Rutherford Engine

Leggendo in giro per il forum non ho trovato nulla su questo particolare motore, http://www.rocketlabusa.com/ mi piacerebbe sapere cosa ne pensate del suo sistema di alimentazione elettrico e se anche voi avete l’impressione che il resto del motore sia molto simile al vecchio LR 101 http://heroicrelics.org/info/lr-101/lr-101.html

Il vantaggio di non dover utilizzare un gas generator, una turbina, le tubazioni e i propellenti per far funzionare tutto si pagano però al caro prezzo del peso dei motori e degli accumulatori elettrici che ti devi portare dietro. E solo considerando l’enorme differenza di densità energetica dei propellenti rispetto quella degli accumulatori elettrici (circa 10kWh al chilo per l’RP1 contro 0,2 kWh al chilo di un moderno accumulatore elettrico) mi viene da pensare che alla fine non sia una grande idea… :point_up:

Sono convinto che ne avessimo già parlato, ma non trovo il thread. Mi sembrava che fosse solo un concept, mirato alla “solita” classe di cubesats fino a 150 kg totali. Però secondo il loro sito sono “fully booked” o quasi per almeno 19 lanci e quindi almeno 600 cubesats!
Dovrebbero fare il primo lancio dall’Alaska l’anno prossimo. Staremo a vedere.

Ma il nome Rutherford è solo a titolo onorifico, o ha qualche relazione con i principi di funzionamento del motore?
Cmq sono d’accordo con te, a prima vista non mi sembra conveniente, considerando appunto quanto pesano le batterie e i motori elettrici. Ma mi viene da pensare che se lo fanno, vuol dire che forse hanno fatto i docuti calcoli ed esperimenti e sono riusciti a guadagnare peso sul totale…

Pare sia solo a titolo onorifico “campanilistico”.

Per quanto riguarda invece il confronto dei pesi in gioco, ho pensato che forse è possibile almeno farsene un’idea grossolana con un rapido conteggio, correggetemi dove vedete qualcosa che non vi torna.

Le pompe RP-1 e LOX di questo motore Rutherford erogano una potenza di circa 50 kW ciascuna, secondo le specifiche lette nel loro sito, e dovrebbero lavorare intorno a 450 secondi, per cui l’energia totale impiegata da ciascun motore (2 pompe) per la sua alimentazione è 100.000W*450s = 45MJ.

Questi 45MJ devono arrivare in qualche modo alle due pompe, vediamo cosa succede nei due casi.

  • nel motore a ciclo gas generator bisogna considerare un gas generator appunto, una turbina, l’asse che la collega alla pompa, le tubazioni varie e soprattutto i propellenti, che da soli sono circa 1 kg di RP-1 e 2,3 kg di LOX (se si considera un rapporto oxidizer/fuel analogo al motore F-1 del SaturnV). Poi, siccome la turbina ha un’efficienza di circa il 45%, il quantitativo finale di questi propellenti sarà (1+2,3)/0,45 = 7,33kg. A questi bisogna aggiungere il gas generator, la turbina, l’asse e le tubazioni, che onestamente non ho idea di quanto possano pesare, diciamo anche esagerando 2kg, e siamo a 7,33+2 = 9,33kg per il gas generator cycle.

  • nel motore a ciclo elettrico ci vogliono due motori elettrici da 50 kW ciascuno, anche qui non ho idea di quanto possano pesare, diciamo molto ottimisticamente anche solo 2kg ciascuno, e il peso degli accumulatori, che devono fornire i 45MJ di energia. Un moderno accumulatore al litio ha una densità energetica di 0,75MJ/kg per cui ci vogliono 45/0,75 = 60kg di accumulatori! Più i 4kg dei motori, fanno 64kg per il ciclo elettrico!

:astonished:

Beh no, il tuo errore sta nel assegnare lo stesso peso (2 kg) ai due sistemi, se fosse così è ovvio che il sistema elettrico non avrebbe senso.

Considerando che, come hai giustamente scritto, le batterie hanno una massa specifica molto più alta rispetto al propellente, il tutto ha senso solo se il motore elettrico è molto più leggero del sistema gas generator/turbina… e qui ci vuole qualcuno con esperienza in quel settore, io sinceramente non saprei dire i pesi neanche a spanne

Mi sa che ha ragione Aleph, il peso di un motore da 50 kW probabilmente è maggiore di quello di una turbina di potenza analoga. E la massa delle batterie prevale su tutto. Sarebbe bello che divulgassero qualcosa di più dettagliato.

Curiosando in rete ho trovato un annuncio su eBay in cui vendevano un vecchio motore LR101, quello che secondo me è stato un bel po’ copiato da quelli di Rutherford Engine. Dalla foto si vede abbastanza bene com’è fatto.
http://www.ebay.com/itm/Rocketdyne-LR-101-Rocket-engine-/251852256155?

Questo sarebbe invece il motore Rutherford…

Direi proprio scopiazzato alla grande, che dite? Strano che la Rocketdyne permetta una cosa del genere… a meno che il brevetto non è scaduto… ?

Aleph, come fai a dire che si assomigliano? L’LR-101 originale non ha nemmeno la turbopompa, usa la pompa del motore principale; e l’innovazione conclamata da Rocketlab è proprio nella pompa elettrica. Poi magari le camere di combustione si assomigliano, ma solo nel senso di una camera cilindrica seguita da un divergente; e le forme mi sembrano parecchio diverse.

Certo, mi riferisco alla camera di combustione nella forma, dimensione, schema del relativo sistema di raffreddamento rigenerativo, e nel percorso della tubazione principale.

Non mi sorprenderebbe poi se quelli del Rutherford engine avessero usato anche lo stesso trucco pensato da Rocketdyne per tenere separate le due pareti (interna ed esterna) della camera di combustione e del nozzle, ossia saldarci in mezzo un filo metallico di spessore variabile a seconda di dove si voleva maggiore raffreddamento, e con un andamento a spirale, in modo da forzare il combustibile a fare il percorso voluto.

Purtroppo non ho trovato in rete disegni dettagliati del motore Rutherford per cui non posso essere sicuro che abbiano fatto così anche loro, ma ripeto, la cosa non mi sorprenderebbe per niente.

Beh, mica uno reinventa tutto da zero… alla fine sono soluzioni tecniche consolidate. I trucchi per risparmiare pesi e costi sono nella lavorazione, nei materiali, nei trattamenti. Oltre che nell’idea della pompa elettrica, tutta da validare, come detto sopra.
L’altra area critica (di cui non ti dicono molto) è la parte di iniezione, con i tipici problemi di instabilità di combustione. Rocketdyne andava di esperienza e prove empiriche, oggi probabilmente di fluidodinamica computazionale. Almeno spero :slight_smile:

Beh l’LR-101 è stato battezzato negli anni '70 e sicuramente buona parte dei patent sono stati depositati prima, per forza che sono scaduti. Bisogna vedere quante e quali innovazioni successive sono state apportate e protette.

Comunque non capisco perché sottolinei così tanto la “scopiazzatura”: il Rutherford è elettrico, direi che già fa una bella differenza…