Em antecipação ao lançamento do elétron elétrico

Às 9h de segunda-feira, horário da Nova Zelândia (21:00 GMT, 23:00 MSK), uma janela de lançamento de dez dias se abre para o primeiro lançamento do veículo de lançamento leve Electron. Na Nova Zelândia, agora está ventando , e o lançamento do foguete já foi adiado para pelo menos terça-feira. Apesar de sua baixa capacidade de carga, a Electron possui uma alta concentração de tecnologias modernas - tanques compostos, impressão 3D de motores e uma idéia fundamentalmente nova para acionar bombas elétricas que fornecem componentes de combustível.


Elétron na plataforma de lançamento, foto Rocket Lab

Como os foguetes cresceram

Peter Beck ao lado do foguete Electron e dos foguetes experimentais ao fundo, foto Rocket Lab

O foguete Electron está sendo desenvolvido pela Rocket Lab, fundada em 2006 por Peter Beck. Legalmente, esta é uma empresa privada americana com uma subsidiária da Nova Zelândia. Em 2009, eles lançaram o foguete geofísico Ātea-1 (no “espaço” da língua maori) e afirmam ser a primeira empresa privada a alcançar espaço no hemisfério sul. Teoricamente, o foguete deveria ter escalado 100-120 km, o primeiro estágio funcionou bem e foram encontrados vestígios de separação bem-sucedida, mas eles não conseguiram encontrar a ogiva após o voo, e a conquista permanece em questão.



No site antigo, você encontra planos para criar o foguete geofísico Ātea-2, mas após o sucesso de 2009, a empresa se interessou pela DARPA. Nos próximos anos, o Rocket Lab desenvolveu a tecnologia de foguetes em colaboração com a Lockheed Martin, DARPA e o Departamento de Defesa dos EUA. Em 2010, novo combustível foi testado. Ele foi armazenado na forma sólida no tanque, mas quando a pressão era aplicada ao tanque, o combustível se transformava em um líquido viscoso e podia ser fornecido à câmara de combustão. Assim, ele teve que combinar as vantagens do combustível sólido (armazenamento conveniente de um componente) e líquido (a capacidade de controlar a tração e reiniciar o motor).



Em 2011, um drone compacto com propulsão de foguete foi testado. Um pequeno foguete pode ser lançado por um soldado com as mãos estendidas, e uma imagem de um drone descendo de para-quedas deve ajudar a conduzir uma batalha em terrenos muito acidentados, por exemplo, em uma cidade.



Em 2013, a empresa estava em uma encruzilhada. Era possível continuar ganhando contratos de defesa, mas Beck sonhava com um espaço comercial. Tendo coletado investimentos adicionais, o Rocket Lab começou a desenvolver um novo veículo de lançamento. Em 2013, um motor com o fornecimento de componentes usando motores elétricos foi testado com sucesso e o projeto Electron foi anunciado. Em 2014, foi realizada a segunda rodada de cobrança de investimentos. Em 2015, tornou-se conhecido que a impressão 3D seria amplamente usada na produção de motores, e o próprio motor foi nomeado Rutherford em homenagem a um físico de origem da Nova Zelândia. Também no mesmo ano, começou a construção do local de lançamento na Península de Mahia (Hawk Bay, Ilha Norte da Nova Zelândia)



A localização na parte leste da ilha tornará possível levar a carga útil para uma órbita terrestre síncrona ou baixa, sem problemas - no sul e leste por muitas centenas de quilômetros, estende-se um oceano no qual você pode soltar as etapas trabalhadas sem concordar com ninguém.

Em 2016, o foguete passou nos testes de solo e o espaçoporto foi concluído. O primeiro voo do veículo de lançamento da Electron estava programado para 2017. Nos últimos 4,5 meses, o Rocket Lab conseguiu realizar a próxima rodada de coleta de investimentos e já começou a receber pedidos de lançamentos comerciais.

Foguete elétrico composto

Rocket Electron, foto Laboratório de foguetes

Electron é um veículo de lançamento em duas etapas, com uma altura de 17 metros e um diâmetro de 1,2 metros. Com uma massa inicial de cerca de 12,5 toneladas, será capaz de transportar 150 kg para uma órbita polar de 500 km de altura. Uma órbita solar-síncrona típica é geralmente mais alta, 600-800 km, onde a capacidade de carga será menor. Além disso, se necessário, o foguete pode trazer 225 kg em órbita 180x300 km com uma inclinação de 45 °.


Captura de tela do site oficial do Rocket Lab


A parte traseira do primeiro estágio com a tampa do motor removida, foto Rocket Lab

O primeiro estágio, 12,1 metros de altura, tem um peso seco de 950 kg e carrega 9250 kg de combustível. Possui nove motores Rutherford (mais sobre eles abaixo), com um empuxo total de 16,5 toneladas no início. O impulso máximo da etapa em vôo deverá atingir 19,5 toneladas, e o impulso específico dos motores ao nível do mar será de 303 segundos. De acordo com o plano de vôo, a primeira etapa terá que trabalhar 2,5 minutos. No estágio próximo aos motores, 13 conjuntos de baterias com capacidade total superior a um megawatt são instalados.


