تحسبًا لإطلاق الإلكترون الكهربائي

في الساعة 9 صباحًا من يوم الاثنين بتوقيت نيوزيلندا (21:00 بتوقيت جرينتش ، 23:00 بتوقيت غرينيتش) ، تفتح نافذة إطلاق لمدة عشرة أيام لأول إطلاق لمركبة الإطلاق الخفيفة إلكترون. في نيوزيلندا ، الجو عاصف الآن ، وتم تأجيل إطلاق الصاروخ حتى يوم الثلاثاء على الأقل. على الرغم من قدرتها المنخفضة على التحميل ، إلا أن إلكترون لديها تركيز عالٍ من التقنيات الحديثة - خزانات مركبة وطباعة ثلاثية الأبعاد للمحركات وفكرة جديدة تمامًا لقيادة المضخات الكهربائية التي تزود مكونات الوقود.


إلكترون على منصة الإطلاق ، معمل Rocket Lab

كيف نمت الصواريخ

بيتر بيك بجوار صاروخ إلكترون والصواريخ التجريبية في الخلفية ، صورة مختبر الصواريخ

يتم تطوير صاروخ إلكترون بواسطة Rocket Lab ، التي أسسها بيتر بيك في عام 2006. من الناحية القانونية ، هذه شركة أمريكية خاصة مع شركة تابعة لنيوزيلندا. في عام 2009 ، أطلقوا الصاروخ الجيوفيزيائي eatea-1 (بلغة الماوري "الفضاء") وادعوا أنهم أول شركة خاصة تصل إلى الفضاء في نصف الكرة الجنوبي. من الناحية النظرية ، كان يجب أن يكون الصاروخ قد صعد على بعد 100-120 كم ، وعملت المرحلة الأولى بشكل جيد ، وتم العثور على آثار فصل ناجح عليه ، لكنهم لم يتمكنوا من العثور على الرأس الحربي بعد الرحلة ، ولا يزال الإنجاز موضع تساؤل.



على الموقع القديم ، يمكنك العثور على خطط لإنشاء صاروخ جيوفيزيائي Ātea-2 ، ولكن بعد نجاح عام 2009 ، أصبحت الشركة مهتمة بـ DARPA. على مدى السنوات القليلة المقبلة ، طورت Rocket Lab تقنية الصواريخ بالتعاون مع Lockheed Martin و DARPA ووزارة الدفاع الأمريكية. في عام 2010 ، تم اختبار وقود جديد. تم تخزينه في شكل صلب في الخزان ، ولكن عند الضغط على الخزان ، تحول الوقود إلى سائل لزج ويمكن توفيره لغرفة الاحتراق. وبالتالي ، كان عليها الجمع بين مزايا الوقود الصلب (التخزين المريح لمكون واحد) والسائل (القدرة على التحكم في الجر وإعادة تشغيل المحرك).



في عام 2011 ، تم اختبار طائرة بدون طيار مدمجة مع الدفع الصاروخي. يمكن إطلاق صاروخ صغير من قبل جندي بأيد ممدودة ، ويجب أن تساعد صورة من طائرة بدون طيار تنزل بالمظلة على إدارة معركة في تضاريس شديدة الوعرة ، على سبيل المثال ، في مدينة.



بحلول عام 2013 ، كانت الشركة في مفترق طرق. كان من الممكن الاستمرار في كسب عقود الدفاع ، لكن بيك حلم بمساحة تجارية. بعد جمع استثمارات إضافية ، بدأ Rocket Lab في تطوير مركبة إطلاق جديدة. في عام 2013 ، تم بنجاح اختبار محرك مزود بالمكونات باستخدام المحركات الكهربائية ، وتم الإعلان عن مشروع Electron. في عام 2014 ، عقدت الجولة الثانية من مجموعة الاستثمار. في عام 2015 ، أصبح من المعروف أن الطباعة ثلاثية الأبعاد ستستخدم على نطاق واسع في إنتاج المحرك ، وقد تم تسمية المحرك نفسه Rutherford تكريمًا لفيزيائي من أصل نيوزيلندا. وفي نفس العام أيضًا ، بدأ بناء موقع الإطلاق في شبه جزيرة ماهيا (خليج هوك ، الجزيرة الشمالية لنيوزيلندا).



