Les Raptor sont une famille de moteurs-fusées à ergols liquides à cycle à combustion étagée à flux complet alimentés par du méthane liquide et de l'oxygène liquide (LOX), développés et fabriqués par SpaceX pour être utilisés sur le Starship de SpaceX. Ils équipent les étages inférieurs et supérieurs du lanceur super lourd Starship. Le concept général du moteur Raptor « est un moteur à combustion étagée, fonctionnant avec du méthane et hautement réutilisable, qui alimentera la prochaine génération de lanceurs de SpaceX conçus pour l'exploration et la colonisation de Mars », en plus des missions en orbite terrestre basse ou sur la Lune. Selon Elon Musk, cette conception sera en mesure d'atteindre la pleine réutilisabilité (tous les étages de la fusée) et, par conséquent, permettra en cas de succès « une réduction des coûts des vols spatiaux de deux ordres de grandeur » (soit 100 fois moins coûteux).. Contrairement aux moteurs-fusées réutilisables précédents tels que le RS-25, les moteurs sont conçus pour être réutilisés plusieurs fois avec peu d'entretien.
Le Raptor se distingue par le fait qu'il est le troisième moteur-fusée de l'histoire à être conçu pour utiliser un cycle à combustion étagée à flux complet, et le premier à propulser réellement un véhicule.
Le couple d'ergols cryogéniques « méthalox » s'oppose à la combinaison RP-1 et oxygène liquide (« kérolox ») utilisée dans les précédents moteurs-fusées Merlin et Kestrel de SpaceX. Le moteur Raptor a environ trois fois la poussée du moteur Merlin 1D, qui propulse les lanceurs Falcon 9 et Falcon Heavy. Le méthane est brûlé comme le RP-1, mais ses molécules sont beaucoup plus simples que le kérosène. Lorsqu’une molécule de méthane brûle (CH4) avec deux molécules d’oxygène (O2), le moteur produit uniquement du dioxyde de carbone et de l’eau dans l’échappement, sans aucun des autres contaminants, notamment du noir de carbone ou carbone suie.
En produisant le méthane destiné à être embarqué par la fusée à partir du dioxyde de carbone de l’atmosphère et d'hydrogène vert par la réaction de Sabatier, il est possible d'obtenir la neutralité carbone du cycle complet (combustible bas carbone)..
Historique thumb|Un moteur Merlin (à gauche) et un Raptor 1 sea-level (à droite).
Conception initiale Le projet de développement du moteur-fusée Raptor a été pour la première fois évoqué publiquement par Max Vozoff de SpaceX au Commercial Crew/Cargo Symposium de l'Institut américain d'aéronautique et d'astronautique en 2009. En , SpaceX avait un nombre réduit d’ingénieurs sur le projet, le concept avait alors un faible niveau de priorité et prévoyait alors un moteur alimenté par du LH2 / LOX.. Le programme fut de nouveau évoqué en 2011 et en , la presse se fit le relais d’affirmations sur le programme de développement du moteur d'étage supérieur Raptor sans que des détails supplémentaires ne soient rendus publics.
En , SpaceX rend public son concept de moteur-fusée Raptor. Le projet vise à créer un moteur qui serait « plusieurs fois plus puissant que la série de moteurs Merlin 1 et qui n’utilisera plus le carburant RP-1 des moteurs Merlin ». SpaceX refuse cependant de préciser le combustible utilisé. Ils indiquent que plus de détails seraient donnés d’ici « un à trois ans » et que le nouveau moteur est destiné à équiper une nouvelle fusée de SpaceX qui utilisera plusieurs de ces puissants moteurs et sera théoriquement capable de lancer des masses de charge utile de l'ordre de 150 à en orbite terrestre basse, dépassant la capacité de charge utile du Space Launch System de la NASA.
Développement En , Elon Musk annonce un nouvel objectif pour le département propulsion de SpaceX : le développement de moteurs-fusées fonctionnant au méthane... Il indique en outre que le concept de moteur au nom de code Raptor sera désormais basé sur la combustion de méthane, étant un carburant de choix pour la colonisation de Mars.
