?

Log in

No account? Create an account

Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
В ожидании пуска электрического «Электрона»
lozga
В 9 утра понедельника по новозеландскому времени (21:00 GMT, 23:00 MSK) открывается десятидневное стартовое окно для первого запуска легкой ракеты-носителя Electron. В Новой Зеландии сейчас ветрено, и вывоз ракеты на старт уже успели перенести как минимум на вторник. Несмотря на небольшую грузоподъемность, Electron отличается высокой концентрацией современных технологий - композитные баки, 3D-печать двигателей и принципиально новая идея привода привода от электродвигателя насосов, подающих компоненты топлива.

01.jpg
Electron на стартовой площадке, фото Rocket Lab

Как росли ракеты


03.jpg
Питер Бек рядом с ракетой РН Electron и экспериментальные ракеты на заднем плане, фото Rocket Lab

Ракету Electron разрабатывает компания Rocket Lab, которую в 2006 году основал Питер Бек (Peter Beck). Юридически это американская частная компания с новозеландским филиалом. В 2009 году они запустили геофизическую ракету Ātea-1 (на языке маори "космос") и утверждают, что стали первой частной компанией, достигшей космоса в южном полушарии. Теоретически ракета должна была подняться на 100-120 км, первая ступень отработала нормально, и на ней были обнаружены следы успешного разделения, но головную часть не сумели найти после полета, и достижение остается под вопросом.



На старом сайте можно найти планы создания геофизической ракеты Ātea-2, но после успеха 2009 года фирмой заинтересовались в DARPA. Следующие несколько лет Rocket Lab разрабатывала ракетные технологии в сотрудничестве с Lockheed Martin, DARPA и Министерством Обороны США. В 2010 году было испытано новое топливо. В баке оно хранилось в твердом виде, но, когда на бак оказывалось давление, топливо превращалось в вязкую жидкость и могло подаваться в камеру сгорания. Таким образом, оно должно было сочетать достоинства твердого топлива (удобное хранение одного компонента) и жидкого (возможность управления тягой и перезапуска двигателя).



В 2011 году испытания проходил компактный дрон с ракетной тягой. Небольшую ракету мог запустить солдат с вытянутой руки, а картинка со спускающегося на парашюте дрона должна была помочь вести бой в условиях сильно пересеченной местности, например, в городе.



К 2013 году компания оказалась на распутье. Можно было и дальше зарабатывать на оборонных контрактах, но Бек мечтал о коммерческом космосе. Собрав дополнительные инвестиции, Rocket Lab приступила к разработке новой ракеты-носителя. В 2013 году был успешно испытан двигатель с подачей компонентов при помощи электромоторов, и был анонсирован проект Electron. В 2014 году был проведен второй раунд сбора инвестиций. В 2015 году стало известно, что при производстве двигателя будет широко использоваться 3D-печать, а сам двигатель получил имя "Резерфорд" (Rutherford) в честь физика новозеландского происхождения. Также в том же году началось строительство космодрома на полуострове Махиа (залив Хок, Северный остров Новой Зеландии)

04.gif
Анимация planetary.org

Расположение в восточной части острова позволит без проблем выводить полезную нагрузку на солнечно-синхронную или низкую околоземную орбиту - в южном и восточном направлении на многие сотни километров раскинулся океан, в который можно, ни с кем не договариваясь, ронять отработанные ступени.

В 2016 году ракета прошла наземные испытания, а космодром был достроен. Первый полет ракеты-носителя Electron был назначен на 2017 год. И за прошедшие 4,5 месяца Rocket Lab успела провести очередной раунд сбора инвестиций и уже стала получать заказы на коммерческие пуски.

Композитная электроракета



05.jpg
Ракета Electron, фото Rocket Lab

Electron - двухступенчатая ракета-носитель высотой 17 метров и диаметром 1,2 метра. При начальной массе в районе 12,5 тонн она будет способна вывести 150 кг на полярную орбиту высотой 500 км. Типичная солнечно-синхронная орбита обычно выше, 600-800 км, там грузоподъемность будет пониже. Также, при необходимости, ракета может вывести 225 кг на орбиту 180х300 км с наклонением 45°.

