Электрон (ракета-носитель)

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
У этого термина существуют и другие значения, см. Electron (значения).
Electron
Общие сведения
Страна  Новая Зеландия
Назначение ракета-носитель
Разработчик Rocket Lab
Изготовитель Rocket Lab
Стоимость запуска (4,9-6,6 млн долл.)
Основные характеристики
Количество ступеней 2
Длина (с ГЧ) 17 м
Диаметр 1,2 м
Стартовая масса 12 550 кг
Масса полезной нагрузки
 • на НОО 250 кг
 • на ССО (500 км) 150 кг
История запусков
Состояние эксплуатируется
Места запуска Махия, LC-1A
Число запусков 26
 • успешных 23
 • неудачных 3
Первый запуск 25 мая 2017
Последний запуск 02 мая 2022
Первая ступень
Маршевые двигатели 9 × «Резерфорд»
Тяга 162 кН (уровень моря)
192 кН (вакуум)
Удельный импульс 303 с
Горючее керосин
Окислитель жидкий кислород
Вторая ступень
Маршевый двигатель «Резерфорд» (версия для вакуума)
Тяга 22 кН (вакуум)
Удельный импульс 333 с
Горючее керосин
Окислитель жидкий кислород

«Электрон»[1] (англ. Electron) — ракета-носитель сверхлёгкого класса, разработанная новозеландским подразделением американской частной аэрокосмической компании Rocket Lab.

Предназначена для коммерческих запусков микро- и наноспутников, позволяет вывести полезную нагрузку массой до 150 кг на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км или до 250 кг на низкую околоземную орбиту[2]. Стоимость запуска ракеты-носителя составляет от 4,9 до 6,6 млн долларов США[2]. Её двигатели Резерфорд являются первой практической реализацией для орбитального носителя электрической накачки (с помощью электродвигателя) топлива и окислителя.[3] Ракета эксплуатируется часто вместе с разгонным блоком или кораблём Фотон также собственной разработки. Хотя изначально ракета была одноразовой, компания работает над созданием многоразовой модификации и уже дважды смогла приводнить первую ступень в океане.  

Начало эксплуатации

Квалификационные огневые тесты обеих ступеней завершены в конце 2016 года[4][5]. Первый испытательный полёт (неудачный: ракета достигла космоса, но не вышла на орбиту) состоялся 25 мая 2017 года[1].

В свой второй полёт 21 января 2018 Электрон успешно вывел три кубсата.[6] Первый оплаченный полёт (третий по счёту) состоялся 11 ноября 2018 г.[7]

Начиная со второго квартала 2017 года, в компании намерены с помощью ракеты-носителя производить ежеквартальные коммерческие запуски кубсатов на солнечно-синхронную орбиту, стандартный полёт будет вмещать два 12U, четыре 6U, десять 3U и четыре 1U-кубсата с суммарной стоимостью запуска около 6,5 млн долларов[8].

Конструкция

Основные конструктивные элементы ракеты-носителя, несущий цилиндрический корпус и топливные баки обеих ступеней выполнены из углепластика и производятся компанией Rocket Lab на собственном заводе в Окленде, Новая Зеландия. Двигатели и авионика производятся в Калифорнии, США[9][10]. Применение композиционных материалов позволило существенно снизить вес конструкции. Обе ступени ракеты-носителя используют в качестве компонентов топлива керосин (горючее) и жидкий кислород (окислитель)[2].[8].

Первая ступень

Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Огневое испытание первой ступени

Высота ступени составляет 12,1 м, диаметр — 1,2 м, сухая масса — 950 кг. Вмещает до 9250 кг топлива[8].

Первая ступень оборудована девятью жидкостными ракетными двигателями «Резерфорд», схема расположения двигателей подобна первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 — один центральный двигатель и 8 расположенных вокруг него[8].

Резерфорд — двигатель собственного производства Rocket Lab, все основные детали которого создаются способом 3D-печати[11]. Использует для нагнетания компонентов топлива в камеру сгорания насосный агрегат, который приводится в действие двумя электродвигателями, питающимися от установленных на ступени 13 литий-полимерных аккумуляторов[8][12]. Используются вентильные двигатели постоянного тока, каждый из которых развивает мощность около 37 кВт при скорости вращения 40 000 оборотов в минуту[8], что позволяет повышать давление в топливной магистрали от 0,2—0,3 МПа до 10—20 МПа[13].

Тяга ступени на старте составляет 162 кН и повышается до 192 кН в вакууме. Удельный импульс — 303 с. Время работы ступени — около 155 секунд[2].[8].

