BE-4 - BE-4
 BE-4 no berço de transporte
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| País de origem | Estados Unidos |
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| Fabricante | Origem Azul |
| Antecessor | BE-3 |
| Motor de combustível líquido | |
| Propulsor | Oxigênio líquido / gás natural liquefeito |
| Em desenvolvimento | |
| atuação | |
| Impulso (nível do mar) | 2,4 MN (240 t f ; 540.000 lbf) |
| Pressão da câmara | 134 bar (1.940 psi; 13,4 MPa) |
| Alcance do Gimbal | ± 5 ° |
| Usado em | |
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Vulcan Centaur New Glenn | |
O Blue Engine 4 ou BE-4 é um motor de foguete de combustão escalonada alimentado por gás natural liquefeito e rico em oxigênio, em desenvolvimento pela Blue Origin . O BE-4 está sendo desenvolvido com financiamento público e privado. O motor foi projetado para produzir 2,4 meganewtons (550.000 lbf ) de empuxo ao nível do mar.
Foi planejado inicialmente que o motor fosse usado exclusivamente em um veículo de lançamento proprietário da Blue Origin , New Glenn , o primeiro foguete orbital da empresa. No entanto, foi anunciado em 2014 que o motor também seria usado no veículo de lançamento Vulcan Centaur da United Launch Alliance (ULA) , o sucessor do veículo de lançamento Atlas V. A seleção final do motor pela ULA aconteceu em setembro de 2018.
Embora planejado anteriormente para voar no início de 2019, o primeiro teste de vôo do novo motor agora não é esperado antes de 2022 no foguete Vulcan. O motor estava funcionando quatro anos atrasado em agosto de 2021, e a Blue enfrentou uma série de problemas, tanto técnicos quanto gerenciais, com o programa de desenvolvimento do motor, deixando o motor ainda sem qualificação para voo. Embora os motores de voo não tenham sido entregues, os motores do Pathfinder estão atualmente em testes nas instalações da ULA e os motores de voo estão sendo construídos.
História
Após a aquisição da Pratt & Whitney Rocketdyne pela Aerojet em 2012, o presidente da Blue Origin, Rob Meyerson, viu uma oportunidade para preencher uma lacuna na base industrial de defesa. A Blue Origin entrou publicamente no negócio de motores de foguetes líquidos fazendo parceria com a ULA no desenvolvimento do BE-4 e trabalhando com outras empresas. Meyerson anunciou a escolha de Huntsville, AL como o local da fábrica de produção de foguetes da Blue Origin em junho de 2017.
A Blue Origin começou a trabalhar no BE-4 em 2011, embora nenhum anúncio público tenha sido feito até setembro de 2014. Este foi o primeiro motor a queimar oxigênio líquido e propelentes de gás natural liquefeito . Em setembro de 2014 - em uma escolha rotulada de "atordoante" pela SpaceNews - o grande fabricante de veículos de lançamento e provedor de serviços de lançamento United Launch Alliance selecionou o BE-4 como o motor principal para um novo veículo de lançamento primário. A Blue Origin disse que o "BE-4 estará 'pronto para voar' em 2017."
Em abril de 2015, dois programas de desenvolvimento paralelos estavam em andamento. Um programa estava testando versões em escala real do powerpack BE-4 , que são o conjunto de válvulas e turbobombas que fornecem a mistura adequada de combustível / oxidante para os injetores e a câmara de combustão. O segundo programa estava testando versões de subescala dos injetores do motor. A empresa planejava começar os testes de motor em grande escala no final de 2016 e esperava concluir o desenvolvimento do motor em 2017. Em setembro de 2015, a Blue Origin havia concluído mais de 100 testes de desenvolvimento de vários elementos do BE-4, incluindo o pré - queimador e uma " câmara de empuxo resfriada regenerativamente usando vários elementos injetores em escala real". Os testes foram usados para confirmar as previsões do modelo teórico de "desempenho do injetor, transferência de calor e estabilidade de combustão ", e os dados coletados estavam sendo usados para refinar o projeto do motor. Houve uma explosão na bancada de teste durante 2015 durante o teste do powerpack. A Blue Origin construiu duas bancadas de teste maiores e redundantes a seguir, capazes de testar o impulso total do BE-4.
