Кусачий "Нейтрон" от Rocket Lab

[fonzeppelin]

Новозеландско-американская компания «Rocket Lab» пользуется заслуженной славой одного из первых успешных космических стартапов. Основанная в 2006 году новозеландским инженером Питером Беком, компания успешно разработала, и в 2018 году впервые запустила сверхлегкую ракету-носитель «Электрон». Созданный с применением новаторских технологий (композитная конструкция, широкое применение 3D-печати, питаемые от аккумуляторов электрические насосы вместо традиционных турбопомп), «Электрон» успешно завоевал нишу вывода легких — 225-300 кг — нагрузок. К настоящему времени, ракета уже выполнила 22 запуска, из них 19 успешных.

В настоящее время, «Rocket Lab» работает над многоразовой первой ступенью для «Электрона»: предполагается, что ступень будет спускаться на парашюте и подхватываться в воздухе вертолетом. Однако, как выяснилось, планы компании этим не ограничиваются...

На недавней презентации в декабре 2021 года, Питер Бек обнародовал планы создания «ракеты 2050 года» под названием «Нейтрон». В отличие от скромного «Электрона» (длина 18 метров, диаметр 1,2 метра, вес 12,5 тонн), «Нейтрон» уже будет ракетой среднего класса, длиной 40 метров, наибольшим диаметром 7 метров, и взлетной массой 480 тонн. Задумывается он как частично-многоразовая ракета - с возвращаемой первой и одноразовой второй ступенью. Полезная нагрузка — 8 тонн на НОО в частично-многоразовой, до 15 тонн на НОО в одноразовой конфигурации.

Из наиболее интересных деталей:

* Вторая ступень ракеты размещается ВНУТРИ первой. Аэродинамический обтекатель представляет собой четыре раскрывающиеся створки, закрепленные на первой ступени. Внутри обтекателя располагается не-аэродинамичная (голые бак, двигатель, система управления и полезная нагрузка) вторая ступень. При разделении ступеней, обтекатель раскрывается, и вторая ступень выскальзывает наружу. Затем обтекатель снова закрывается, и возвращается вместе с первой ступенью.

Такая конструкция позволяет:

1. Упростить процедуру спасения и повторного использования обтекателя — он просто возвращается на космодром вместе с первой ступенью.


2. Избавиться от необходимости таскать на второй ступени (которая, собственно, и отвечает за большую часть орбитальной скорости) аэродинамическую обшивку, наружную конструкцию и т.д. Тем самым достигается значительная экономия веса.


3. Оптимизирует форму первой ступени при посадке, делая ее более обтекаемой.

Любители кинофантастики не преминули отметить, что с раскладными «челюстями» обтекателя, новая ракета смахивает на космический корабль злодейской организации «Спектр» из фильмов о Джеймсе Бонде:

В фильме "Живешь только дважды", СПЕКТР использовал этот корабль, чтобы похищать советские и американские космические аппараты, тем самым провоцируя конфликт между СССР и США.

* Вторая ступень не закрепляется на жестком основании, а подвешивается к первой ступени на тягах. То есть при взлете, на нее действует не сжимающая, а растягивающая нагрузка.

Такая компоновка позволяет резко и радикально снизить массу второй ступени. Вся «соль» в том, что существует не так уж и много легких и прочных материалов, хорошо выдерживающих сжатие — но зато весьма много легких и прочных композитов, хорошо справляющихся с растяжением. И изготовив вторую ступень с рассчетом на растяжение при запуске, можно сделать ее из гораздо более легких материалов, заменив жесткие опоры — тягами и троссами.

* Ракета имеет коническую форму, широкую у основания и сужающуюся к вершине. Такая форма позволяет, при входе в атмосферу, равномерно распределить давление и избежать формирования ударных волн на обшивке. В этом содействует и конический обтекатель

* Основные компоненты ракеты (включая двигатели) изготавливаются методом 3D-печати. Корпус и баки делаются из патентованного углеродного композита, обладающего высокой упругостью, и способного восстанавливать форму после нагрузок. 

На презентации Бек не преминул продемонстрировать преимущества композитов в сравнении с нержавеющей сталью и алюминием. Главным аргументом, впрочем, он назвал высокую скорость изготовления композитных конструкций стереолитографическими установками (метры в минуту, против миллиметров в минуту для металлических).

* Двигатель «Архимед» на топливной паре метан/жидкий кислород рассчитан на 1.000.000 ньютонов тяги, и удельный импульс в 320 секунд.  Первая ступень ракеты оснащена семью «Архимедами», вторая — одним. Семь двигателей первой ступени возвращаются вместе с ней, и используются для посадки. Двигатель второй ступени расходуется.

Двигатель откровенно «не хватает звезд с неба» и спроектирован с расчетом на максимальную дешевизну серийного производства и простоту обслуживания. Нагрузки на конструкцию сведены к минимуму. Выбор метана связан, главным образом, с желанием упростить послеполетное обслуживание — в отличие от традиционного керосина, метан не образует сажи на компонентах двигателя.