Segunda etapa. Na borda da etapa à esquerda do motor, um bloco de orientação é visível. Photo Rocket Lab

O segundo estágio, com 2,1 metros de altura, tem um peso seco de 250 kg e carrega 2150 kg de combustível. Ele tem um motor Rutherford com um bico de alta altitude, um empuxo de 2,2 toneladas e um impulso específico de 333 segundos. O mecanismo da segunda etapa de acordo com o plano deve funcionar um pouco menos de cinco minutos. Três baterias estão instaladas no palco, duas das quais serão reiniciadas em voo à medida que são esgotadas para facilitar o palco.

O design do veículo de lançamento é caracterizado pelos seguintes recursos:


Motor de Rutherford, foto Laboratório de foguetes

Acionamento do motor elétrico . Este é o primeiro motor a usar um motor elétrico e baterias de polímero de lítio para acionar as bombas de combustível e oxidante. Nos motores existentes, existe uma bomba turbo - uma bomba com turbina, que geralmente é acionada por uma pequena câmara de combustão separada (gerador de gás), onde os mesmos componentes de combustível são queimados como no motor principal. Uma câmara de combustão separada e uma turbina que funciona com o escapamento é uma coisa muito complexa e alternativas mais acessíveis são atraentes para as empresas privadas de mísseis. A bomba Rutherford possui dois motores CC de “lata de refrigerante do tamanho de lata” que giram a uma velocidade de 40.000 rpm e desenvolvem 37 kW cada. Um motor bombeia oxigênio líquido, o outro querosene. A densidade energética específica das modernas baterias de íon-lítio atingiu tal nível que os quilogramas economizados ao recusar um gerador de gás, turbina e combustível para sua operação se tornam comparáveis ​​ao peso das baterias.

Segundo Peter Beck, eles conseguiram aumentar a eficiência das bombas de 50% do gerador de gás para 95%, mas isso é claramente uma jogada de marketing, porque apenas as peças do motor recebem eficiência. Ao mesmo tempo, o mecanismo como um todo foi eficiente. Com o impulso específico, o Rocket Lab apresenta alguma desordem, porque não está claro que 303 segundos do impulso específico dos motores do primeiro estágio sejam indicados para nível do mar ou vácuo. É mais provável que esses dados sejam para vácuo, onde a interface do usuário é mais alta, mas mesmo neste caso, Rutherford (303 segundos no vácuo (?) / 333 com bico de alta altitude) ocupa um bom lugar, quase não inferior ao Merlin 1D da SpaceX (311 segundos no vácuo / 348 com um bico de alta altitude) e os picos soviéticos / russos do motor de oxigênio-querosene construindo RD-180 (338 segundos no vácuo) e RD-0124 (359 segundos com um bico de alta altitude).



Impressão 3D . Conforme declarado no Rocket Lab, o mecanismo Rutherford é o primeiro no qual todos os componentes principais são impressos em uma impressora 3D. As impressoras a laser e de sinterização eletrônica usam titânio e Inconel (liga resistente ao calor de níquel-cromo). Como resultado, um mecanismo é impresso em 24 horas.


Teste de reabastecimento em 16 de maio, foto do Rocket Lab

Materiais compósitos . Os tanques de ambas as etapas são compostos. Considerando que um dos tanques mantém oxigênio líquido muito frio sob pressão e baixas temperaturas tendem a tornar o material quebradiço, essa é uma conquista considerável. Os tanques compostos são visivelmente mais leves e mais baratos que o metal, e outros cientistas de foguetes agora estão se esforçando para mudar para eles.


Adaptador de carga e metade da carenagem, foto Rocket Lab

Carenagem com entrega . Uma inovação interessante é oferecida pelo Rocket Lab no campo dos processos de preparação do satélite para o lançamento. Normalmente, os satélites são levados para a oficina da empresa iniciante, instalados em um adaptador de carga útil e cobertos com um capuz. O Rocket Lab oferece a entrega de um único bloco adaptador de carga útil e abas de carenagem para a oficina do cliente, para que ele possa instalar o satélite no adaptador em condições convenientes. Em seguida, os módulos fechados ou com ar condicionado são transportados para o complexo de instalação e teste do Rocket Lab e montados em um foguete.

Conclusão

O objetivo do Rocket Lab é o custo de um lançamento de US $ 5 milhões. Embora o custo do lançamento de foguetes "adultos" comece em cerca de US $ 60 milhões (SpaceX US $ 62 milhões em 2018), a proposta do Rocket Lab será potencialmente benéfica para quem tem um pequeno satélite, a órbita alvo é baixa perto da Terra ou polar, e não há tempo para esperar os companheiros de viagem em um veículo de lançamento de médio alcance.

O primeiro lançamento é um evento emocionante. Apesar de todos os preparativos, não há cem por cento de garantia de sucesso. Mas o Rocket Lab mostrou uma abordagem muito séria para uma startup de foguetes, realizou muitos testes, incluindo estágios totalmente montados ( primeiro , segundo ), e seu futuro parece promissor.