El BE-4 (Blue Engine 4) [5] es un motor de cohete de combustión por etapas alimentado con metano licuado rico en oxígeno [6] producido por Blue Origin . El BE-4 fue desarrollado con financiación privada y pública. [7] El motor ha sido diseñado para producir 2,4 meganewtons (550.000 lbf ) de empuje a nivel del mar. [8]
Inicialmente, se planeó que el motor se utilizara exclusivamente en un vehículo de lanzamiento patentado de Blue Origin , New Glenn , el primer cohete orbital de la compañía. Sin embargo, en 2014 se anunció que el motor también se utilizaría en el vehículo de lanzamiento Vulcan Centaur de United Launch Alliance (ULA) , el sucesor del vehículo de lanzamiento Atlas V. [9] La selección final del motor por parte de ULA tuvo lugar en septiembre de 2018. [10]
Aunque anteriormente estaba previsto que volara ya en 2019, la primera prueba de vuelo del nuevo motor se lanzó el 8 de enero de 2024 en el cohete Vulcan Centaur .
Tras la adquisición de Pratt & Whitney Rocketdyne por parte de Aerojet en 2012, el presidente de Blue Origin, Rob Meyerson, vio una oportunidad de llenar un vacío en la base industrial de defensa. [11] Blue Origin entró públicamente en el negocio de los motores para cohetes de combustible líquido al asociarse con ULA en el desarrollo del BE-4 y trabajar con otras empresas. Meyerson anunció la selección de Huntsville, Alabama, como la ubicación de la fábrica de producción de cohetes de Blue Origin en junio de 2017. [12]
Blue Origin comenzó a trabajar en el BE-4 en 2011, [13] aunque no se hizo ningún anuncio público hasta septiembre de 2014. [14] Este fue su primer motor que quemaba oxígeno líquido y gas natural licuado como propulsores . En septiembre de 2014, en una elección etiquetada como "una sorpresa" por SpaceNews [15] , el gran fabricante de vehículos de lanzamiento y proveedor de servicios de lanzamiento United Launch Alliance seleccionó el BE-4 como el motor principal para un nuevo vehículo de lanzamiento primario. [15] Blue Origin dijo que el "BE-4 estaría 'listo para volar' en 2017". [7]
En abril de 2015, se estaban llevando a cabo dos programas de desarrollo paralelos. Un programa estaba probando versiones a escala real del grupo motopropulsor BE-4 , que son el conjunto de válvulas y turbobombas que proporcionan la mezcla adecuada de combustible y oxidante a los inyectores y la cámara de combustión. El segundo programa estaba probando versiones a escala inferior de los inyectores del motor. [16] La empresa tenía previsto comenzar las pruebas del motor a escala real a finales de 2016 y esperaba completar el desarrollo del motor en 2017. [16]
En septiembre de 2015, Blue Origin había completado más de 100 pruebas de desarrollo de varios elementos del BE-4, incluido el prequemador y una " cámara de empuje enfriada regenerativamente que utiliza múltiples elementos inyectores a escala real". Las pruebas se utilizaron para confirmar las predicciones del modelo teórico de "rendimiento del inyector, transferencia de calor y estabilidad de la combustión ", y los datos recopilados se estaban utilizando para refinar el diseño del motor. [17] Hubo una explosión en el banco de pruebas durante 2015 durante la prueba del grupo motopropulsor. Blue Origin construyó dos bancos de pruebas más grandes y redundantes para seguir, capaces de probar el empuje completo del BE-4. [18]
En enero de 2016, Blue Origin anunció que tenía la intención de comenzar a probar motores completos del BE-4 en bancos de pruebas en tierra antes de fines de 2016. [19] Después de una visita a la fábrica en marzo de 2016, el periodista Eric Berger señaló que una gran parte de "la fábrica de Blue Origin se ha dedicado al desarrollo del Blue Engine-4". [9]
Inicialmente, se habían planeado versiones del motor tanto de primera como de segunda etapa. La segunda etapa del diseño inicial de New Glenn debía compartir el mismo diámetro de etapa que la primera etapa y utilizar un solo BE-4 optimizado para vacío, el BE-4U . [20] Finalmente, se desdijeron de este plan.
