采用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu),“中子”(Neutron)號火箭將成為全球第一個碳纖維復(fù)合材料大型運(yùn)載火箭。
憑借先前開發(fā)小型運(yùn)載火箭“電子”(Electron)的成功經(jīng)驗,美國領(lǐng)先的發(fā)射和空間系統(tǒng)公司“火箭實驗室”(Rocket Lab USA)開發(fā)了一款名為“中子”(Neutron)的大型運(yùn)載火箭,其載荷能力達(dá)8噸,可用于載人航天、大型衛(wèi)星星座發(fā)射和深空探測等任務(wù)。該火箭在設(shè)計、材料和可重復(fù)利用方面取得了突破性成果。
“中子”號火箭是一種可靠性高、可重復(fù)利用且低成本的新型運(yùn)載火箭。與傳統(tǒng)火箭不同,“中子”號火箭將根據(jù)客戶的需求進(jìn)行開發(fā),預(yù)計未來十年發(fā)射的衛(wèi)星中,80%以上都是衛(wèi)星星座,部署需求特殊。“中子”號火箭可專門滿足此類特殊需求。“中子”號運(yùn)載火箭取得了以下技術(shù)突破:
1、世界上第一款采用碳纖維復(fù)合材料的大型運(yùn)載火箭
“中子”號火箭將是世界上第一款采用碳纖維復(fù)合材料的大型運(yùn)載火箭?;鸺龑⒉捎靡环N全新、特殊的碳纖維復(fù)合材料,重量輕、強(qiáng)度高、可以承受發(fā)射和再入的巨大熱量和沖擊,使第一級能夠頻繁地重復(fù)使用。為了實現(xiàn)快速制造,“中子”號火箭的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)將使用自動纖維鋪放(AFP)工藝制造,該工藝可以在幾分鐘內(nèi)制造數(shù)米長的碳纖維復(fù)合材料火箭殼。
2、全新底座結(jié)構(gòu)簡化發(fā)射和著陸流程
可重復(fù)使用是實現(xiàn)頻繁且低成本發(fā)射的關(guān)鍵,因此從設(shè)計開始,“中子”號火箭就被賦予了著陸回收、再次發(fā)射的能力。從“中子”號火箭的外形來看,錐形設(shè)計以及寬大、堅固的底座,不僅簡化了火箭的復(fù)雜結(jié)構(gòu),還消除了對著陸腿和笨重的發(fā)射場基礎(chǔ)設(shè)施的需求。“中子”號火箭可不依靠發(fā)射塔架,僅憑自己的底座就可以進(jìn)行發(fā)射活動。發(fā)射入軌釋放二級火箭及載荷后,一級火箭將返回地球,在發(fā)射場軟著陸。
3、全新整流罩概念突破常規(guī)設(shè)計
“中子”號火箭的獨(dú)特設(shè)計還體現(xiàn)在名為“饑餓河馬”(Hungry Hippo)的整流罩上。“饑餓河馬”整流罩將成為火箭一級的一部分,與一級完全集成在一起;“饑餓河馬”整流罩不會像傳統(tǒng)整流罩那樣與火箭分離墜入大海,而是會像河馬張開大嘴一樣張開以釋放火箭二級和載荷,然后再次關(guān)閉并與一級火箭一起返回地球。降落在發(fā)射臺上的火箭是帶有整流罩的一級火箭,可在較短時間內(nèi)集成二級火箭并再次發(fā)射。采用“饑餓河馬”整流罩設(shè)計可加快發(fā)射頻率,消除在海上回收整流罩的高成本、低可靠性。
4、火箭二級具備高性能特征
由于采用“饑餓河馬”整流罩設(shè)計,火箭二級在發(fā)射時將完全被包圍在火箭一級和整流罩內(nèi)。因此,“中子”號火箭的二級將是歷史上最輕的火箭二級。通常,火箭二級是運(yùn)載火箭外部結(jié)構(gòu)的一部分,在發(fā)射期間將暴露在低層大氣的惡劣環(huán)境中;而通過安裝火箭一級和“饑餓河馬”整流罩,“中子”號火箭的二級無需承受發(fā)射環(huán)境的壓力,并可以顯著減輕重量,從而實現(xiàn)更高的太空性能。目前,火箭二級仍設(shè)計為一次性使用。
5、為可靠性和重復(fù)使用而打造的火箭發(fā)動機(jī)
“中子”號火箭將由全新的阿基米德火箭發(fā)動機(jī)提供動力。阿基米德由火箭實驗室設(shè)計并制造,是一款可重復(fù)使用的液氧/甲烷氣體發(fā)生器循環(huán)發(fā)動機(jī),能夠提供1兆牛頓推力和320秒的初始比沖(ISP)。“中子”號火箭一級采用7臺阿基米德發(fā)動機(jī),二級采用1臺真空版阿基米德發(fā)動機(jī)。“中子”號火箭采用輕質(zhì)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件,無需要求阿基米德發(fā)動機(jī)具備太高的性能與復(fù)雜性。通過開發(fā)性能適度、相對簡單的發(fā)動機(jī),可以大大縮短開發(fā)和測試的時間表。