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語言:中文
全球首枚碳纖維復(fù)合材料大型運(yùn)載火箭問世
時(shí)間:2022-01-07來源:JEC/CW,賽奧碳纖維編譯
碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu),使Neutron(中子)成為世界上第一個(gè)碳復(fù)合材料大型運(yùn)載火箭。

領(lǐng)先的發(fā)射和空間系統(tǒng)公司Rocket Lab USA, Inc.透露了有關(guān)下一代Neutron(中子)運(yùn)載火箭的新細(xì)節(jié)。

 

借鑒Rocket Lab開發(fā)Electron(電子)小型運(yùn)載火箭的成熟經(jīng)驗(yàn)——這是自2019年以來每年發(fā)射次數(shù)第二多的美國火箭,先進(jìn)的8噸有效載荷級Neutron運(yùn)載火箭旨在通過為大型衛(wèi)星星座、深空任務(wù)和載人航天提供可靠且具有成本效益的發(fā)射服務(wù)來改變太空訪問。

世界上第一個(gè)碳復(fù)合材料中型運(yùn)載火箭:

Neutron將是世界上第一枚碳復(fù)合材料大型運(yùn)載火箭。 此前,Rocket Lab 率先將碳復(fù)合材料用于軌道火箭的 Electron 火箭,自 2018 年以來,該火箭一直為政府和商業(yè)小型衛(wèi)星提供頻繁和可靠的太空通道。Neutron 的結(jié)構(gòu)將由一種新的、特殊配方的碳纖維復(fù)合材料組成,該材料重量輕、強(qiáng)度高,能夠承受發(fā)射和重返大氣層時(shí)的巨大熱量和力量,以實(shí)現(xiàn)第一級的頻繁重返飛行。為了實(shí)現(xiàn)快速可制造性,中子的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)將使用自動(dòng)纖維鋪設(shè)(AFP)制造,該系統(tǒng)可以在幾分鐘內(nèi)建造數(shù)米的碳火箭彈殼。

 

Neutron不是常規(guī)火箭。它是一種新型運(yùn)載火箭,具有可靠性、可重用性和降低成本,從一開始就融入了先進(jìn)的設(shè)計(jì)。Neutron 結(jié)合了過去最好的創(chuàng)新,并將它們與尖端技術(shù)和材料相結(jié)合,為未來提供火箭,”Rocket Lab 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官彼得貝克在活動(dòng)期間說。“預(yù)計(jì)未來十年發(fā)射的衛(wèi)星中有 80% 以上是星座,它們具有獨(dú)特的部署需求,而 Neutron 是第一個(gè)專門解決的問題。就像我們對 Electron 所做的那樣,我們不是從傳統(tǒng)的火箭設(shè)計(jì)開始,而是專注于客戶的需求并從那里開始工作。結(jié)果是火箭尺寸適合市場需求,并且可以快速、頻繁且經(jīng)濟(jì)地發(fā)射。

簡化發(fā)射和著陸的獨(dú)特結(jié)構(gòu):

可重用性是實(shí)現(xiàn)頻繁和經(jīng)濟(jì)發(fā)射的關(guān)鍵,因此,從第一天起,再次發(fā)射、著陸和升空的能力就已經(jīng)融入Neutron 設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。Neutron 的錐形設(shè)計(jì)和寬大、堅(jiān)固的底座,消除了對復(fù)雜機(jī)構(gòu)和著陸腿的需求,強(qiáng)調(diào)了其可重復(fù)使用性——頻繁且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的發(fā)射、著陸和升空。該結(jié)構(gòu)目前的設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的發(fā)射場基礎(chǔ)設(shè)施,包括支撐和發(fā)射塔,而是安全地站在自己的發(fā)射架上以進(jìn)行升空。在到達(dá)太空并部署 Neutron 的第二級后,第一級將通過在發(fā)射場的推進(jìn)著陸返回地球,從而消除與?;懫脚_(tái)和操作相關(guān)的高成本。
 

火箭實(shí)驗(yàn)室的Electron(電子)運(yùn)載火箭。 

圖片來源:火箭實(shí)驗(yàn)室

為可靠性和重復(fù)使用而制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī):

Neutron 也將由新的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)阿基米德提供動(dòng)力。阿基米德由 Rocket Lab 內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造,是一種可重復(fù)使用的液氧/甲烷氣體發(fā)生器循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī),能夠提供 1 兆牛頓推力和 320 秒的 ISP。七臺(tái)阿基米德發(fā)動(dòng)機(jī)將推動(dòng) Neutron 的第一級,第二級配備一臺(tái)經(jīng)過真空優(yōu)化的阿基米德發(fā)動(dòng)機(jī)。此外,Rocket Lab 指出,Neutron 的輕質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)意味著阿基米德不需要通常與大型火箭及其推進(jìn)系統(tǒng)相關(guān)的巨大性能和復(fù)雜性。 相反,簡化的引擎加快了開發(fā)和測試的時(shí)間表。

Neutron運(yùn)載火箭“Hungry Hippo”整流罩演示。 

照片來源:美國商業(yè)資訊

告別分離整流罩

然而,Rocket Labs 表示,真正讓 Neutron 的設(shè)計(jì)與眾不同的是抓捕式的“饑餓河馬”整流罩設(shè)計(jì),它將整流罩作為第一級結(jié)構(gòu)的一部分,并保持固定在平臺(tái)上。Neutron 的 Hungry Hippo 整流罩鉗口不會(huì)像傳統(tǒng)整流罩那樣從平臺(tái)分離并掉入海洋,而是會(huì)張大以釋放第二級和有效載荷,然后再次關(guān)閉準(zhǔn)備帶著第一級返回地球。降落在發(fā)射臺(tái)上的是帶有整流罩的競爭第一級,準(zhǔn)備集成和發(fā)射新的第二級。據(jù)該司稱,這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)可以加快發(fā)射頻率,消除在海上捕獲整流罩的高成本、低可靠性方法,并使第二級輕巧靈活。

高性能上面級

這種方法的改變還消除了與第二級設(shè)計(jì)相關(guān)的限制,例如在升空期間暴露在低層大氣的惡劣環(huán)境中。由于它將完成包圍在第一級結(jié)構(gòu)中,因此火箭實(shí)驗(yàn)室能夠減輕其重量。Neutron 的第二級目前被設(shè)計(jì)為一次性的上面級,是一個(gè) 6 米長的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu),帶有一個(gè)真空優(yōu)化的阿基米德發(fā)動(dòng)機(jī)。
 

來源:JEC、Composites World

 

賽奧碳纖維綜合整理、編譯


 

簡化發(fā)射和著陸的獨(dú)特結(jié)構(gòu):

可重用性是實(shí)現(xiàn)頻繁和經(jīng)濟(jì)發(fā)射的關(guān)鍵,因此,從第一天起,再次發(fā)射、著陸和升空的能力就已經(jīng)融入Neutron 設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。Neutron 的錐形設(shè)計(jì)和寬大、堅(jiān)固的底座,消除了對復(fù)雜機(jī)構(gòu)和著陸腿的需求,強(qiáng)調(diào)了其可重復(fù)使用性——頻繁且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的發(fā)射、著陸和升空。該結(jié)構(gòu)目前的設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的發(fā)射場基礎(chǔ)設(shè)施,包括支撐和發(fā)射塔,而是安全地站在自己的發(fā)射架上以進(jìn)行升空。在到達(dá)太空并部署 Neutron 的第二級后,第一級將通過在發(fā)射場的推進(jìn)著陸返回地球,從而消除與海基著陸平臺(tái)和操作相關(guān)的高成本。