El primer motor se ensambló completamente en marzo de 2017. [21] [ fuente no primaria necesaria ] También en marzo, United Launch Alliance indicó que el riesgo económico de la opción de selección del motor Blue Origin se había retirado, pero que el riesgo técnico del proyecto permanecería hasta que se completaran una serie de pruebas de encendido del motor más adelante en 2017. [22] Se produjo una anomalía en las pruebas el 13 de mayo de 2017, y Blue Origin informó que perdieron un conjunto de hardware del grupo electrógeno. [23]
En junio de 2017, Blue Origin anunció que construiría una nueva instalación en Huntsville, Alabama , para fabricar el gran motor de cohete criogénico BE-4. [24] [ necesita actualización ]
El BE-4 se probó por primera vez, al 50% de empuje durante 3 segundos, en octubre de 2017. [25] Para marzo de 2018, el motor BE-4 había sido probado al 65% del empuje de diseño durante 114 segundos [26] con un objetivo expresado en mayo de alcanzar el 70% del empuje de diseño en los próximos meses. [27] [ fuente no primaria necesaria ] Para septiembre de 2018, se habían completado varios cientos de segundos de pruebas del motor, incluida una prueba de más de 200 segundos de duración. [28]
En octubre de 2018, el presidente de Blue Origin, Bob Smith, anunció que el primer lanzamiento del New Glenn se había retrasado hasta 2021, [29] y en 2021 se anunció un aplazamiento adicional hasta finales de 2022. [30] Esto provocó que la primera prueba de vuelo del BE-4 se programara para el lanzamiento inicial del Vulcan Centaur en lugar de en New Glenn.
En febrero de 2019, el BE-4 había adquirido un total de 1800 segundos de pruebas de fuego caliente en bancos de pruebas en tierra, pero aún no se había probado por encima de 1,8 meganewtons (400.000 lbf) libras de empuje, aproximadamente el 73% del empuje nominal del motor de 2,4 MN (550.000 lbf). [31]
En agosto de 2019, el BE-4 estaba siendo sometido a pruebas de motor a plena potencia. [32]
En julio de 2020, el primer explorador BE-4 fue entregado a United Launch Alliance para realizar pruebas de integración con Vulcan Centaur. [33] [34]
En agosto de 2020, el director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, declaró que pronto se entregaría el segundo BE-4 de prueba, seguido rápidamente por los primeros calificados para el vuelo. [35] Señaló un problema en curso con las turbobombas del BE-4. En ese momento, Blue Origin todavía estaba solucionando problemas con las bombas de 75.000 caballos de fuerza que llevan combustible a la cámara de combustión principal del BE-4, dijo Bruno, y agregó que confiaba en que los problemas se resolverían pronto. [36] En octubre, Bruno declaró que el problema se resolvió y que el motor pasó a producción. [37] En realidad, no fue así, y no lo será hasta 2022. [7]
El 31 de octubre de 2022, una publicación en Twitter de la cuenta oficial de Blue Origin anunció que los dos primeros motores BE-4 habían sido entregados a ULA y que estaban en proceso de ser integrados en un cohete Vulcan. En un tuit posterior, el director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, dijo que uno de los motores ya había sido instalado en el cohete y que el otro se uniría a él en breve. [38]
El 11 de mayo de 2023, el director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, en su cuenta oficial afirmó en respuesta a una pregunta que las pruebas de calificación BE-4 se habían completado "hace varias semanas", indicando que finalizarían a más tardar a fines de abril de 2023. [39]
El 30 de junio de 2023, un motor BE-4 explotó a los 10 segundos de iniciarse las pruebas, lo que provocó daños en el banco de pruebas. El motor estaba previsto para volar en el segundo vuelo de Vulcan. Blue Origin ha afirmado conocer la causa, sin embargo, a fecha de 18 de octubre de 2023 [actualizar], no ha publicado esta información. [40]
El 8 de enero de 2024, ULA lanzó con éxito su cohete Vulcan-Centaur [41] utilizando el motor BE-4. Esta fue la primera vez que se utilizó el motor para un vuelo exitoso.