Управление вектором тяги осуществляется одновременным отклонением всех 9 двигателей от центральной оси[8].

Отстыковка ступени производится с помощью пневматических механизмов, приводимых в действие с помощью сжатого гелия, который используется также для создания в топливных баках рабочего давления[8].

Возвращение первой ступени

Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Презентация
Схема возвращения первой ступени с помощью вертолёта

Компания работает над многоразовой моделью Электрона с 2018 года, и впервые объявила о своих планах 6 августа 2019.[14] Как небольшое и недорогое средство вывода, Электрон не планировался многоразовым, однако, такие планы возникли после анализа информации с датчиков внутри носителя. Кроме того, многоразовость сможет позволить более частые запуски, используя уже летавшие экземпляры.[15][16] Для компенсации дополнительной массы оборудования посадки мощность ракеты рассчитывали со временем увеличить.[16] Поначалу задача заключалась в сборе данных и успешном прохождении плотных слоёв атмосферы, прозванных в компании «стеной».[14][17] В целом, после прохождения «стены» планируется применить аэродинамический тормоз (о нём мало известно и компания не предоставляет подробную информацию)[15], затем парашют-крыло (парафойл) до приводнения в океане. Начиная с десятого запуска запланировано использование обновлённой первой ступени с изменениями, направленными на возврат ступени[18]. Изначально она будет опускаться на воду, в дальнейшем планируется её перехват в воздухе с использованием вертолёта.[19][20]

После 11 полёта ("Birds of a Feather") в середине февраля 2020 прошли испытания парашютов на небольшой высоте. В апреле 2020 компания опубликовала материалы успешного перехвата спускающейся ступени с помощью вертолёта, произведённого еще в марте. Опытный образец был поднят в воздух вертолётом, после чего в свободном падении раскрыл парашюты и был подхвачен вертолётом, несущим длинный крюк, на высоте 1500 м, а затем доставлен на землю.[21][22]  

В 16 полёте ("Return to Sender") впервые удалось довести ступень целой до приводнения в Тихом океане.[22][23] 

Модификации первой ступени 

Изначально Электрон выводил максимальную нагрузку в 150–225 кг на 500-км солнечно-синхронную орбиту.[24][25] Однако, для достижения многоразовости в конструкцию были внесены изменения:  

  • полёты 6 («That's a Funny Looking Cactus») и 7 («Make it Rain») несли датчики для сбора информации при подготовке многоразовости;
  • полёт 8 («Look Ma No Hands») имел на борту инструментарий сбора данных Брутус (Brutus), способный выдержать приводнение;[14][26]
  • полёт 10 («Running out of Fingers») был произведён на модернизированной ступени, которой можно было управлять при снижении, она содержала аппаратуру навигации, компьютеры управления полётом и антенны связи через спутники в C-диапазоне для передачи данных прямо во время спуска, а также реактивную систему управления для управления ориентацией ступени.[14][27] После разделения ступеней первая ступень была развернута на 180°. На протяжении всего спуска её направление и угол атаки управлялись для оптимальной защиты тепловым щитом в её основании. Ступень успешно преодолела вход в атмосферу, несмотря на полное отсутствие замедляющих механизмов, и приводнилась в океан с частичным разрушением на скорости 900 км/ч (250 м/с), как и планировалось.[17][28] Для Rocket Lab было важно не сохранить ступень целой, а испытать прохождение атмосферы.[29]
  • В полёте 11 ("Birds of a Feather") была выполнена аналогичная посадка.[30][14] Других таких тестов пока не планируется.[21]

К августу 2020 Rocket Lab анонсировала увеличение полезной нагрузки Электрона до 225–300 кг, что объясняется увеличившейся ёмкостью электрических батарей. Такое увеличение компенсирует дополнительную массу добавившихся посадочных устройств, или позволяет выводить большую нагрузку в межпланетных миссиях, если ракета-носитель расходуется, а не возвращается.[14]

Также были заявлены расширенные отсеки полезной нагрузки: диаметром 1,8 м (шире самой ракеты) и длиной 2,5 м.[31][32]

Вторая ступень

Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Огневое испытание второй ступени

Длина составляет 2,4 м, диаметр — 1,2 м, сухая масса — 250 кг. Вмещает до 2150 кг топлива[8].

Вторая ступень использует один двигатель Rutherford, оптимизированный для максимально эффективной работы в вакууме и оборудованный увеличенным неохлаждаемым сопловым насадком. Тяга двигателя в вакууме составляет 22 кН, удельный импульс — 333 с[8][2].

