In Erwartung des Starts des elektrischen Elektrons

Am Montag um 9 Uhr neuseeländischer Zeit (21:00 GMT, 23:00 MSK) wird ein zehntägiges Startfenster für den ersten Start des Electron Light-Trägerraketen geöffnet. In Neuseeland ist es jetzt windig und der Start der Rakete wurde bereits auf mindestens Dienstag verschoben. Trotz seiner geringen Tragfähigkeit verfügt Electron über eine hohe Konzentration moderner Technologien - Verbundtanks, 3D-Druck von Motoren und eine völlig neue Idee für den Antrieb von Elektropumpen, die Kraftstoffkomponenten fördern.


Elektron auf der Startrampe, Foto Rocket Lab

Wie Raketen wuchsen

Peter Beck neben der Elektronenrakete und experimentellen Raketen im Hintergrund, Foto Rocket Lab

Die Elektronenrakete wird von Rocket Lab entwickelt, das 2006 von Peter Beck gegründet wurde. Rechtlich ist dies ein amerikanisches Privatunternehmen mit einer neuseeländischen Tochtergesellschaft. 2009 starteten sie die geophysikalische Rakete Ātea-1 (in der Maori-Sprache „Weltraum“) und behaupten, das erste private Unternehmen zu sein, das den Weltraum auf der südlichen Hemisphäre erreicht. Theoretisch hätte die Rakete 100 bis 120 km steigen sollen, die erste Stufe funktionierte einwandfrei und es wurden Spuren einer erfolgreichen Trennung gefunden, aber sie konnten den Sprengkopf nach dem Flug nicht finden, und die Leistung bleibt fraglich.



Auf der alten Website finden Sie Pläne zur Herstellung der geophysikalischen Rakete Ātea-2. Nach dem Erfolg von 2009 interessierte sich das Unternehmen jedoch für DARPA. In den nächsten Jahren entwickelte Rocket Lab in Zusammenarbeit mit Lockheed Martin, DARPA und dem US-Verteidigungsministerium Raketentechnologie. Im Jahr 2010 wurde neuer Kraftstoff getestet. Es wurde in fester Form im Tank gelagert, aber wenn Druck auf den Tank ausgeübt wurde, verwandelte sich der Kraftstoff in eine viskose Flüssigkeit und konnte der Brennkammer zugeführt werden. Daher musste es die Vorteile von festem Kraftstoff (bequeme Lagerung einer Komponente) und Flüssigkeit (die Fähigkeit, die Traktion zu steuern und den Motor neu zu starten) kombinieren.



2011 wurde eine kompakte Drohne mit Raketenantrieb getestet. Eine kleine Rakete könnte von einem Soldaten mit ausgestreckten Händen abgefeuert werden, und ein Bild von einer Drohne, die mit dem Fallschirm herabsteigt, sollte helfen, eine Schlacht in sehr unebenem Gelände zu führen, beispielsweise in einer Stadt.



Bis 2013 stand das Unternehmen am Scheideweg. Es war möglich, weiterhin Verteidigungsverträge zu verdienen, aber Beck träumte von einem Gewerbegebiet. Nachdem Rocket Lab zusätzliche Investitionen gesammelt hatte, begann es mit der Entwicklung einer neuen Trägerrakete. 2013 wurde ein Motor mit der Lieferung von Bauteilen mit Elektromotoren erfolgreich getestet und das Electron-Projekt angekündigt. Im Jahr 2014 fand die zweite Runde des Investment Collection statt. Im Jahr 2015 wurde bekannt, dass der 3D-Druck in der Motorenproduktion weit verbreitet sein würde, und der Motor selbst wurde zu Ehren eines Physikers neuseeländischer Herkunft Rutherford genannt. Ebenfalls im selben Jahr wurde mit dem Bau des Startplatzes auf der Mahia-Halbinsel (Hawk Bay, Nordinsel Neuseelands) begonnen



Die Lage im östlichen Teil der Insel wird es ermöglichen, die Nutzlast problemlos auf eine sonnensynchrone oder erdnahe Umlaufbahn zu bringen - im Süden und Osten liegt für viele hundert Kilometer der Ozean, in den Sie die bearbeiteten Stufen fallen lassen können, ohne mit jemandem einverstanden zu sein.