A partir de 2024, habrá dos líneas de producción para el BE-4, una para abastecer a ULA y otra para New Glenn. [42]
En 2017, se estaba considerando la posibilidad de utilizar el BE-4 en dos vehículos de lanzamiento que se encontraban en desarrollo. Antes de esto, también se estaba considerando la posibilidad de utilizar un derivado modificado del BE-4 para el avión espacial experimental XS-1 para un proyecto militar estadounidense , [43] pero no fue seleccionado. En 2018, fue el motor seleccionado para los vehículos de lanzamiento Blue Origin New Glenn y ULA Vulcan. [44]
A finales de 2014, Blue Origin firmó un acuerdo con United Launch Alliance para desarrollar conjuntamente el motor BE-4 y comprometerse a utilizar el nuevo motor en el vehículo de lanzamiento Vulcan , un sucesor del Atlas V , que reemplazaría al motor RD-180 de fabricación rusa . [15] Vulcan utilizará dos de los motores BE-4 de 2,4 MN (550.000 lbf) en cada primera etapa . El programa de desarrollo del motor comenzó en 2011. [1] [45] [14]
El anuncio de la asociación con ULA se produjo después de meses de incertidumbre sobre el futuro del motor ruso RD-180 que se ha utilizado en el cohete Atlas V de ULA durante más de una década. Habían surgido preocupaciones geopolíticas que crearon serias dudas sobre la fiabilidad y la consistencia de la cadena de suministro para la adquisición del motor ruso. [46] Inicialmente, ULA esperaba el primer vuelo del nuevo vehículo de lanzamiento no antes de 2019 [14] [15] pero en 2018, ese objetivo se había trasladado a 2021. [47]
Desde principios de 2015, el BE-4 ha estado compitiendo con el motor AR1 para el programa de reemplazo del Atlas V RD-180. Mientras que el BE-4 es un motor de gas natural licuado, el AR1, al igual que el RD-180, funciona con queroseno . [48] En febrero de 2016, la Fuerza Aérea de los EE. UU. emitió un contrato que proporciona financiación parcial para el desarrollo de hasta 202 millones de dólares a ULA para apoyar el uso del motor Blue Origin BE-4 en el vehículo de lanzamiento Vulcan de ULA . [49] [50]
Inicialmente, el gobierno solo iba a desembolsar 40,8 millones de dólares y una filial de ULA gastaría otros 40,8 millones de dólares en el desarrollo del Vulcan BE-4. [51] Aunque 536 millones de dólares era el monto original del contrato de la USAF con Aerojet Rocketdyne (AR) para avanzar en el desarrollo del motor AR1 como alternativa para propulsar el cohete Vulcan, [49] en junio de 2018, la USAF había renegociado el acuerdo con AR y había reducido la contribución de la Fuerza Aérea (5/6 del costo total) a 294 millones de dólares . ARR no puso fondos privados adicionales en el esfuerzo de desarrollo del motor después de principios de 2018. [28]
Bezos señaló en 2016 que el vehículo de lanzamiento Vulcan se está diseñando en torno al motor BE-4; que el cambio de ULA al AR1 requeriría retrasos significativos y dinero por parte de ULA. [52] Este punto también fue mencionado por los ejecutivos de ULA, quienes aclararon que es probable que el BE-4 cueste un 40% menos que el AR1, además de beneficiarse de la capacidad de Bezos de "tomar decisiones de inversión en fracciones de segundo en nombre del BE-4, y ya ha demostrado su determinación de llevarlo a cabo. [mientras que] el AR1, por el contrario, depende principalmente del respaldo del gobierno de EE. UU., lo que significa que Aerojet Rocketdyne tiene muchos números de teléfono a los que marcar para obtener apoyo". [53]
Vulcan fue finalmente lanzado el 8 de enero de 2024, donde los motores funcionaron sin problemas, lo que permitió que el cohete impulsara la Peregrine Mission One a la inyección translunar . Vulcan es el primer cohete propulsado por metano en alcanzar la órbita en su primer intento, y el primero en llegar a la órbita desde los EE. UU. [54]
El motor se utilizará en el gran vehículo de lanzamiento orbital New Glenn de Blue Origin , un vehículo de lanzamiento orbital de dos etapas de 7,0 metros (23 pies) de diámetro con una tercera etapa opcional y una primera etapa reutilizable . El primer vuelo y prueba orbital está previsto para no antes de finales de 2022, [30] aunque la empresa había esperado anteriormente que el BE-4 pudiera probarse en un vuelo de cohete ya en 2020. [20]
La primera etapa estará propulsada por siete motores BE-4 y será reutilizable , aterrizando verticalmente . La segunda etapa de New Glenn compartirá el mismo diámetro y utilizará dos motores LH2/LOX optimizados para vacío BE-3 . [55] La segunda etapa será descartable . [20]
Boeing consiguió un contrato para diseñar y construir el avión espacial reutilizable DARPA XS-1 en 2014. El XS-1 debía acelerar a velocidad hipersónica en el borde de la atmósfera terrestre para permitir que su carga útil alcanzara la órbita. [56] En 2015, se creía que un derivado modificado del motor BE-4 iba a impulsar la nave. [57] En 2017, la adjudicación del contrato seleccionó en su lugar el motor Aerojet Rocketdyne AR-22 derivado del RS-25 . El XS-1 se canceló en 2020. [58] [59]
Blue Origin ha indicado que tiene la intención de poner el motor a disposición comercial, una vez que se complete el desarrollo, para empresas más allá de ULA, y también planea utilizar el motor en el nuevo vehículo de lanzamiento orbital de Blue Origin. [46] En marzo de 2016, Orbital ATK también estaba evaluando motores Blue Origin para sus vehículos de lanzamiento. [9] [ necesita actualización ]
El BE-4 utiliza gas natural licuado en lugar de los combustibles para cohetes más utilizados, como el queroseno . Este enfoque permite la presurización autógena , que es el uso de propulsor gasificado para presurizar el propulsor líquido. Esto es beneficioso porque elimina la necesidad de sistemas de presurización que requieren el almacenamiento de un gas presurizador, como el helio.