06.jpg
Скриншот официального сайта Rocket Lab

07.png
Хвостовая часть первой ступени со снятой крышкой двигательного отсека, фото Rocket Lab

Первая ступень высотой 12,1 метра имеет сухую массу 950 кг и несет 9250 кг топлива. На ней стоят девять двигателей Rutherford (более подробно о них ниже) суммарной тягой 16,5 тонн на старте. Максимальная тяга ступени в полете должна будет достигнуть 19,5 тонн, а удельный импульс двигателей на уровне моря составит 303 секунды. По плану полета первая ступень должна будет проработать 2,5 минуты. На ступени около двигателей установлены 13 батарейных сборок суммарной мощностью больше мегаватта.

08.JPG
Вторая ступень. У края ступени слева от двигателя виден блок двигателей ориентации. Фото Rocket Lab

Вторая ступень высотой 2,1 метра имеет сухую массу 250 кг и несет 2150 кг топлива. На ней стоит один двигатель Rutherford с высотным соплом, тягой 2,2 тонны и удельным импульсом 333 секунды. Двигатель второй ступени по плану должен работать чуть меньше пяти минут. На ступени установлены три батарейных блока, два из которых будут сбрасываться в полете по мере исчерпания, чтобы облегчить ступень.

Конструкция ракеты-носителя отличается следующими особенностями:

09.jpg
Двигатель Rutherford, фото Rocket Lab

Электрический привод двигателя. Это первый двигатель, для привода насосов топлива и окислителя которого используются электрический мотор и литий-полимерные батареи. В существующих двигателях стоит турбонасос - насос с турбиной, которую обычно приводят в действие отдельной небольшой камерой сгорания (газогенератором), где сжигают те же компоненты топлива, что и в основном двигателе. Отдельная камера сгорания и турбина, работающая на ее выхлопе, - очень сложная вещь, и для частных ракетных компаний привлекательны более доступные альтернативы. У насоса Rutherford два вентильных двигателя постоянного тока "размером с банку газировки", которые вращаются со скоростью 40000 оборотов в минуту и развивают мощность 37 кВт каждый. Один двигатель качает жидкий кислород, другой - керосин. Удельная плотность энергии современных литий-ионных батарей достигла такого уровня, что сэкономленные на отказе от газогенератора, турбины и топлива для их работы килограммы становятся сравнимы с весом батарей.

По словам Питера Бека они сумели поднять эффективность насосов с 50% газогенератора до 95%, но это явно маркетинговый ход, потому что приведена эффективность только части двигателя. В то же время двигатель в целом получился эффективным. С удельным импульсом у Rocket Lab наблюдается некоторый беспорядок, потому что непонятно, для уровня моря или вакуума указаны 303 секунды удельного импульса двигателей первой ступени. Более вероятно, что это данные для вакуума, где УИ выше, но даже в этом случае Rutherford (303 секунды в вакууме(?)/333 с высотным соплом) занимает хорошее место, почти не уступая Merlin 1D компании SpaceX (311 секунд в вакууме/348 с высотным соплом) и советским/российским вершинам кислородно-керосинового двигателестроения РД-180 (338 секунд в вакууме) и РД-0124 (359 секунд с высотным соплом).




3D-печать. Как заявляют в Rocket Lab, двигатель Rutherford - первый, у которого все основные компоненты печатаются на 3D-принтере. Принтеры на лазерном и электронном спекании используют титан и Инконель (никель-хромовый жаропрочный сплав). В результате один двигатель печатается за 24 часа.

10.jpg
Тестовая заправка 16 мая, фото Rocket Lab

Композитные материалы. Баки обеих ступеней композитные. Учитывая, что один из баков удерживает под давлением очень холодный жидкий кислород, а низкие температуры стремятся сделать материал хрупким, это немалое достижение. Композитные баки заметно легче и дешевле металлических, на них сейчас стремятся перейти и другие ракетостроители.