Ступень оборудована тремя литий-ионными батареями для питания электропривода топливного насоса двигателя, 2 из них сбрасываются после исчерпания, позволяя снизить сухую массу ступени[8][2].

Контроль вектора тяги по тангажу и рысканию производится за счёт отклонения двигателя, контроль вращения и управление положением ступени осуществляется с помощью системы реактивных газовых сопел[8].

Вторая ступень оборудована приборным отсеком, в котором расположены системы управления ракеты-носителя, которые разработаны и произведены компанией Rocket Lab[2].

Головной обтекатель

Ракета оборудована композитным обтекателем длиной 2,5 м, диаметром 1,2 м и массой около 50 кг[8].

Отличительной концепцией Rocket Lab является отделение процесса монтажа полезной нагрузки внутри обтекателя от сборки остальной ракеты. Это даёт возможность заказчикам, собственникам спутников, осуществлять интеграцию полезной нагрузки с адаптером и инкапсуляцию в обтекателе на своих предприятиях самостоятельно, а затем доставлять этот модуль в собранном виде к стартовой площадке, где он будет быстро интегрирован с ракетой[8][2].

Третья ступень и Фотон

Компанией разработана опциональная третья ступень, разгонный блок, необходимый для выведения на круговые орбиты. Кроме того, ступень повышает точность выведения и делает это за меньшее время. Ступень содержит один двигатель «Кюри» (Curie) со способностью к многократному пуску, который использует не раскрытое «зелёное» топливо, и также изготавливается с помощью 3D-печати. Впервые такая ступень была применена на втором полёте Электрона.[33] Она способна нести до 150 кг полезной нагрузки.[14]  

Компания разработала следующую версию третьей ступени – Фотон (Photon), ориентированную на лунные и межпланетные запуски. Такая версия способна нести до 30  кг на лунную орбиту.[14][34]

Стартовая площадка

Rocket Lab LC-1

Основная статья: Rocket Lab LC-1

Изначально стартовый комплекс планировали разместить недалеко от новозеландского города Крайстчерч на Южном острове. Однако по экологическим требованиям место для площадки было перенесено на Северный остров[35].

Запуски ракеты-носителя Electron производятся со стартового комплекса англ. Rocket Lab Launch Complex 1, построенного на полуострове Махия[en], находящегося на восточном побережье Северного острова Новой Зеландии.

2 сентября 2016 года в 4:37 утра примерно в 100 км севернее стартовой площадки произошло землетрясение магнитудой 7,1. Стартовые сооружения и 50-тонная стартовая платформа не пострадали, что подтвердила пресс-секретарь компании Rocket Lab англ. Catherine Moreau Hammond[36].

Официальное открытие комплекса состоялось 26 сентября 2016 года[37]. Лицензия на пусковую деятельность выдана на 30 лет и предполагает возможность запуска каждые 72 часа[37]. Расположение комплекса позволяет выводить полезную нагрузку на орбиты с разным наклонением, в диапазоне от 39 до 98°[8].

Центр управления полётами расположен примерно в 500 км северо-западнее стартового комплекса в городе Окленд. Оборудование центра позволяет отслеживать 25 000 каналов данных передаваемых в реальном времени со стартового комплекса, ракеты-носителя и полезной нагрузки[13].

В декабре 2019 года начались работы по постройке второй стартовой площадки (Pad B) на стартовой комплексе LC-1, недалеко от первой площадки. Окончание работ ожидается в конце 2020 года[38].

Rocket Lab LC-2

В октябре 2018 года компания сообщила, что выбрала для постройки своего второго стартового комплекса Среднеатлантический региональный космопорт в полётном центре Уоллопс, штат Виргиния, США[9]. Стартовый комплекс был официально открыт в декабре 2019 года[39], первый запуск запланирован на 2020 год.

Запуски

Основная статья: Список запусков ракеты-носителя Электрон

По результатам миссии

2,5
5
7,5
10
12,5
15
2017
2018
2019
2020
2021
2022
  •   Неудача
  •   Успех
  •   Запланировано

По стартовым площадкам

1
2
3
4
5
6
7
8
2017
2018
2019
2020
2021

Сравнение с аналогами

В настоящее время другие действующие носители сверхлёгкого класса есть только в Китае - это твердотопливные ракеты, созданные на основе первой ступени ракеты средней дальности DF-21. Наиболее близким по характеристикам является воздушно-космический комплекс на базе крылатой ракеты «Пегас», формально относящийся к лёгкому классу. Среди остальных проектов часть, как и «Электрон», прошли первые лётные испытания (все неудачно, за исключением японской SS-520-5, но она относится к ещё более лёгкому классу), другие готовятся к первым стартам[1].