سيتيح الموقع في الجزء الشرقي من الجزيرة إحضار الحمولة إلى مدار أرضي متزامن مع الشمس أو منخفض من الأرض دون مشاكل - في الجنوب والشرق لمئات الكيلومترات التي يمتد فيها المحيط والتي يمكنك من خلالها إسقاط الخطوات المشغولة دون الموافقة مع أي شخص.

في عام 2016 ، اجتاز الصاروخ اختبارات أرضية ، واكتمل ميناء الفضاء. تم تحديد أول رحلة لمركبة إطلاق Electron في عام 2017. وعلى مدى 4.5 أشهر الماضية ، تمكنت Rocket Lab من إجراء الجولة التالية من مجموعة الاستثمار وبدأت بالفعل في تلقي طلبات الإطلاق التجاري.

صاروخ كهربائي مركب

Rocket Electron، Rocket Lab

إلكترون هي مركبة إطلاق على مرحلتين يبلغ ارتفاعها 17 مترًا وقطرها 1.2 متر. مع كتلة أولية تبلغ حوالي 12.5 طنًا ، ستتمكن من جلب 150 كجم إلى مدار قطبي بارتفاع 500 كم. عادة ما يكون المدار المتزامن مع الطاقة الشمسية أعلى ، 600-800 كم ، حيث ستكون القدرة الاستيعابية أقل. أيضًا ، إذا لزم الأمر ، يمكن للصاروخ أن يجلب 225 كجم إلى المدار 180x300 كم مع ميل 45 درجة.


لقطة شاشة لموقع Rocket Lab الرسمي


الجزء الخلفي من المرحلة الأولى مع إزالة غطاء المحرك ، مختبر Rocket photo

المرحلة الأولى ، بارتفاع 12.1 متر ، بوزن جاف يبلغ 950 كجم ، وتحمل 9250 كجم من الوقود. لديها تسعة محركات رذرفورد (المزيد عنها أدناه) بإجمالي دفع 16.5 طن في البداية. يجب أن يصل الدفع الأقصى للخطوة في الرحلة إلى 19.5 طنًا ، وسيكون الدافع المحدد للمحركات عند مستوى البحر 303 ثانية. وفقًا لخطة الرحلة ، يجب أن تعمل المرحلة الأولى 2.5 دقيقة. في المرحلة القريبة من المحركات ، تم تركيب 13 مجموعة بطاريات بسعة إجمالية تزيد عن ميغاواط.


المرحلة الثانية. على حافة الخطوة على يسار المحرك ، تكون كتلة محرك التوجيه مرئية. معمل فوتو روكيت

المرحلة الثانية ، بارتفاع 2.1 متر ، بوزن جاف 250 كجم ، وتحمل 2150 كجم من الوقود. لديها محرك Rutherford واحد مع فوهة عالية الارتفاع ، ودفع 2.2 طن ودفعة محددة من 333 ثانية. يجب أن يعمل محرك المرحلة الثانية وفقًا للخطة أقل من خمس دقائق بقليل. يتم تثبيت ثلاث مجموعات بطاريات على المسرح ، سيتم إعادة تعيين اثنتين منها أثناء الطيران حيث يتم استنفادهما لتسهيل المرحلة.

يتميز تصميم مركبة الإطلاق بالميزات التالية:


محرك رذرفورد ، مختبر Rocket Lab

محرك محرك كهربائي . هذا هو المحرك الأول الذي يستخدم محركًا كهربائيًا وبطاريات ليثيوم بوليمر لتشغيل مضخات الوقود والمؤكسد. في المحركات الحالية ، يوجد مضخة توربينية - مضخة مزودة بتوربين ، والتي يتم تشغيلها عادة بواسطة غرفة احتراق صغيرة منفصلة (مولد غاز) ، حيث يتم حرق نفس مكونات الوقود كما هو الحال في المحرك الرئيسي. إن غرفة الاحتراق المنفصلة والتوربين الذي يعمل على عادمه أمر معقد للغاية ، والبدائل الأكثر بأسعار معقولة جذابة لشركات الصواريخ الخاصة. تحتوي مضخة Rutherford على محركين من نوع "علبة صودا" ذات حجمين يمكن تدويرهما بسرعة 40.000 دورة في الدقيقة وتطوير 37 كيلووات لكل منهما. يضخ أحد المحركات الأكسجين السائل ، والكيروسين الآخر. وصلت كثافة الطاقة المحددة لبطاريات الليثيوم أيون الحديثة إلى مستوى يجعل الكيلوغرامات التي تم توفيرها عند رفض مولد الغاز والتوربين والوقود لتشغيلها قابلة للمقارنة مع وزن البطاريات.

