El tamaño importa. Pero en el lanzamiento de cohetes reutilizables, contar con motores más pequeños es parte del éxito. Esta ha sido la estrategia de Elon Musk y SpaceX, desde los ya veteranos motores Merlin hasta los nuevos motores Raptor, previstos para utilizarse en la Starship Super Heavy, la nave que tiene como objetivo alcanzar Marte.
El primer test del Merlin 1A fue en 2006. Un motor fabricado con polímeros reforzados con fibra de carbono que en su primera prueba falló estrepitosamente. Un año después fue utilizado en el Falcon 1, dando inicio al primer lanzamiento privado de vehículos con combustible líquido en entrar en órbita alrededor de la Tierra. Desde entonces, estos motores Merlin han acompañado a SpaceX en su conquista del espacio.
Elon Musk cree que el lanzamiento de cohetes moderno se basa en utilizar al mismo tiempo un gran número de motores, controlados al mismo tiempo, que permiten variar el empuje en tiempo real y con una ventaja clave: la fiabilidad. Porque si falla uno de los motores, todavía queda el resto.
Los motores Merlin están diseñados para su recuperación y rescate en el mar. SpaceX diseñó estos motores reutilizables para usarlos en los Falcon 1, Falcon 9 y Falcon Heavy.
Las primeras versiones de los motores Merlin no pueden decirse que tuvieran éxito. El Merlin 1A fue utilizado únicamente una vez en el Falcon 1. Mientras que el Merlin 1B, una versión mejorada con una turbina de 1.860 kW iba a ser utilizado en el Falcon 9 Heavy pero se desechó su uso en favor del Merlin 1C.
A finales de 2007, SpaceX prosiguió su evolución de los motores con la versión Merlin 1C. En esa etapa contaba con una tobera y una cámara de combustión enfriada por regeneración. Pero no fue hasta 2011 cuando se consiguió finalmente la versión de motor que ha servido como base de los principales lanzamientos de Space X.
Motor Merlin 1D.
El Merlin 1D fue utilizado por primera vez en 2013 y para 2017 la compañía celebraba que había producido el número 400 de esta serie. Por entonces, estos motores Merlin habían sido encendidos más de 440 veces en misiones orbitales y más de 5.600 veces en pruebas y lanzamientos, reafirmando así su valor como motor reutilizable. En conjunto, estos motores han estado encendidos más de 400.000 segundos, potencia suficiente para lanzar al espacio 3,600 toneladas, equivalente al peso de 7 ISS.
Los motores Merlin utilizan RP-1, un derivado del petróleo semejante al queroseno y oxígeno líquido como materiales para producir la propulsión del cohete.
El Falcon 9 recibe su nombre de los nueve motores Merlin utilizados.
Según los datos técnicos del Falcon 9, que recibe su nombre de los nueve motores Merlin utilizados, estos motores tienen un empuje de 650 kN, un impulso específico de vacío de 311s y un impulso de 63,5 toneladas a nivel del mar. Los detalles de diseño del motor Merlin 1D no han sido compartidos abiertamente por SpaceX, pero según explica la compañía el Falcon 9 era "el cohete operativo más poderoso del mundo, por un factor dos".
En noviembre de 2013, Elon Musk explicaba que el motor funcionaba al 85% de su potencial y que estas cifras eran mejorables. El resultado llegó con el Falcon 9 v1.1, que además de cambiar la colocación de los nueve motores evolucionó a la versión Merlin 1D Vacío.
Falcon 9 v1.0 (izquierda) vs Falcon 9 v1.1 con motores Merlin 1D Vacío (derecha).
Los últimos motores Merlin 1D Vacío tienen una capacidad de 80 toneladas de empuje, con un impulso específico de 348 segundos. Después de varios años de uso, según los datos de Everyday Astronaut, estos motores Merlin tienen una fiabilidad del 99,9% y pueden ser reusados durante unos 10 vuelos. Sin embargo, el pasado marzo uno de los motores Merlin 1D tuvo problemas. El primero desde 2012. Debido a ello, desde SpaceX y la NASA decidieron abrir una investigación.
El coste de estos Merlin 1D es de menos de un millón de dólares. Una cantidad muy económica que encaja con el objetivo de colocar numerosos cohetes en órbita. Sin embargo, los planes de Elon Musk van más lejos (literalmente) y para sus cohetes más grandes tienen otra serie de motores.
Con 68 metros de altura y hasta 3.300 toneladas de combustible, el Super Heavy se presenta como un cohete bastante alejado de los Falcon 9. Y por ello también cuenta con otra serie de motores, los Raptor. Mientras la Starship planea incorporar siete, el Super Heavy añadirá 37 motores Raptor, impulsados por metano y oxígeno, para intentar alcanzar su ambicioso objetivo de llegar a Marte.
Al 90%, los motores Raptor ya son capaces de ofrecer el doble de fuerza que los Merlin 1D, aunque su coste también es el doble. Según describe EveryDay Astronaut, el motor raptor tiene un impulso más alto que cualquier otro cohete salvo el transbordador espacial, con el añadido que su coste es 70 veces más barato en términos de potencia.
El motor Raptor está pensado para "la próxima generación de lanzadores de SpaceX, diseñados para la exploración y colonización de Marte", explicaba Elon Musk en 2013 cuando se inició el desarrollo de esta nueva serie de motores. Ligeramente más grandes, pero también más potentes y reutilizables.
Design requires at least 170 metric tons of force. Engine reached 172 mT & 257 bar chamber pressure with warm propellant, which means 10% to 20% more with deep cryo.
— Elon Musk (@elonmusk) February 7, 2019
Durante las pruebas en las instalaciones de Texas, el motor Raptor ha logrado un impulso de 172 toneladas, aunque todavía por debajo de las 200 toneladas que según Elon Musk son suficientes para impulsar el Starship o la Super Heavy.
Comparación de tamaños. Vía Reddit
"No hay otro motor de cohetes capaz de producir tanta energía a partir de metano y oxígeno líquido como el motor Raptor", explica Tim Dodd, experto detrás del canal de Everyday Astronaut. ?Y la idea es hacerlo más reutilizable. Algo que definitivamente ayudará a su estrategia comercial si pueden hacerlo volar una y otra vez". Según SpaceX, estos motores Raptor están diseñados para ser reutilizados hasta 1.000 veces.
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