Motore Raptor

Il Raptor è il motore a razzo riutilizzabile di SpaceX, il propulsore che solleva Starship, il sistema di lancio completamente riutilizzabile dell’azienda pensato per Marte. Brucia metano e ossigeno liquidi, una miscela chiamata metalox, ed è il primo motore del suo tipo ad aver mai volato. È il motore che dovrebbe rendere l’accesso all’orbita così economico da trasformare un viaggio su Marte in una voce di bilancio.

Che cos’è il Raptor?

Il Raptor è un motore a razzo a metano e ossigeno progettato per essere acceso, recuperato e riacceso in tempi brevi. Il booster Super Heavy monta 33 Raptor e lo stadio superiore di Starship ne monta sei: tre ottimizzati per il livello del mare e tre costruiti per il vuoto dello spazio, chiamati RVac, con gli ugelli a campana allargati per l’aria rarefatta in quota. Il metano è stato preferito al cherosene che alimenta il Falcon 9 per una ragione che porta dritta a Marte. Brucia in modo più pulito, lascia meno fuliggine (il cosiddetto coking) che intasa il motore e ne rende più difficile il riutilizzo, e un giorno si potrà produrre sulla superficie di Marte a partire dall’anidride carbonica e dall’acqua che si trovano già lì.

Perché esiste il Raptor

Il problema che il Raptor affronta è che lo spazio ha sempre avuto il prezzo di un bilancio nazionale. Prima dei razzi riutilizzabili, portare un chilogrammo nell’orbita terrestre bassa costava circa 10.000 dollari, e l’orbita restava un club privato di governi e di qualche miliardario. Per un ingegnere qualunque o un aspirante astronauta quel prezzo chiudeva del tutto la porta, e per la società limitava ciò che l’umanità poteva anche solo tentare fuori dal pianeta. Elon Musk parte dall’obiettivo di una città autosufficiente su Marte e ragiona a ritroso, e ogni componente, il Raptor più di tutti, viene giudicato in base a quanto avvicina il costo a quell’obiettivo.

Come funziona

La combustione stadiata a flusso completo fa passare tutto il combustibile e tutto l’ossidante attraverso due precombustori, uno ricco di combustibile e uno ricco di ossidante, prima che arrivino alla camera principale: così nulla viene scaricato all’esterno e le turbine lavorano a temperature più basse. I primi a progettare un motore di questo tipo furono i sovietici con l’RD-270 negli anni Sessanta, che però non volò mai, e il Raptor è il primo del suo genere ad aver raggiunto davvero il cielo. La pressione in camera del Raptor, tra circa 300 e 350 bar, supera i 267 bar dell’RD-180 di costruzione russa, e una pressione più alta significa più spinta da un motore delle stesse dimensioni. In tre generazioni la spinta a livello del mare è cresciuta di circa la metà, da 185 a 280 tonnellate di spinta.

Questi progressi non sono venuti da un motore più grande. Ogni generazione è diventata più leggera pur diventando più potente, con la massa a secco scesa da 2.080 kg del Raptor 1 a 1.525 kg del Raptor 3, circa il 27% in meno. Il Raptor 3 integra nel motore lo scudo termico e le tubazioni esterne, eliminando parti che prima venivano imbullonate, e questo porta il rapporto spinta/peso oltre 180 a 1. Più spinta con meno peso è tutto ciò che conta in uno stadio che deve sollevare tutto quello che gli sta sopra.

L’economia del Raptor

La distribuzione dei motori spiega i costi. Un razzo Starship completo monta 39 Raptor, ma non in parti uguali. Il booster Super Heavy fa il lavoro di forza, cioè attraversare gli strati bassi e densi dell’atmosfera, quindi monta molti più motori della nave che solleva. Sul booster della Versione 3, 33 motori Raptor 3 si accendono insieme per circa 80,8 meganewton di spinta al decollo secondo i dati di SpaceX, circa 18,2 milioni di libbre-forza, più del doppio di quanto sviluppava il Saturn V che portò il programma Apollo sulla Luna. Poiché il booster ha bisogno di tutti e 33 i motori a ogni volo, ogni generazione più leggera e più potente porta vantaggi su ogni razzo che SpaceX costruisce, e il costo per motore è sceso da quasi 1 milione di dollari del Raptor 1 verso un obiettivo di circa 250.000 dollari.

La situazione attuale del Raptor

La produzione totale ha superato i 600 motori, e il solo Raptor 2 ha accumulato più di 226.000 secondi di funzionamento nei test, il tipo di ore di accensione accumulate che trasforma un prototipo in un prodotto vero. Lo sforzo di fine 2021 è stato una priorità di tutta l’azienda, perché Elon Musk aveva fatto dell’aumento della produzione di motori l’obiettivo principale di SpaceX. La produzione è cresciuta davvero, fino a circa un motore al giorno nel 2024, e ora la linea costruisce il Raptor 3, con numeri di serie già nell’ordine delle centinaia in uscita da McGregor.

Le prossime tappe

Il Raptor 3 è la versione di serie, con un design integrato pensato per sopravvivere al rientro e tornare a volare con pochi interventi tra un volo e l’altro. Un motore che si accende, torna a terra e si riaccende senza revisioni è ciò che permetterebbe al costo per chilogrammo di continuare a scendere man mano che i lanci diventano più frequenti. Il Raptor 3 ha volato per la prima volta nel dodicesimo volo di Starship, il 22 maggio 2026. Nei voli 12 e 13 le riaccensioni per il ritorno del booster hanno affrontato i primi test sulla Versione 3, e nel volo 14 la nave ha raggiunto l’orbita dopo lo spegnimento anticipato di uno dei suoi motori per il vuoto.

Il bilancio

Nel Raptor l’obiettivo ingegneristico e quello economico coincidono, perché ogni chilogrammo tolto al motore abbassa il costo per arrivare in orbita. Il prossimo test è il riutilizzo: catturare un booster della Versione 3 e far volare di nuovo i suoi motori.