11.jpg
Адаптер полезной нагрузки и половина головного обтекателя, фото Rocket Lab

Обтекатель с доставкой. Интересное новшество предлагает Rocket Lab в области процессов подготовки спутника к запуску. Обычно спутники привозят в цех компании, занимающейся пуском, устанавливают на адаптер полезной нагрузки и закрывают обтекателем. Rocket Lab предлагает доставку единого блока адаптера полезной нагрузки и створок обтекателя в цех заказчика, чтобы он мог установить спутник на адаптер в удобных ему условиях. Затем закрытые или кондиционируемые модули перевозятся в монтажно-испытательный комплекс Rocket Lab и устанавливаются на ракету.

Заключение


Цель Rocket Lab - стоимость одного пуска в $5 миллионов. При том, что стоимость запуска "взрослых" ракет начинается от примерно 60 миллионов долларов ($62 млн. у SpaceX на 2018 год), предложение Rocket Lab будет потенциально выгодным для тех, у кого есть небольшой спутник, целевая орбита низкая околоземная или полярная, и нет времени ждать попутчиков на ракету-носитель средней грузоподъемности.

Первый пуск - волнительное событие. Несмотря на всю подготовку нет стопроцентной гарантии успеха. Но Rocket Lab продемонстрировала очень серьезный подход для ракетного стартапа, провела множество испытаний, в том числе и полностью собранных ступеней (первая, вторая), и их будущее кажется многообещающим.


Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «облегчение доступа в космос»


promo lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Buy for 20 tokens
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

>Юридически это американская частная компания с новозеландским филиалом.

Будь я новозеландцем мне бы щас обидно стало (((

Edited at 2017-05-22 04:29 (UTC)

Зато Беку это сильно облегчает жизнь и помогает заработать.

На мой взгляд, очевидно, что насосы с электроприводом уступают турбонасосам гораздо сильнее, чем об этом говорят островитяне. Я имею ввиду массогабаритные характеристики. Плотность энергии даже в самых лучших аккумуляторах ничтожна по сравнению с плотностью энергии топлива.


Какая разница что там чему уступает. 5 мегабаксов за запуск, и двадцатичетырёхчасовой цикл производства мотора -- вот чему уступают остальные. Они могут делать эти ракеты сотнями в год.

Это был бы прорыв для мелких спутников. Как я понял, ракета может и 100кг на полярную 1000км пулять. А это рынок метеоспутников и всякого мелкого шпионажа.

Это еще потенциально прорыв для спутников "on demand" - а это может быть нужно тем же военным - для оперативной разведки конкретного района в конкретное время (один из недостатков нынешних - фиксированные времена пролета)

PS: Тут кстати не нужна и даже вредна высокая орбита - длительное функционирование такого спутника не предполагается

Edited at 2017-05-22 06:02 (UTC)

Ждем старт! :)

В 2010 году было испытано новое топливо. В баке оно хранилось в твердом виде, но, когда на бак оказывалось давление, топливо превращалось в вязкую жидкость и могло подаваться в камеру сгорания.
Что это за жидкость?

На видео есть фото банки с серым веществом. Думаю это оно.

Ща Рогозин ответит сокрушительным проектом всякой нечнсти капиталистической!


