محرك Raptor

Raptor محرك صاروخي قابل لإعادة الاستخدام من SpaceX، وهو المحرك الذي يرفع Starship، منظومة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام بالكامل التي تطورها الشركة للوصول إلى المريخ. يحرق الميثان السائل والأكسجين السائل، وهو خليط يُسمى methalox، وهو أول محرك من نوعه يطير على الإطلاق. هذا هو المحرك الذي يُراد له أن يجعل الوصول إلى المدار رخيصًا بما يكفي لتصبح رحلة إلى المريخ بندًا في ميزانية.

ما محرك Raptor؟

Raptor محرك صاروخي يعمل بالميثان والأكسجين، صُمم ليُشغَّل ويُستعاد ويُشغَّل من جديد بسرعة. يحمل معزز Super Heavy 33 محركًا من طراز Raptor، وتحمل المرحلة العليا Starship ستة: ثلاثة مضبوطة لمستوى سطح البحر وثلاثة مصممة لفراغ الفضاء تُعرف باسم RVac، بفوهات جرسية موسعة لتلائم الهواء الرقيق في الأعالي. واختير الميثان بدل الكيروسين الذي يشغّل Falcon 9 لسبب يشير مباشرة إلى المريخ. فهو يحترق بشكل أنظف، ويترك قدرًا أقل من السخام، أو ما يُعرف بالتفحم، الذي يسد المحرك ويصعّب إعادة استخدامه، ويمكن يومًا ما إنتاجه على سطح المريخ من ثاني أكسيد الكربون والماء الموجودين هناك.

سبب وجود Raptor

المشكلة التي يتصدى لها Raptor أن الفضاء كان دائمًا يُسعَّر كميزانية دولة. فقبل أن تصبح الصواريخ قابلة لإعادة الاستخدام، كان إرسال كيلوغرام واحد إلى المدار الأرضي المنخفض يكلف نحو 10,000 دولار، ما أبقى المدار ناديًا خاصًا بالحكومات وببعض المليارديرات أحيانًا. وبالنسبة إلى مهندس عادي أو رائد فضاء طموح، أغلق هذا السعر الباب تمامًا، وبالنسبة إلى المجتمع قيّد ما تستطيع البشرية أن تجربه خارج الكوكب. يبدأ إيلون ماسك من هدف مدينة مكتفية ذاتيًا على المريخ ويعمل عكسيًا، ويُقاس كل جزء، وRaptor قبل غيره، بمدى قدرته على خفض التكلفة نحو ذلك الهدف.

آلية العمل

يمرر الاحتراق المرحلي كامل التدفق كل الوقود وكل المؤكسد عبر حارقين أوليين، أحدهما غني بالوقود والآخر غني بالمؤكسد، قبل وصولهما إلى غرفة الاحتراق الرئيسية، فلا يُهدر شيء خارج المحرك وتعمل التوربينات بحرارة أقل. صمم المهندسون أول محرك من هذا النوع مع المحرك السوفيتي RD-270 في ستينيات القرن العشرين، لكنه لم يطر قط، وRaptor هو أول محرك من نوعه يصل إلى السماء فعلًا. ويتفوق ضغط غرفة الاحتراق في Raptor، البالغ نحو 300 إلى 350 بار، على ضغط المحرك الروسي RD-180 البالغ 267 بار، والضغط الأعلى يعني دفعًا أكبر من محرك بالحجم نفسه. وعلى مدى ثلاثة أجيال ارتفع الدفع عند مستوى سطح البحر بنحو النصف، من 185 إلى 280 طنًا متريًا من الدفع.

لم تأتِ هذه المكاسب من تكبير المحرك. فكل جيل صار أخف وزنًا مع ازدياد قوته، إذ انخفضت الكتلة الجافة من 2,080 كغ في Raptor 1 إلى 1,525 كغ في Raptor 3، أي أخف بنحو 27%. ويدمج Raptor 3 الدرع الحراري والتمديدات الخارجية داخل المحرك، فيستغني عن قطع كانت تُثبت بالمسامير، وهذا يرفع نسبة الدفع إلى الوزن فيه إلى أكثر من 180 إلى 1. فالدفع الأكبر من وزن أقل هو جوهر اللعبة في مرحلة عليها أن ترفع كل ما فوقها.

اقتصاديات Raptor

توزيع المحركات يروي قصة التكلفة. تحمل مجموعة Starship الكاملة 39 محركًا من طراز Raptor، لكن ليس بالتساوي. فمعزز Super Heavy يتولى العمل الشاق لاختراق طبقات الغلاف الجوي السفلى الكثيفة، لذلك يحمل محركات أكثر بكثير من المركبة التي يرفعها. وفي معزز النسخة رقم 3 يشتعل 33 محركًا من طراز Raptor 3 معًا لتوليد نحو 80.8 ميغانيوتن من دفع الإقلاع بحسب أرقام SpaceX، أي نحو 18.2 مليون رطل قوة، وهو أكثر من مثلي ما أنتجه صاروخ Saturn V لإرسال رحلات Apollo إلى القمر. ولأن المعزز يحتاج إلى محركاته البالغ عددها 33 كلها في كل رحلة، يؤتي كل جيل أخف وأعلى دفعًا ثماره في كل مجموعة تبنيها SpaceX، وقد انخفضت تكلفة المحرك الواحد من نحو مليون دولار في Raptor 1 نحو هدف يقارب 250,000 دولار.

الوضع الحالي لمحرك Raptor

تجاوز إجمالي الإنتاج 600 محرك، وسجّل Raptor 2 وحده أكثر من 226,000 ثانية من وقت التشغيل التجريبي، وهو تراكم ساعات الاشتعال الذي يحوّل النموذج الأولي إلى منتج حقيقي. وكان الدفع في أواخر 2021 أولوية على مستوى الشركة كلها، لأن ماسك جعل زيادة إنتاج المحركات الهدف الأول لشركة SpaceX. وارتفع الإنتاج فعلًا حتى بلغ نحو محرك واحد يوميًا بحلول 2024، ويصنع الخط الآن Raptor 3، وقد خرجت من ماكغريغور محركات تحمل أرقامًا تسلسلية بالمئات.

المرحلة المقبلة

Raptor 3 هو نسخة الإنتاج، بتصميم متكامل يهدف إلى تحمّل العودة إلى الغلاف الجوي والطيران مجددًا بقليل من العمل بين الرحلات. والمحرك الذي يستطيع أن يشتعل ويعود ويشتعل مجددًا دون إعادة بناء هو ما يتيح لتكلفة الكيلوغرام أن تواصل الانخفاض مع ازدياد وتيرة الإطلاق. طار Raptor 3 أول مرة في رحلة Starship رقم 12 في 22 مايو 2026. وأخضعت الرحلتان رقم 12 و13 إعادة إشعال محركات المعزز للعودة لأول اختبارين في النسخة رقم 3، وفي الرحلة رقم 14 بلغت المركبة المدار بعد أن توقف أحد محركاتها الفراغية مبكرًا.

الخلاصة

Raptor هو الجزء الذي يلتقي فيه الهدف الهندسي بالهدف المالي، لأن كل كيلوغرام يُقتطع من وزن المحرك يخفض تكلفة الوصول إلى المدار. واختباره التالي هو إعادة الاستخدام: التقاط معزز من النسخة رقم 3 وإعادة الطيران بمحركاته.