En raison de la présence d'eau dans le sous-sol martien et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère de la planète Mars, le méthane, qui est un hydrocarbure simple, peut être facilement synthétisé sur la planète rouge en utilisant la réaction de Sabatier. La production in-situ de ressources sur Mars a notamment été examinée par la NASA et jugée viable pour l'oxygène, l'eau et la production de méthane..
vignette|Sources potentielles et puits de méthane () sur Mars.
Selon une étude publiée par des chercheurs de la Colorado School of Mines, l'utilisation in-situ des ressources telles que le méthane de Mars rend les missions spatiales techniquement et économiquement plus réalisables et rendrait une réutilisation du matériel possible. Du méthane a notamment été découvert dans des météorites de Mars..
droite|vignette|500x500px|Comparaison des noyaux de fusée de SpaceX : (de gauche à droite) Falcon 9 v1.0 (2010), Falcon 9 v1.1 (2013), et une ébauche d’avril 2014 du lanceur du MCT d'un diamètre de avec ses 9 moteurs Raptor sur la base des informations de début 2014.
Lors de la première évocation du projet par SpaceX en 2009 ainsi que lors de déclarations ultérieures en 2012, le terme « Raptor » désignait exclusivement le concept d’un moteur d'étage supérieur. Début 2014, SpaceX a déclaré que le Raptor serait utilisé à la fois pour le nouveau deuxième étage et pour le premier étage principal (de de diamètre) du Mars Colonial Transporter (« Transporteur colonial martien ») (qui évolue ensuite en Interplanetary Transport System et en 2017, en Big Falcon Rocket). Chaque étage utilisera neuf moteurs Raptor, similaire à l'utilisation des neuf Merlin 1 sur le premier étage de la fusée Falcon 9.
De premiers indices avaient laissé entendre qu'un moteur à combustion étagée au méthane était à l'étude chez SpaceX dès . SpaceX avait alors demandé à l'Armée de l'Air américaine si un moteur alimenté au méthane était envisageable dans le cadre de l’appel d’offres de l’USAF pour le développement d’un moteur au kérosène (appel d’offres pour un lanceur haute performance réutilisable : Reusable Booster System High Thrust Main Engine).
De nouvelles informations publiées en indiquent que SpaceX pourrait avoir en développement non pas un moteur mais une famille de moteurs-fusées Raptor. Cette présomption a été confirmée par SpaceX en . Cependant, la directrice de l’exploitation (COO) Gwynne Shotwell a précisé en que le nouveau programme de développement du moteur est exclusivement destiné à produire un moteur Raptor de pleine puissance. Des moteurs plus petits ne sont donc pas prévus dans le développement.
En , SpaceX a annoncé qu'ils allaient commencer à effectuer une série de tests du moteur-fusée Raptor au Centre spatial John C. Stennis dans le comté de Hancock, Mississippi. Pour cela, SpaceX devait équiper l'infrastructure existante des bancs d'essais pour les adapter à l'usage du méthane liquide... En , SpaceX avait fini de préparer ses installations de test et prévoyait alors de commencer les essais avant la fin du mois de . Le programme de test des composants du moteur a commencé sérieusement, en se concentrant sur le développement de procédures de démarrage et d'arrêt robustes. Les tests de composants au centre Stennis ont également permis la caractérisation et la vérification du matériel.
SpaceX a commencé avec succès les tests des injecteurs en 2014 et a réalisé un test à pleine puissance d'un pré-brûleur d'oxygène en 2015. 76 essais du pré-brûleur totalisant quelque 400 secondes de temps de test ont été exécutés d'avril à .. SpaceX a terminé ses essais comme prévu au centre Stennis de la NASA en 2014 et 2015. En , le centre Stennis avait bon espoir d'établir des accords pour des tests supplémentaires.