1. С удельным импульсом тут получается некоторое жульничество - они не учитывают в УИ двигателя электрическую энергию, которая подаётся из батареек и тоже участвует в создании тяги.
2. Как мы видим, соотношение между сухой и заправленной массой типичное для ракет, и непохоже, чтобы композитные баки помогли его сильно улучшить, по сравнению с алюминиевыми. И композитные баки никак не могут быть дешевле алюминиевых, это вас кто-то обманул. Притом, чем массовее производство, тем больше выиграют алюминиевые баки у композитных. С их наполеоновскими планами это очень быстро аукнется.
Да и соотношение между ценой и грузоподъёмностью хуже, чем у Фалькона-1, который благополучно почил в бозе, как исходный, так и улучшенный. Там просили 6,4 миллиона за 400 кг, а тут просят 5 миллионов за 150 кг.
3. Так что и 3Д-печать движков из инконеля - это не удешевляет ракету. Точнее, это удешевляет первую ракету, но удорожает 20ю и, ещё больше, 100ю. Кислород-керосиновому двигателю с регенеративным охлаждением бронзовая огневая стенка выгоднее инконелевой просто по термодинамическим причинам. Кроме того, отфрезеровать рёбра и спаять можно групповым способом, и на один двигатель будет уходить меньше, чем 24 часа, при таком размере. Основные затраты времени там - на сборку и на тестирование, а не на собственно изготовление камеры.
4. Лично я предлагал электронасосную схему (www.mosgird.ru) ещё в 2003 году. И система со сбрасыванием батареек тоже была мной придумана тогда же. Все мои сообщения документированы на форумах. Но нет пророка в своём отечестве - никто не захотел спонсировать тогда это начинание :)

> Кроме того, отфрезеровать рёбра и спаять можно групповым способом, и на один двигатель будет уходить меньше, чем 24 часа, при таком размере.

Здесь фишка в том, что нажали кнопку на принтере - и через 24 чеса забрали готовый двигатель. Одна операция, легко масштабируемая установкой ещё одного такого же принтера.
А фрезеровка и пайка может и будут быстрее, но для выполнения нужны специалисты, которых так же легко отмасштабировать не получится.

Космос все больше и больше становится частным.

На форумах - да.

Реальность оказывается другой.

А что с новыми орбитами?
Получается, у нас появилась ооочень новая точка старта!

Из Новой Зеландии не проблема выводить на такие же орбиты.

то есть еще и аккумуляторы в океан тоннами закидывать начнем

Подозреваю, это будет малая доля того, что в него мусорят.

Можность насоса 2х37кВт?! это же смешно, у РД-180 ТНА мощностью 100МВт!

А кто-то спорит, что двигатель маломощный?

А почему используется термин "турбонасос" когда насосы с электроприводом? По традиции?

Потому что кроме привода есть еще сам насос. В котором тоже турбина (а еще бывают поршневые насосы, шестеренчатые, насосы-крыльчатки и т.д.)

Интересно - в каком именно штате США потомственный новозеландский людоед Питер Бек зарегистрировал свою компанию ? Что за "славная отчизна" гордится нынче инициативным людоедом ? Для справки - все эти южные люди - сумчатые "асси" или там людоеды вроде Бека: они никак не могут решить самые простые проблемы с патрулированием хотя-бы опекаемых ими территорий. Во первых там продолжают лазать японские браконьеры, которые убивают китов. Во вторых эти же южные люди до сих пор не в состоянии отслеживать пути миграции синих китов и чешут репы в бессилии. Вот чем им надо заниматся - а не обслуживать интересы пиндосовских "пихатинцев", насаждающих "свободы-демократии" в совсем другом полушарии Земли.

Ну так назапускают низкоорбитальных спутников мониторинга и будут те японские браконьеры как на ладони. При нужде можно такой же ракетой и приголубить.

Интересно, а почему они не пытаются возвращать первую ступень? Почему Маску это выгодно а им нет?

ну, во-первых, эту ракету для начала надо просто запустить в космос
во-вторых, грузоподъемность и так очень маленькая, а если пытаться возвращать первую ступень, она станет еще меньше раза в полтора

с другой стороны, сама компоновка с девятью двигателями и электропривод компрессоров так и подбивают попытаться первую ступень вернуть

руководство компании пока что не говорит ничего на эту тему


>При том, что стоимость запуска «взрослых» ракет начинается от примерно 60 миллионов долларов ($62 млн. у SpaceX на 2018 год)

А Союз-2-1в не "взрослая" ? Или PSLV которая запульнула сотню кубосатов :)
Да и полноценный Союз емнип менее 60м$ был.

Edited at 2017-05-22 19:00 (UTC)