde en de eerste trap daardoor tegen de net afgekoppelde tweede trap botste.

De uitlaatpijp van de turbopomp was bij de Falcon 1 beweegbaar zodat met de druk daarvan een gecontroleerde rolbeweging kon worden bewerkstelligd. Bij de Falcon 9 1.0 was die uitlaatpijp een vaste pijp.

Nadat de Falcon 1 buiten bedrijf werd genomen werd de Merlin 1C op de Falcon 9 1.0 gebruikt. De eerste trap bevatte negen Merlin 1C’s en de tweede trap 1 M-vac uitvoering daarvan. Bij de vierde vlucht explodeerde een motor waardoor de secondaire vracht niet in de juiste baan kon worden afgezet.

Merlin 1DBewerken

Merlin 1D (block 5)
 
Statische test van een Merlin 1D op het testterrein in McGregor (Texas)
Land van herkomst Verenigde Staten
Datum Eerste gebruik: 21 september 2012
Ontwerper Eerste versie: Tom Mueller
Upgrades: Elon Musk & SpaceX Propulsion team
Fabrikant SpaceX
Toepassing Eerste en tweede trap motoren van
  • Grasshopper
  • F9R-dev
  • Falcon 9 1.1
  • Falcon 9 FT
  • Falcon 9 Block-5
  • Falcon Heavy
Voorganger Merlin 1C
Opvolger Raptor
Vloeibarebrandstofmotor
Oxidator Vloeibare zuurstof
Brandstof RP-1
Principe Open verbrandingscylus
Pomptype turbopomp
Configuratie
Aantal branderkamers 1
Prestaties
Stuwkracht (zn) 854 kN
Stuwkracht (vac) 981 kN (M-vacD)
Stuwkracht:gewicht (vac) 179,8
Branderkamerdruk 9,7 MPa
(SI) specifieke impuls (zn) 282 seconden
(SI) specifieke impuls (vac) 348 seconden (M-vacD)
Brandtijd varieert per vlucht
Afmetingen
Diameter 1,25 meter
Droog gewicht 470 kg

De Merlin 1D is een motor die sinds 2012 in gebruik is. De motor heeft sinds haar introductie een aantal upgrades ondergaan waardoor de kracht bijna verdubbelde. Op de Falcon 9 1.1 werden 9 Merlin 1D’s en een M-vac 1D gebruikt met dezelfde brandstoftemperaturen als in de Falcon 9 1.0. De Merlin 1D wordt ook als retromotor gebruikt om de eerste trap van de Falcon 9 te laten afremmen en landen. Vaak wordt daarvoor alleen de middelste motor gebruikt maar bij zware vluchten met een hogere terugkeersnelheid ontbranden drie van de negen motoren bij de landing.

De eerste keer dat een Merlin 1D werd gebruikt was op 21 september 2012 bij de VTVL-tests met de testraket Grashopper die met een Merlin 1D was uitgerust. De eerste reguliere vlucht van een Merlin 1D was de lancering van Cassiope op 29 september 2013 met de eerste Falcon 9 1.1.

In de Falcon 9 Full Thrust werd de RP-1 gekoeld tot -7 graden Celsius en de zuurstof tot -206 graden Celcius, net boven het stollingspunt van zuurstof. Hierdoor krimpen de brandstof en oxidator, waardoor er meer in de tanks en door de leidingen past en zodoende meer van verbrand kan worden wat in eerste instantie in 25 procent meer stuwkracht resulteerde. In de maanden na de introductie werd nog eens 15% stuwkracht gewonnen.

Voor de Falcon 9 Block 5 werd de stuwkracht van de Merlin 1D nog eens met 8 procent verhoogd door de grenzen van de motor op te zoeken. Ook werden nieuwe turbopompen ontwikkeld omdat sommige rotorbladen na raketlandingen haarscheurtjes bleken te vertonen. Over de Block 5 uitvoering tweette Elon Musk dat deze eigenlijk Merlin 1E had moeten heten.[1] Bij de ontwikkeling van deze upgrades was Tom Mueller niet meer als ontwerper maar nog wel als adviseur betrokken.

Op 18 maart 2020 faalde voor het eerst een Melin 1D tijdens de vlucht. Dit gebeurde tijdens de vijfde vlucht van booster B1048. Die booster had al dusdanige slijtage dat deze alleen nog voor SpaceX eigen vluchten werd ingezet en niet voor klanten. De booster was in staat met acht motoren verder te vliegen en de tweede trap op de juiste snelheid af te koppelen door iets langer door te gaan. De booster was onder de afwijkende omstandigheden echter niet meer in staat het landingsschip te bereiken.

Merlin 2 en RaptorBewerken

SpaceX had in 2010 plannen om een grotere Merlin-motor te ontwikkelen die zou voortborduren op de techniek achter de Merlin 1 en voor SpaceX Mars-raket worden gebruikt. Deze hadden in de toenmalige plannen ook op latere versies van de Falcon 9 als enkele hoofdmotor moeten komen. Later werd de Merlin 2 geannuleerd en in plaats daarvan de op methaan werkende Raptor ontwikkeld. De Raptor is niet alleen qua brandstof anders, hij is ook technisch anders dan de Merlins door de zeer effectieve full flow staged combustion-verbrandingscyclus te gebruiken.

Voor de annulering van de Merlin 2 zijn meerdere redenen te noemen. Zo is de specifieke impuls van methaan beter. Ook is die brandstof op Mars uit de atmosfeer te winnen. Voor het landen van een raket is een aantal kleine motoren als de Merlin 1D veel geschikter dan een grote motor omdat men daarmee meer stuwkracht kan terugnemen.

TriviaBewerken

  • De straalpijp van de M-vac is van zeer dun metaal gemaakt. Daardoor is deze zeer kwetsbaar en kan een lichte kracht hem al indeuken. Om te zorgen dat deze zijn vorm behoudt zit er aan het eind van de straalpijp een verstevigingsring. Wanneer de motor start wordt deze eruit geblazen. Dit is zichtbaar in de meeste webcasts van Falcon 9-lanceringen.