2016 bestand die Rakete Bodentests und der Raumhafen wurde fertiggestellt. Der Erstflug der Electron-Trägerrakete war für 2017 geplant. In den letzten 4,5 Monaten hat Rocket Lab die nächste Runde der Investitionserfassung durchgeführt und bereits Aufträge für kommerzielle Markteinführungen erhalten.

Zusammengesetzte elektrische Rakete

Rocket Electron, Foto Rocket Lab

Electron ist eine zweistufige Trägerrakete mit einer Höhe von 17 Metern und einem Durchmesser von 1,2 Metern. Mit einer Anfangsmasse von rund 12,5 Tonnen können 150 kg in eine 500 km hohe polare Umlaufbahn gebracht werden. Eine typische solarsynchrone Umlaufbahn ist normalerweise höher (600-800 km), wobei die Tragfähigkeit geringer ist. Bei Bedarf kann die Rakete 225 kg mit einer Neigung von 45 ° in eine Umlaufbahn von 180 x 300 km bringen.


Screenshot der offiziellen Rocket Lab-Website


Der hintere Teil der ersten Stufe mit abgenommener Motorabdeckung, Foto Rocket Lab

Die erste Stufe, 12,1 Meter hoch, hat ein Trockengewicht von 950 kg und trägt 9250 kg Kraftstoff. Es hat neun Rutherford-Motoren (mehr dazu weiter unten) mit einem Gesamtschub von 16,5 Tonnen am Start. Der maximale Schub der Flugstufe muss 19,5 Tonnen erreichen, und der spezifische Impuls der Triebwerke auf Meereshöhe beträgt 303 Sekunden. Nach dem Flugplan muss die erste Etappe 2,5 Minuten dauern. In der Nähe der Motoren sind 13 Batteriebaugruppen mit einer Gesamtleistung von mehr als einem Megawatt installiert.


Zweite Stufe. Am Rand der Stufe links vom Motor ist ein Orientierungsmotorblock sichtbar. Fotoraketenlabor

Die zweite Stufe, 2,1 Meter hoch, hat ein Trockengewicht von 250 kg und trägt 2150 kg Kraftstoff. Es hat einen Rutherford-Motor mit einer hochgelegenen Düse, einem Schub von 2,2 Tonnen und einem spezifischen Impuls von 333 Sekunden. Der Motor der zweiten Stufe sollte planmäßig etwas weniger als fünf Minuten arbeiten. Auf der Bühne sind drei Akkus installiert, von denen zwei im Flug zurückgesetzt werden, wenn sie zur Erleichterung der Bühne erschöpft sind.

Das Design der Trägerrakete zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:


Rutherford Motor, Foto Rocket Lab

Elektromotorantrieb . Dies ist der erste Motor, der einen Elektromotor und Lithium-Polymer-Batterien zum Antrieb der Kraftstoff- und Oxidationspumpen verwendet. In vorhandenen Motoren gibt es eine Turbopumpe - eine Pumpe mit einer Turbine, die normalerweise von einer separaten kleinen Brennkammer (Gasgenerator) angetrieben wird, in der die gleichen Kraftstoffkomponenten wie im Hauptmotor verbrannt werden. Eine separate Brennkammer und eine Turbine, die mit Abgasen betrieben wird, sind sehr komplex, und günstigere Alternativen sind für private Raketenunternehmen attraktiv. Die Rutherford-Pumpe verfügt über zwei Gleichstrommotoren in Dosengröße, die sich mit einer Drehzahl von 40.000 U / min drehen und jeweils 37 kW entwickeln. Ein Motor pumpt flüssigen Sauerstoff, der andere Kerosin. Die spezifische Energiedichte moderner Lithium-Ionen-Batterien hat ein solches Niveau erreicht, dass die Kilogramm, die durch die Ablehnung eines Gasgenerators, einer Turbine und eines Kraftstoffs für ihren Betrieb eingespart werden, mit dem Gewicht der Batterien vergleichbar werden.