Em janeiro de 2016, a Blue Origin anunciou que pretendia começar a testar os motores completos do BE-4 em solo antes do final de 2016. Após uma visita à fábrica em março de 2016, o jornalista Eric Berger observou que uma grande parte da "Blue A fábrica da Origin foi dedicada ao desenvolvimento do Blue Engine-4 ".
Inicialmente, as versões de primeiro e segundo estágio do motor foram planejadas. O segundo estágio do projeto inicial do New Glenn deveria ter compartilhado o mesmo diâmetro do estágio que o primeiro estágio e usar um único BE-4 otimizado para vácuo, o BE-4U . No evento, eles desistiram deste plano.
O primeiro motor foi totalmente montado em março de 2017. Também em março, a United Launch Alliance indicou que o risco econômico da opção de seleção do motor Blue Origin havia sido retirado, mas que o risco técnico no projeto permaneceria até uma série de testes de ignição do motor foram concluídos no final de 2017. Uma anomalia de teste ocorreu em 13 de maio de 2017 e a Blue Origin relatou que eles perderam um conjunto de hardware powerpack.
Em junho de 2017, a Blue Origin anunciou que construiria uma nova instalação em Huntsville, Alabama, para fabricar o grande motor de foguete criogênico BE-4 .
O BE-4 foi testado pela primeira vez, a 50% de empuxo por 3 segundos, em outubro de 2017. Em março de 2018, o motor BE-4 foi testado a 65% de empuxo de projeto por 114 segundos com uma meta expressa em maio de atingir 70% do impulso do design nos próximos meses. Em setembro de 2018, várias centenas de segundos de teste de motor foram concluídos, incluindo um teste de mais de 200 segundos de duração.
Em outubro de 2018, o presidente da Blue Origin, Bob Smith, anunciou que o primeiro lançamento do New Glenn havia sido transferido para 2021 e, em 2021, foi anunciado um deslize adicional para o final de 2022. Isso fez com que o primeiro teste de vôo do BE-4 fosse agendado para o lançamento inicial do Vulcan Centaur, e não em New Glenn.
Em fevereiro de 2019, o BE-4 tinha adquirido um total de 1.800 segundos de teste de fogo quente em bancadas de teste de solo, mas ainda não tinha sido testado acima de 1,8 meganewtons (400.000 lbf) libras de empuxo, cerca de 73 por cento do empuxo nominal do motor de 2,4 MN (550.000 lbf).
Em agosto de 2019, o BE-4 estava passando por testes de motor com potência total.
Em julho de 2020, o primeiro pathfinder BE-4 foi entregue à United Launch Alliance para testes de integração com o Vulcan Centaur.
Em agosto de 2020, o CEO da ULA, Tory Bruno, afirmou que o segundo BE-4 de teste seria entregue em breve, seguido rapidamente pelos primeiros qualificados para voo. Ele observou um problema contínuo com as bombas turbo do BE-4. Na época, a Blue Origin ainda estava solucionando os problemas das bombas de 75.000 cavalos que levam combustível para a câmara de combustão principal do BE-4, disse Bruno, acrescentando que estava confiante de que os problemas seriam resolvidos em breve. Em outubro, Bruno afirmou que o problema foi resolvido e que o motor foi colocado em produção; mas não foi.
Em agosto de 2021, ficou claro, até mesmo publicamente, que o programa do motor BE-4 estava com problemas. Atrasos foram acumulados no programa por quatro anos, incluindo problemas de turbopump , instabilidade de combustão , superaquecimento e vida útil do motor menor do que o planejado. Além disso, os problemas de gerenciamento da empresa deixaram hardware insuficiente para construir mecanismos de desenvolvimento, levando a longos períodos em que nenhum teste poderia ser feito, bem como problemas relacionados ao CEO da empresa Bob Smith e à distração do próprio Jeff Bezos. A Blue Origin teve dificuldade em fazer com que os motores funcionassem com êxito na potência máxima durante uma queima de duração total. A empresa recentemente tomou a "decisão arriscada" de enviar os motores de voo - atualmente não totalmente montados - para seu cliente, ULA, antes que eles concluíssem o teste de qualificação completo, cuja entrega ainda pode ser no início de 2022, em vez das datas prometidas anteriormente. De acordo com o repórter espacial de longa data Eric Berger, da Ars Technica , a relação com a ULA se deteriorou, em parte porque a Blue tentou renegociar por um preço mais alto em 2017 do que o combinado em 2014.