وفقًا لبيتر بيك ، تمكنوا من رفع كفاءة المضخات من 50 ٪ من مولد الغاز إلى 95 ٪ ، ولكن من الواضح أن هذه خطوة تسويقية ، لأن أجزاء المحرك فقط هي التي يتم منحها الكفاءة. في نفس الوقت ، كان المحرك ككل فعالاً. مع الدافع المحدد ، يعاني مختبر الصواريخ من بعض الاضطراب ، لأنه ليس من الواضح أن 303 ثانية من الدافع المحدد لمحركات المرحلة الأولى يشار إليها لمستوى سطح البحر أو الفراغ. من المرجح أن هذه البيانات مخصصة للفراغ ، حيث تكون واجهة المستخدم أعلى ، ولكن حتى في هذه الحالة ، يأخذ Rutherford (303 ثانية في الفراغ (؟) / 333 مع فوهة عالية الارتفاع) مكانًا جيدًا ، تقريبًا ليس أقل شأنا من SpaceX's Merlin 1D (311 ثانية في الفراغ / 348 بفوهة عالية الارتفاع) والقمم السوفيتية / الروسية لبناء محرك الكيروسين بالأكسجين RD-180 (338 ثانية في الفراغ) و RD-0124 (359 ثانية بفوهة عالية الارتفاع).



الطباعة ثلاثية الأبعاد . كما هو مذكور في Rocket Lab ، يعد محرك Rutherford هو الأول الذي تطبع فيه جميع المكونات الرئيسية على طابعة ثلاثية الأبعاد. تستخدم طابعات التلبيد بالليزر والإلكترونيات التيتانيوم و Inconel (سبائك مقاومة للحرارة من النيكل والكروم). ونتيجة لذلك ، تتم طباعة محرك واحد في غضون 24 ساعة.


اختبار التزود بالوقود في 16 مايو ، الصورة بواسطة Rocket Lab

المواد المركبة . خزانات من كلتا الخطوتين مركبة. وبالنظر إلى أن أحد الخزانات يحمل أكسجينًا سائلًا باردًا جدًا تحت الضغط ، وتميل درجات الحرارة المنخفضة إلى جعل المادة هشة ، فهذا إنجاز كبير. الدبابات المركبة أخف وأرخص بشكل ملحوظ من المعدن ، ويحاول علماء الصواريخ الآخرون الآن التبديل إليها.


محول الحمولة ونصف هدية الرأس ، مختبر Rocket Lab

هدية مع التسليم . يقدم Rocket Lab ابتكارًا مثيرًا للاهتمام في مجال عمليات إعداد القمر الصناعي للإطلاق. عادة ، يتم إحضار الأقمار الصناعية إلى ورشة عمل الشركة المبتدئة ، والتي يتم تثبيتها على محول الحمولة ومغطاة بطبقة. يقدم Rocket Lab توصيل كتلة محول حمولة واحدة وسدادات هدية إلى ورشة عمل العميل حتى يتمكن من تثبيت القمر الصناعي على المحول في ظروف ملائمة. بعد ذلك ، يتم نقل الوحدات المغلقة أو المكيفة إلى مجمع تركيب واختبار Rocket Lab وتركيبها على صاروخ.

الخلاصة

الهدف من Rocket Lab هو تكلفة إطلاق واحد بقيمة 5 ملايين دولار. في حين أن تكلفة إطلاق الصواريخ "البالغة" تبدأ عند حوالي 60 مليون دولار (SpaceX 62 مليون دولار لعام 2018) ، فإن اقتراح Rocket Lab قد يكون مفيدًا لأولئك الذين لديهم قمر صناعي صغير ، فإن المدار المستهدف منخفض بالقرب من الأرض أو القطبية ، و ليس هناك وقت لانتظار المسافرين على متن مركبة إطلاق متوسطة المدى.

الإطلاق الأول هو حدث مثير. على الرغم من كل الاستعدادات ، لا يوجد ضمان مائة بالمائة للنجاح. لكن مختبر Rocket أظهر نهجًا جادًا للغاية لبدء تشغيل الصاروخ ، وأجرى العديد من الاختبارات ، بما في ذلك المراحل المجمعة بالكامل ( الأول والثاني ) ، ويبدو مستقبلهم واعدًا.