Название Организация-разработчик Страна Максимальная
полезная нагрузка, кг 		Орбита Стоимость пуска, млн $
(год оценки) 		Количество пусков
Электрон Rocket Lab  США
 Новая Зеландия 		150 ССО 4,9—6,6 25 (2022)
Пегас Orbital Sciences Corporation[40]  США 443 НОО 40 (2014) 44 (2019)
Super Strypi[en] Гавайский университет

Сандийские национальные лаборатории
Aerojet Rocketdyne[41]

 США 250 ССО — 1 (2015)
SS-520-4 IHI Aerospace[42]  Япония 4[43] НОО 3,5 (2017)[44] 2 (2018)
LauncherOne Virgin Orbit  США 300[45] ССО — 0 (2018)
Vector-R Vector Space Systems[en]  США 30—45[1][46] ССО 1,5—2[46] 0 (2018)
Vector-H 125[46] 3—3,5[46] 0 (2018)
Куайчжоу-1A CASIC[en]  Китай 250[47] ССО (500 км) — 9 (2019)
200[47] ССО (700 км)
Цзелун-1 CASIC[en]  Китай 200 ССО (500 км) — 1 (2019)
150 ССО (700 км)

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 И. Черный. «Что ж вы так волнуетесь? Это ж испытание!» // Новости космонавтики : журнал. — ФГУП ЦНИИмаш, 2017. — Т. 27, № 07 (414).
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 Чёрный И, 2017.
  3. ↑ A 3D-Printed, Battery-Powered Rocket Engine (англ.) ?. Popular Science (14 апреля 2015). Дата обращения: 16 августа 2021.
  4. ↑ Rocket Lab declares Electron ready for test flights (англ.). Space News (13 декабря 2016).
  5. ↑ Rocket Lab Completes Major Technical Milestone Ahead of Test Launches (англ.). Rocket Lab (13 декабря 2016).
  6. ↑ Blast off! Rocket Lab successfully reaches orbit on second attempt (нз. англ.) ?. NZ Herald. Дата обращения: 16 августа 2021.
  7. ↑ It's Business Time Launch - 11/11/2018 (рус.) ?. Дата обращения: 16 августа 2021.
  8. ↑ 8,00 8,01 8,02 8,03 8,04 8,05 8,06 8,07 8,08 8,09 8,10 8,11 8,12 8,13 8,14 8,15 Electron (англ.). Spaceflight101.
  9. ↑ 9,0 9,1 Rocket Lab selects Wallops as first U.S. launch site, readies Electron for November launch (англ.). NASASpaceFlight (17 октября 2018).
  10. ↑ Rocket Lab moves headquarters from Los Angeles to Huntington Beach (англ.). Los Angeles Times (21 марта 2017).
  11. ↑ Rocket Lab unveils world's first battery rocket engine (англ.). New Zeland Herald (15 апреля 2015).
  12. ↑ Rocket Lab Unveils Battery-Powered Turbomachinery (англ.). Aviation Week (14 апреля 2015).
  13. ↑ 13,0 13,1 Chris Gebhardt. Rocket Lab’s Electron conducts inaugural flight from New Zealand (англ.). NASAspaceflight.com (24 мая 2017). Дата обращения: 15 июля 2017. Архивировано 15 июля 2017 года.
  14. ↑ 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 14,5 14,6 14,7 Updates (англ.). Rocket Lab. Дата обращения: 16 августа 2021.
  15. ↑ 15,0 15,1 Eric Berger. Here’s why Rocket Lab changed its mind on reusable launch (англ.) ?. Ars Technica (7 августа 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  16. ↑ 16,0 16,1 Rocket Lab to attempt to reuse Electron first stage (англ.) ?. SpaceNews (6 августа 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  17. ↑ 17,0 17,1 Michael Sheetz. Rocket Lab 'punched through the wall,' CEO says, passing key milestone in effort to reuse rockets (англ.). CNBC (6 декабря 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  18. ↑ Rocket Lab to begin booster recovery experiments later this year (англ.). Spaceflight Now (6 августа 2019).
  19. ↑ Rocket Lab to attempt to reuse Electron first stage (англ.). SpaceNews (6 августа 2019).
  20. ↑ Loren Grush. Small satellite launcher Rocket Lab unveils plans to recover its rockets midair with helicopters (англ.). The Verge (6 августа 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  21. ↑ 21,0 21,1 Colin Fletcher. Rocket Lab launches 12th Electron, continues work on future plans (англ.) ?. NASASpaceFlight.com (12 июня 2020). Дата обращения: 16 августа 2021.