Laut Peter Beck ist es ihnen gelungen, den Wirkungsgrad der Pumpen von 50% des Gasgenerators auf 95% zu steigern. Dies ist jedoch eindeutig ein Marketingschritt, da nur die Motorteile einen Wirkungsgrad erhalten. Gleichzeitig war der Motor insgesamt effizient. Mit dem spezifischen Impuls weist das Raketenlabor eine Störung auf, da nicht klar ist, dass 303 Sekunden des spezifischen Impulses der Motoren der ersten Stufe für den Meeresspiegel oder das Vakuum angezeigt werden. Es ist wahrscheinlicher, dass diese Daten für Vakuum gelten, bei dem die Benutzeroberfläche höher ist, aber selbst in diesem Fall nimmt Rutherford (303 Sekunden im Vakuum (?) / 333 mit einer Düse in großer Höhe) einen guten Platz ein, fast nicht schlechter als Merlin 1D von SpaceX (311 Sekunden im Vakuum /). 348 mit einer Düse in großer Höhe) und die sowjetisch-russischen Spitzen des Sauerstoff-Kerosin-Motorengebäudes RD-180 (338 Sekunden im Vakuum) und RD-0124 (359 Sekunden mit einer Düse in großer Höhe).



3D-Druck . Wie im Rocket Lab angegeben, ist die Rutherford-Engine die erste, bei der alle Hauptkomponenten auf einem 3D-Drucker gedruckt werden. Laser- und elektronische Sinterdrucker verwenden Titan und Inconel (hitzebeständige Nickel-Chrom-Legierung). Dadurch wird ein Motor innerhalb von 24 Stunden gedruckt.


Testbetankung am 16. Mai, Foto von Rocket Lab

Verbundwerkstoffe . Die Tanks beider Schritte sind zusammengesetzt. In Anbetracht der Tatsache, dass einer der Tanks sehr kalten flüssigen Sauerstoff unter Druck hält und niedrige Temperaturen dazu neigen, das Material spröde zu machen, ist dies eine beträchtliche Leistung. Verbundtanks sind spürbar leichter und billiger als Metall, und andere Raketenwissenschaftler bemühen sich nun, auf sie umzusteigen.


Nutzlastadapter und die Hälfte der Kopfverkleidung, Foto Rocket Lab

Verkleidung mit Lieferung . Eine interessante Innovation bietet das Rocket Lab im Bereich der Verfahren zur Vorbereitung des Satelliten für den Start. In der Regel werden Satelliten in die Werkstatt des Start-up-Unternehmens gebracht, auf einem Nutzlastadapter installiert und mit einer Motorhaube abgedeckt. Rocket Lab bietet die Lieferung eines einzelnen Nutzlastadapterblocks und von Verkleidungsklappen an die Werkstatt des Kunden an, damit der Satellit unter geeigneten Bedingungen auf dem Adapter installiert werden kann. Anschließend werden geschlossene oder klimatisierte Module zum Rocket Lab-Installations- und Testkomplex transportiert und auf einer Rakete montiert.

Fazit

Das Ziel des Rocket Lab sind die Kosten für einen Start von 5 Millionen US-Dollar. Während die Kosten für den Start von "erwachsenen" Raketen bei etwa 60 Millionen US-Dollar beginnen (SpaceX 62 Millionen US-Dollar für 2018), wird der Vorschlag des Rocket Lab potenziell für diejenigen von Vorteil sein, die einen kleinen Satelliten haben, die Zielumlaufbahn erdnah oder polar niedrig ist und Es ist keine Zeit, mit einer mittelgroßen Trägerrakete auf Mitreisende zu warten.

Der erste Start ist eine aufregende Veranstaltung. Trotz aller Vorbereitungen gibt es keine hundertprozentige Erfolgsgarantie. Das Rocket Lab zeigte jedoch einen sehr ernsthaften Ansatz für einen Raketenstart, führte viele Tests durch, einschließlich vollständig zusammengebauter Stufen ( erste , zweite ), und ihre Zukunft scheint vielversprechend.