El ciclo de expansión que utiliza el motor impulsa la turbobomba con el calor residual absorbido por la cámara de combustión, la garganta y la boquilla del motor. Esto, combinado con el combustible de hidrógeno, conduce a impulsos específicos muy altos ( I sp ) en el rango de 373 a 470 s (3,66-4,61 km/s) en el vacío. La masa varía de 131 a 317 kg (289 a 699 lb) según la versión del motor. [3] [4]
Historia
El RL10 fue el primer motor de cohete de hidrógeno líquido construido en los Estados Unidos, y el desarrollo del motor por parte del Marshall Space Flight Center y Pratt & Whitney comenzó en la década de 1950. El RL10 se desarrolló originalmente como un motor acelerable para el módulo de aterrizaje lunar Lunex de la USAF . [5]
El RL10 se probó por primera vez en tierra en 1959, en el Centro de Investigación y Desarrollo de Florida de Pratt & Whitney en West Palm Beach, Florida . [6] [7] El primer vuelo exitoso tuvo lugar el 27 de noviembre de 1963. [8] [9] Para ese lanzamiento, dos motores RL10A-3 impulsaron la etapa superior Centaur de un vehículo de lanzamiento Atlas . El lanzamiento se utilizó para realizar una prueba de integridad estructural y de rendimiento del vehículo fuertemente instrumentada. [10]
Se han volado varias versiones de este motor. El S-IV del Saturn I utilizó un grupo de seis RL10A-3S, una versión que fue modificada para su instalación en el Saturn [11] y el programa Titan incluía etapas superiores Centaur D-1T propulsadas por dos motores RL10A-3-3. . [11] [12]
La propuesta DIRECT versión 3.0 para reemplazar Ares I y Ares V con una familia de cohetes que comparten una etapa central común recomendó el RL10 para la segunda etapa de los vehículos de lanzamiento J-246 y J-247. [15] Se habrían utilizado hasta siete motores RL10 en la etapa superior de Júpiter propuesta, desempeñando un papel equivalente a la etapa superior de exploración del sistema de lanzamiento espacial .
Motor criogénico extensible común
El CECE a aceleración parcial
A principios de la década de 2000, la NASA contrató a Pratt & Whitney Rocketdyne para desarrollar el demostrador del motor criogénico extensible común (CECE). CECE estaba destinado a dar lugar a motores RL10 capaces de una aceleración profunda. [16] En 2007, su operatividad (con algunos "resoplidos") se demostró con relaciones de aceleración de 11:1. [17] En 2009, la NASA informó que se logró acelerar del 104 por ciento de empuje al ocho por ciento de empuje, un récord para un motor de ciclo expansor de este tipo. El resoplido se eliminó mediante modificaciones del inyector y del sistema de alimentación del propulsor que controlan la presión, la temperatura y el flujo de los propulsores. [18] En 2010, el rango de aceleración se amplió aún más a una relación de 17,6:1, acelerando del 104% al 5,9% de potencia. [19]
Posible sucesor de principios de la década de 2010
En 2012, la NASA se unió a la Fuerza Aérea de EE. UU. (USAF) para estudiar la propulsión de etapa superior de próxima generación, formalizando los intereses conjuntos de las agencias en un nuevo motor de etapa superior para reemplazar al Aerojet Rocketdyne RL10.
"Conocemos el precio de lista de un RL10. Si analizamos el costo a lo largo del tiempo, una porción muy grande del costo unitario de los EELV es atribuible a los sistemas de propulsión, y el RL10 es un motor muy antiguo, y hay muchos artesanía asociada con su fabricación... Eso es lo que este estudio determinará: ¿vale la pena construir un reemplazo del RL10?"
— Dale Thomas, director técnico asociado, Centro Marshall de vuelos espaciales [20]
A partir del estudio, la NASA esperaba encontrar un motor de clase RL10 menos costoso para la etapa superior del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS). [20] [21]
La USAF esperaba reemplazar los motores Rocketdyne RL10 utilizados en las etapas superiores de los vehículos de lanzamiento desechables evolucionados (EELV) Lockheed Martin Atlas V y Boeing Delta IV, que eran los métodos principales para poner satélites del gobierno de EE. UU. en el espacio. [20] Al mismo tiempo se llevó a cabo un estudio de requisitos relacionado en el marco del Programa de motores de etapa superior asequibles (AUSEP). [21]
Mejoras
El RL10 ha evolucionado a lo largo de los años. El RL10B-2 que se utilizó en el DCSS tenía un rendimiento mejorado, una boquilla de carbono-carbono extensible, un cardán electromecánico para reducir el peso y aumentar la confiabilidad, y un impulso específico de 465,5 segundos (4,565 km/s). [22] [23]
En 2016, Aerojet Rocketdyne estaba trabajando para incorporar la fabricación aditiva en el proceso de construcción del RL10. La compañía realizó pruebas de fuego caliente a gran escala en un motor con un inyector principal impreso en marzo de 2016, [24] y en un motor con un conjunto de cámara de empuje impreso en abril de 2017. [25]
Aplicaciones actuales para el RL10
Atlas V Centaur (etapa de cohete) : la versión centaur de un solo motor (SEC) utiliza el RL10C-1, [2] mientras que la versión centaur de doble motor (DEC) conserva el RL10A-4-2 más pequeño. [26] Una misión Atlas V (SBIRS-5) marcó el primer uso de la versión RL10C-1-1. La misión fue exitosa, pero se observaron vibraciones inesperadas y el uso posterior del modelo RL10C-1-1 está en suspenso hasta que se comprenda mejor el problema. [27] El motor se volvió a utilizar con éxito en SBIRS-6.
Etapa de propulsión criogénica provisional : La etapa de propulsión criogénica provisional o ICPS se utiliza para el SLS y es similar al DCSS, excepto que el motor es un RL10B-2 y está adaptado para caber encima de la etapa central de 8,4 metros de diámetro con cuatro Motores principales del transbordador espacial RS-25 .
Etapa Centaur V de Vulcan Centaur : El 11 de mayo de 2018, United Launch Alliance (ULA) anunció que el motor de etapa superior RL10 había sido seleccionado para el cohete Vulcan Centaur de próxima generación de ULA luego de un proceso de adquisición competitivo. [30] Centaur V normalmente usará el RL10C-1-1, [2] pero en Vulcan Centaur Heavy se usará el RL10C-X. [31] Vulcan realizó con éxito su vuelo inaugural el 8 de enero de 2024. [32]
Motores en desarrollo
Etapa superior de exploración (EUS) : EUS utilizará inicialmente cuatro motores RL10C-3. Cuando el RL10C-X esté disponible, los motores C-3 se cambiarán por CX. [33]
Etapa superior Omega: En abril de 2018, Northrop Grumman Innovation Systems anunció que se utilizarían dos motores RL10C-5-1 en OmegA en la etapa superior. [34] El BE-3U de Blue Origin y el Vinci de Airbus Safran también se consideraron antes de seleccionar el motor de Aerojet Rocketdyne. El desarrollo de OmegaA se detuvo después de que no logró ganar un contrato de lanzamiento espacial de seguridad nacional. [35]
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