  22. ↑ 22,0 22,1 Stephen Clark. Rocket Lab reports recovery test success – Spaceflight Now (англ.) ?. Дата обращения: 16 августа 2021.
  23. ↑ Rocket Lab launches Electron in test of booster recovery (англ.) ?. SpaceNews (20 ноября 2020). Дата обращения: 16 августа 2021.
  24. ↑ Electron (англ.). Rocket Lab. Дата обращения: 16 августа 2021.
  25. ↑ Calla Cofield 26 September 2016. Rocket Lab Opens Private Orbital Launch Site in New Zealand (англ.). Space.com (26 сентября 2016). Дата обращения: 16 августа 2021.
  26. ↑ Ian Atkinson. Rocket Lab launches Electron flight 8. Company previews first stage recovery (англ.) ?. NASASpaceFlight.com (19 августа 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  27. ↑ Electron launches smallsats in test of rocket reusability (англ.) ?. SpaceNews (6 декабря 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  28. ↑ Rocket Lab successfully flight tests re-entry of rocket booster (англ.) ?. Aerospace Testing International (9 декабря 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  29. ↑ Stephen Clark. Rocket Lab’s 10th launch tests booster recovery technology – Spaceflight Now (англ.) ?. Дата обращения: 16 августа 2021.
  30. ↑ Stephen Clark. Rocket Lab successfully launches NRO satellite – Spaceflight Now (англ.) ?. Дата обращения: 16 августа 2021.
  31. ↑ Rocket Lab. Launch Payload: User's Guide (англ.) // Сайт компании : pdf. — 2020. — Август.
  32. ↑ Rocket Lab ready to attempt Electron booster recovery (англ.) ?. SpaceNews (11 августа 2020). Дата обращения: 16 августа 2021.
  33. ↑ Rocket Lab launch also tested new kick stage (англ.) ?. SpaceNews (23 января 2018). Дата обращения: 16 августа 2021.
  34. ↑ Eric Berger. Rocket Lab—yep, Rocket Lab—has a plan to deliver satellites to the Moon (англ.) ?. Ars Technica (21 октября 2019). Дата обращения: 16 августа 2021.
  35. ↑ Jeff Foust. Rocket Lab plans Electron test launches this year (англ.). Spacenews.com (14 апреля 2016). Дата обращения: 13 июля 2017.
  36. ↑ Jeff Foust. Rocket Lab launch site not damaged in New Zealand earthquake (англ.). Spacenews.com (2 сентября 2016). Дата обращения: 15 июля 2017.
  37. ↑ 37,0 37,1 Rocket Lab Opens Private Orbital Launch Site in New Zealand (англ.). Space (26 сентября 2016).
  38. ↑ Rocket Lab to build second launch pad in New Zealand (англ.). SpaceNews (18 декабря 2019).
  39. ↑ Rocket Lab inaugurates U.S. launch site (англ.). SpaceNews (12 декабря 2019).
  40. ↑ barberd. Pegasus Users Guide (англ.) (PDF). orbitalatk.com (30 октября 2015). Дата обращения: 26 ноября 2016.
  41. ↑ Krebs, Gunter SPARK (недоступная ссылка). Gunter's Space Page. Дата обращения: 20 января 2012. Архивировано 2 августа 2012 года.
  42. ↑ Sounding Rocket (англ.) (недоступная ссылка). IHI Aerospace. Дата обращения: 19 июля 2017. Архивировано 20 января 2017 года.
  43. ↑ SS-520 4号機実験の実施について (яп.). JAXA (8 декабря 2016). Архивировано 8 декабря 2016 года.
  44. ↑ Рыжков, 2017, с. 36.
  45. ↑ Home (англ.). Virgin Orbit. Дата обращения: 19 июля 2017.
  46. ↑ 46,0 46,1 46,2 46,3 Vector Space completes first test flight, aims for small sat market expansion (англ.). NASA Spaceflight (9 мая 2017).
  47. ↑ 47,0 47,1 Kuai Zhou (Fast Vessel) (англ.), China Space Report (22 May 2016). Архивировано 11 марта 2018 года. Дата обращения 22 июля 2017.

Литература

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Электрон_(ракета-носитель)&oldid=18370874