Formulários
Em 2017, o BE-4 estava sendo considerado para uso em dois veículos lançadores então em desenvolvimento. Antes disso, um derivado modificado do BE-4 também estava sendo considerado para o avião espacial experimental XS-1 para um projeto militar dos Estados Unidos , mas não foi selecionado. Em 2018, foi o motor selecionado para os veículos de lançamento Blue Origin New Glenn e ULA Vulcan.
Vulcano
No final de 2014, a Blue Origin assinou um acordo com a United Launch Alliance para co-desenvolver o motor BE-4 e se comprometer a usar o novo motor no veículo de lançamento Vulcan , um sucessor do Atlas V , que substituiria o de fabricação russa Motor RD-180 . O Vulcan usará dois dos motores 2.4 MN (550.000 lbf) BE-4 em cada primeiro estágio . O programa de desenvolvimento do motor começou em 2011.
O anúncio da parceria ULA veio depois de meses de incerteza sobre o futuro do motor russo RD-180 que tem sido usado no foguete ULA Atlas V por mais de uma década. Surgiram preocupações geopolíticas que criaram sérias preocupações sobre a confiabilidade e a consistência da cadeia de abastecimento para a aquisição do motor russo. Inicialmente, a ULA esperava o primeiro voo do novo veículo de lançamento não antes de 2019, mas em 2018, essa meta mudou para 2021.
Desde o início de 2015, o BE-4 estava em competição com o motor AR1 para o programa de substituição Atlas V RD-180. Enquanto o BE-4 é um motor a gás natural liquefeito, o AR1, como o RD-180, é movido a querosene . Em fevereiro de 2016, a Força Aérea dos EUA emitiu um contrato que fornece financiamento de desenvolvimento parcial de até US $ 202 milhões para a ULA a fim de apoiar o uso do motor Blue BE-4 no veículo de lançamento ULA Vulcan .
Inicialmente, apenas US $ 40,8 milhões deveriam ser desembolsados pelo governo com US $ 40,8 milhões adicionais a serem gastos por uma subsidiária da ULA no desenvolvimento do Vulcan BE-4. Embora US $ 536 milhões fosse o valor do contrato original da USAF com a Aerojet Rocketdyne (AJR) para avançar no desenvolvimento do motor AR1 como uma alternativa para alimentar o foguete Vulcan, em junho de 2018, a USAF renegociou o acordo com a AJR e diminuiu a contribuição da Força Aérea - 5/6 do custo total - para US $ 294 milhões . AJR não colocou fundos privados adicionais no esforço de desenvolvimento do motor após o início de 2018.
Bezos observou em 2016 que o veículo de lançamento Vulcan está sendo projetado em torno do motor BE-4; A mudança do ULA para o AR1 exigiria atrasos significativos e dinheiro por parte do ULA. Este ponto também foi levantado por executivos da ULA, que esclareceram que o BE-4 provavelmente custará 40% menos do que o AR1, bem como se beneficiará da capacidade de Bezos de "tomar decisões de investimento em frações de segundo em nome do BE-4, e já demonstrou sua determinação em vê-lo passar. [enquanto o] AR1, em contraste, depende principalmente do apoio do governo dos Estados Unidos, o que significa que a Aerojet Rocketdyne tem muitos números de telefone para discar para ganhar suporte ".
New Glenn
O motor é para ser utilizado na grande azul Origem orbital veículo de lançamento Nova Glenn , uma média de 7,0 metros (23 pés) -diâmetro de duas fases orbital veículo de lançamento com um terceiro estágio opcional e um reutilizável primeira fase. O primeiro voo e teste orbital estão planejados para não antes do final de 2022, embora a empresa já esperasse que o BE-4 pudesse ser testado em um vôo de foguete já em 2020.