En , l'US Air Force a accordé un contrat de développement de $ US à SpaceX pour le développement d’une version prototype de son moteur Raptor réutilisable au méthane pour une utilisation sur l'étage supérieur des Falcon 9 et Falcon Heavy. SpaceX a de son côté investi environ le double, soit US $. Les travaux dans le cadre du contrat devraient être achevés en 2018 et les tests de performance du moteur se feront au Centre spatial John C. Stennis de la NASA dans le Mississippi et à la . Cette évolution des Falcon Heavy a été abandonnée.
En , SpaceX a également révélé la poussée nominale prévue pour le moteur Raptor à 2940 kN. En 2014, les performances fixées ont été revues à la hausse puis à la baisse en 2015 avec une poussée inférieure pour optimiser le rapport poussée/poids.
En , Tom Mueller, le directeur du développement des moteurs-fusées à SpaceX, a révélé dans un discours que les moteurs « Raptor » étaient conçus pour être utilisés sur un véhicule équipé de neuf moteurs qui devrait permettre d’acheminer « plus de 100 tonnes de fret jusqu'à la surface de Mars » et que la fusée serait plus puissante que précédemment annoncé. Elle produirait plus de 4400 kN de poussée. En , Mueller a fourni plus de spécifications au cours d’une conférence. Les objectifs de performance sont de 6 900 kN de poussée au niveau de la mer (équivalent à 705 tonnes de poussée en gravité standard) et 8200 kN de poussée dans le vide (840 tonnes de poussée) ainsi qu'une impulsion spécifique de 380 s dans le vide. Des informations antérieures avaient estimé la conception pour une Isp dans le vide à seulement 363 s. Jeff Thornburg, qui a dirigé le développement du moteur Raptor chez SpaceX entre 2011 et 2015, a noté que les moteurs-fusées au méthane ont des performances plus élevées que ceux fonctionnant au mélange kérosène / RP-1 et inférieures à ceux à l'hydrogène. D’après lui, ces moteurs ont également beaucoup moins de problèmes à long terme que les moteurs à multi-démarrage au kérosène. Le méthane brûle notamment plus proprement que le kérosène (il n'encrasse donc pas les moteurs) et a un coût nettement inférieur à celui de l'hydrogène. À cela s’ajoute la possibilité de produire du méthane directement à partir de sources extra-terrestres.
En , Elon Musk a fait une nouvelle déclaration à propos de la poussée alors ciblée. Le nouveau concept devait développer environ 2300 kN de poussée (230 tonnes-force), c’est-à-dire une poussée beaucoup plus faible qu’annoncée préalablement. Cette déclaration a remis en cause une grande partie des spéculations autour de la configuration des moteurs qui voyaient majoritairement 9 moteurs sur le modèle des Falcon 9. De plus, Elon Musk a déclaré qu’« il y aurait un grand nombre de [moteurs] »http://www.spacex.com/sites/spacex/files/mars_presentation.pdf . En , dans une déclaration, Elon Musk indiquait que le ratio oxydant - combustible pour alimenter le moteur serait d'environ 3,8 pour 1How (and Why) SpaceX Will Colonize Mars, accessed 19 Augus7 2015. .
Le , le prototype du Starship SN8, équipé de trois moteurs Raptor, effectue un vol à 12,5 km d'altitude. C'est la première fois que trois de ces moteurs fonctionnent simultanément.
Le mercredi , le prototype du Starship SN15, équipé de 3 moteurs Raptor V1.5, effectue un vol à 10 km d'altitude. Pour la première fois, un Starship a atterri sans explosion du prototype.
Le jeudi a lieu la première tentative de vol orbital du Starship avec les prototypes Starship S24 et SuperHeavy B7. Trois moteurs Raptor V2 n'ont pas démarré au début du décollage du lanceur et 6 à 8 moteurs se sont éteints durant le vol. Le vol a duré 4 minutes et 2 secondes et s'est terminé en échec avec l'activation du système d'autodestruction du lanceur.