Aunque todos los componentes iniciales del BE-4 y los motores completos para apoyar el programa de pruebas se construyeron en la sede de Blue en Kent, Washington , la producción del BE-4 se realizará en Huntsville, Alabama. [60] Las pruebas y el soporte de los BE-4 reutilizables se realizarán en las instalaciones de lanzamiento orbital de la compañía en Exploration Park en Florida , donde Blue Origin está invirtiendo más de US$200 millones en instalaciones y mejoras. [52]
El BE-4 es un motor de combustión por etapas , con un único prequemador rico en oxígeno y una única turbina que impulsa las bombas de combustible y oxígeno. [61] El ciclo es similar al RD-180 alimentado con queroseno que se utiliza actualmente en el Atlas V , aunque utiliza solo una única cámara de combustión y boquilla.
El BE-4 está diseñado para una larga vida útil y una alta confiabilidad, en parte porque se pretende que el motor sea una "versión de rendimiento medio de una arquitectura de alto rendimiento". [9] Se utilizan cojinetes hidrostáticos en las turbobombas en lugar de los cojinetes de bolas y rodillos más típicos específicamente para aumentar la confiabilidad y la vida útil. [62]
Blue Origin] hizo estallar uno de sus motores en el banco de pruebas... reinició el motor... arranque de la turbina con presión de cabeza... [Blue] hizo estallar un grupo electrógeno durante la prueba... [Bezos] abrió su chequera... es necesario reconstruir el banco de pruebas, pasar a un grupo electrógeno de 500 k para el motor Vulcan BE-4; no uno sino dos bancos de pruebas... agilidad para... escribir con la propia chequera es simplemente refrescante
También este año, comenzaremos las pruebas de motor completo del BE-4
El New Glenn de dos etapas tiene 270 pies de alto y su segunda etapa está propulsada por un solo motor BE-4 optimizado para vacío (el BE-4U).
"Está funcionando bastante bien", dijo el director ejecutivo de Blue Origin, Bob Smith, sobre el BE-4 en el mismo panel que Bruno. "Hemos pasado por varios cientos de segundos de encendido, incluido un encendido de más de 200 segundos de ese motor, por lo que nos sentimos muy satisfechos con su progreso y con lo que vamos a poder ofrecer al mercado, así como para nuestro propio consumo".
United Launch Services LLC, una subsidiaria de propiedad mayoritaria de United Launch Alliance, Centennial, Colorado, ha sido adjudicada con un acuerdo de otra transacción por $46,629,267 para el desarrollo de los prototipos del sistema de propulsión de cohetes Vulcan BE-4 y Advanced Cryogenic Evolved Stage (ACES) para el programa Evolved Expendable Launch Vehicle. ... Este otro acuerdo de transacción requiere una inversión de costos compartidos con United Launch Services para el desarrollo de prototipos del sistema de propulsión de cohetes Vulcan BE-4, que es un motor de etapa de refuerzo, y .... La adjudicación del Vulcan BE-4 es de $45,820,515, o el 98.3 por ciento del monto total adjudicado. ... destinado a ser utilizado en el vehículo de lanzamiento Vulcan de United Launch Alliance. ... Se espera que el trabajo esté terminado a más tardar el 31 de diciembre de 2019. Los fondos de investigación, desarrollo, prueba y evaluación del año fiscal 2015 de la Fuerza Aérea por un monto de $26,344,603 se están comprometiendo al momento de la adjudicación. United Launch Services está contribuyendo con $40,828,213 al momento de la adjudicación. La inversión potencial total del gobierno, incluidas todas las opciones, es de $201,655,584. La inversión potencial total de United Launch Services, incluidas todas las opciones, es de $134,196,971.
El rendimiento de un motor de cohete de empuje de 550 000 lbf puede implicar un gran desgaste, especialmente si se utilizan cojinetes de bolas y rodillos tradicionales. Para maximizar la reutilización del motor, el equipo de Blue Origin está adoptando un enfoque diferente. Para mantener el BE-4 funcionando sin problemas, Bezos dice que la turbina en el corazón de la turbobomba del motor utilizará una fina película de propulsores fluidos como cojinetes.