A primeira fase será movida por sete motores BE-4 e será reutilizável , pousando verticalmente . O segundo estágio do New Glenn compartilhará o mesmo diâmetro e usará dois motores hydrolox BE-3 otimizados para vácuo . A segunda etapa será dispensável .
XS-1
A Boeing fechou um contrato para projetar e construir o avião espacial reutilizável DARPA XS-1 em 2014. O XS-1 deveria acelerar a uma velocidade hipersônica na borda da atmosfera da Terra para permitir que sua carga atingisse a órbita. Em 2015, acreditava-se que um derivado modificado do motor BE-4 iria impulsionar a nave. Em 2017, a adjudicação do contrato selecionou o motor Aerojet Rocketdyne AR-22 derivado de RS-25 . O XS-1 foi cancelado em 2020.
Disponibilidade e uso
A Blue Origin indicou que pretende disponibilizar o motor comercialmente, uma vez que o desenvolvimento seja concluído, para empresas além da ULA, e também planeja utilizar o motor no novo veículo de lançamento orbital da própria Blue Origin. Em março de 2016, a Orbital ATK também estava avaliando os motores Blue para seus veículos de lançamento.
O BE-4 usa gás natural liquefeito em vez de combustíveis de foguete mais comumente usados, como querosene . Esta abordagem permite a pressurização autógena , que é o uso de propelente gaseificado para pressurizar o propelente líquido. Isso é benéfico porque elimina a necessidade de sistemas de pressurização que requerem o armazenamento de um gás pressurizante, como o hélio.
Embora todos os primeiros componentes e motores completos do BE-4 para apoiar o programa de teste tenham sido construídos na sede da Blue em Kent, Washington, a produção do BE-4 será em Huntsville, Alabama. O teste e o suporte dos BE-4s reutilizáveis ocorrerão na instalação de lançamento orbital da empresa no Exploration Park na Flórida , onde a Blue Origin está investindo mais de US $ 200 milhões em instalações e melhorias.
Especificações técnicas
O BE-4 é um motor de combustão em estágios , com um único pré - queimador rico em oxigênio e uma única turbina que aciona as bombas de combustível e oxigênio. O ciclo é semelhante ao RD-180 movido a querosene atualmente usado no Atlas V , embora use apenas uma única câmara de combustão e bico.
O BE-4 foi projetado para longa vida útil e alta confiabilidade, em parte objetivando que o motor seja uma "versão de desempenho médio de uma arquitetura de alto desempenho". Rolamentos hidrostáticos são usados nas turbo-bombas em vez de mais típico bola e rolamentos de rolos especificamente para aumentar a confiabilidade e vida útil.
- Impulso (nível do mar): 2,4 MN (550.000 lbf ) na potência máxima
- Pressão da câmara: 13,4 MPa (1.950 psi), substancialmente inferior aos 26 MPa (3.700 psi) do motor RD-180 que a ULA deseja substituir
- Projetado para reutilização - até 100 voos e pousos
- Relightable em vôo via início de pressão da turbina durante a costa
- Capacidade de estrangulamento profundo para 65% da potência ou menos
Veja também
- BE-3 - motor movido a hidrogênio atualmente em operação pela Blue Origin
- Raptor - motor movido a metano em desenvolvimento pela SpaceX
- Merlin - motor operacional movido a querosene da SpaceX
- RD-180 - motor a querosene russo moderno de tamanho comparável
- Comparação de motores de foguetes orbitais
Referências
links externos
- Declaração da ULA de fevereiro de 2016 após o financiamento parcial da Força Aérea dos EUA para o desenvolvimento do BE-4
- BE-4 no berço de transporte
- Irene Klotz (27 de outubro de 2017). "Blue Origin dispara motor de foguete BE-4 metano-combustível" . Semana da Aviação e Tecnologia Espacial . Blue Origin marca o sucesso do primeiro incêndio do motor de foguete BE-4.
- Vídeo de atualização do BE-4 , Blue Origin, fevereiro de 2020.