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电动火箭即将问世,未来微纳卫星发射将摆脱“拼车”尴尬

2016-08-02

 

近日,由美国-新西兰火箭实验室公司研制的名为“电子”的世界首款电动火箭引起了各国的广泛关注。那么,这款火箭到底有何“过人之处”?又为何还没研制成功就先扬名呢?

首枚电动火箭“未发先火”
可将150公斤的载荷送入太阳同步轨道

此次美国-新西兰火箭实验室公司研制的“电子”电动火箭,是世界上首款采用电机驱动涡轮泵发动机的液体火箭。这种设计大幅简化了传统液体火箭发动机中最复杂和具有挑战性的涡轮泵的设计工作。



美国-新西兰火箭实验室公司研制的“电子”电动火箭结构示意图。

该电动火箭之所以还未研制成功就引起轰动,除了火箭本身的设计特色外,还因为它没有选择与传统大、中型运载火箭在商业发射市场上面对面的“贴身肉搏战”,而是另辟蹊径,专注于微纳卫星的市场,开辟了一片尚未成熟却极具发展潜力的蓝海市场。

该火箭可将150公斤的有效载荷送入太阳同步轨道。箭长16米,直径1.2米,火箭一级由9台名为“卢瑟福”的液氧/煤油发动机构成。

而火箭实验室公司作为一家初创企业,颇有些“初生牛犊不怕虎”的风范。为了缩短制造周期,压缩成本,降低火箭自重,采用了一系列激进的设计思路。

首先,他们采用电泵发动机方案,由锂离子聚合物电池驱动电机,再让电机驱动涡轮泵来送液体燃料。

其次,火箭一、二级共用同款“卢瑟福”液氧/煤油发动机的不同版本。


由多台电动发动机推动起飞。

再次,发动机主要部件均采用3D打印技术制成,包括发动机燃烧室、涡轮泵、推进剂阀和喷注器等,未来可使单台发动机的制造时间缩短至3天。

最后,火箭还大量使用了碳纤维复合材料,其整流罩重量不足30公斤。这一系列设计使得该型火箭在同等级运载火箭中具备了可观的运载系数。

源源不断的订单
未来可满足每周发射1次的需求

虽然电子火箭的150公斤运载能力仅是传统大、中型运载火箭的零头,而且首飞日期因种种原因一再推迟,但丝毫不能阻止这款火箭承接源源不断的订单。

客户中不乏包括知名的微纳卫星制造商,如天空盒子成像公司和行星遥感卫星公司,甚至美国宇航局也成为了该公司发射立方星的客户之一。

近期,行星遥感卫星公司已经正式订购了3次专用发射服务,利用电子火箭将其研发的鸽卫星送入轨道。而鸽卫星是一个3个单元的立方星,质量约5公斤,该合同也是其首个专项发射任务合同。

此外,参与谷歌登月大赛的月球快车公司也已成为他们的客户之一。根据火箭实验室公司官网显示,在2018年之前的10次发射已经全部预订完毕,而之前亦有消息称其意向订单已经多达30枚。


电动发动机上部分结构图。

电子运载火箭之所以如此“受宠”,一方面是发射报价相当低廉。另一方面是由于立方星市场的高度商业化,火箭实验室公司甚至支持网上预约发射,发射卫星变得就像我们出游搭乘飞机一样简单。

此外,电子火箭另一个受到客户欢迎的原因,是它既灵活又快速的发射流程。这可以大幅度压缩卫星的排队等待时间,并给予客户相对于传统搭载发射更多的话语权。

火箭实验室公司的CEO在接受媒体采访时曾透露,该公司已经在卡纳维拉尔角租用了发射场,并不遗余力地争取美国联邦航空管理局的发射许可证。此外,为了满足未来可能每周发射一次的高密度需求,该公司已经完成了新西兰北岛自建发射场的试运行,正在积极制造首飞箭。

为客户摆脱“拼车”尴尬
发射成本更低、周期更短、灵活性更高

当前,小卫星的发射平台大多为具备几吨乃至十几吨近地轨道运力的大、中型运载火箭,而发射模式也基本是“拼车”和“搭车”两种模式。对于微纳卫星的客户而言,无论哪种方式发射,都存在诸多弊端。

首先是载荷进场不同步和主载荷的延迟,以及传统发射承包商积压的大量发射订单,都可能导致发射推迟,这无形中拉高了卫星成本。


电火箭的发动机工作原理。

其次,由于受限于火箭主载荷的目标轨道和客户需求,这个“车”也不是微纳卫星们想搭就能搭的。

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