* Первая ступень ракеты рассчитана на возвращение к месту запуска и пропульсивной (с использованием двигателей) вертикальной посадки на наземную площадку. Для возвращения к месту запуска, ракета использует управляемый вход в атмосферу с двумя зажиганиями двигателя, аэродинамическое торможение и маневрирование с помощью небольших крылышек в передней части. Посадка выполняется на опоры, встроенные в стабилизаторы ракеты.

Планируется, что первая ступень сможет совершить не менее 10 полетов. За счет простоты конструкции и оптимизации обслуживания, компания хочет добиться 24-часового цикла подготовки к повторному полету. В перспективе, не исключается и возможность посадки на корабль-платформу в океане, что серъезно упростит посадочную траекторию первой ступени.

В целом, проект «Нейтрон» представляет собой смелый и оригинальный шаг в сторону оптимизации многоразовых ракет-носителей. Совершенно явно, что он создается как прямой конкурент нынешней «звезде» семейства многоразовых ракет-носителей — Falcon-9 от SpaceX. Наследуя многие удачные решения от Falcon-9, "Нейтрон" дополняет их такими новинками как кислород-метановые двигатели (значительное упрощение обслуживания), композитный корпус, интегрированные створки обтекателя. И если весьма амбициозные планы Бека будут идти строго по графику, то первый полет ожидается в 2024, а начало коммерческих рейсов — в 2025 году.

Comments

[antonkachinskiy.livejournal.com]

Пока я бы сказал что со Страшипом Маск свернул не туда.
Но свято место пусто не бывает и вот явился Нейтрон ;)

[fonzeppelin.livejournal.com]

Да, есть мнение, что на данный момент оптимальной была бы не такая амбициозная ракета — а, например, "мини-Старшип" в качестве возвращаемой верхней ступени для Falcon Heavy.

[penetrat0r.livejournal.com]

Гут.

[john-jack.livejournal.com]

Висячий!
Планово придерусь: корпус делают таки не стерео и не лито графией, а вполне механической укладкой ткани. Нечто среднее между печатью и "обычной" механизацией, отчего оно и получается так быстро. И мотают кажется даже на болванку.
А так да, вполне себе развитие Фалкона по опыту эксплуатации, только сразу сделанное как многоразовая ракета. Те же простые двигатели умеренного давления, ещё более лёгкая вторая ступень.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Спасибо за уточнение!

[lx-photos.livejournal.com]

Интересно, спасибо.

[agordian.livejournal.com]

Интересная конструкция. Видно, что человек думал, ночей не спал.

Но вот это решение — подвештвание второй ступени на растяжках — очевидно рискованное. Будет много непредвиденных засад. Например, а боковые нагрузки как собираются компенсировать? Тоже тросами? Много тросов — это очень вероятное запутывание в момент отделения. Хорошо, собирать р/носитель _только_ в вертикальном положении. А транспортировать до космодрома вторую ступень? На Боинге, на судне, на ж/д платформе, на трейлере. Это я к тому, что удастся ли серьезно сэкономить на тяжелых материалах?

Но кто-то должен попробовать. Нейтрону удачи!

[fonzeppelin.livejournal.com]

Но вот это решение — подвештвание второй ступени на растяжках — очевидно рискованное. Будет много непредвиденных засад. Например, а боковые нагрузки как собираются компенсировать? Тоже тросами? Много тросов — это очень вероятное запутывание в момент отделения.

Тут пока еще не ясно: на схеме вообще момент прицепления не показан. Предполагаю, что они его еще всеръез не прорабатывали — только просчитали, что так выгоднее.

P.S. Собственно, что тянущие схемы эффективнее толкающих известно давно)

[john-jack.livejournal.com]

В транспортировке вторая ступень это компактный и очень лёгкий пустой бак. Без спутника сверху. Уж собственный вес она как-нибудь выдержит.

[jr0.livejournal.com]

Где вы тросы вообразили? Сжимающую нагрузку дает напор воздуха. Нет напора, нет сжатия, которое превысило бы растяжение наддува баков.

[tersan.livejournal.com]

Я ещё не понял, а вот за что именно подвешивается вторая ступень? Ну там в карбоне дырочки просверлят и люверсы вставят? Или вот как?)

[midzenis.livejournal.com]

>>что ступень будет спускаться на парашюте и подхватываться в воздухе вертолетом.
{гневно, совеццки} ну украли же, украли! ;>
На самом деле так себе затея, так эй 30 лет в обед. Ну с другой стороны, пресрелиз сам себя не захаипит?
>>Вторая ступень ракеты размещается ВНУТРИ первой
Ухх, круто, оказывается можно что то новое придумать.
P.S.
На пресс-конференции не видно не одного негра или маори. Они чего себе позволяют, повесточка же?!?

Спасибо за пост, информативно как всегда.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Пожалуйста!

Ухх, круто, оказывается можно что то новое придумать.

Возможностей оптимизации на самом деле очень много)

[jr0.livejournal.com]

Верхняя ступень внутри обтекателя — старое решение.

[midzenis.livejournal.com]

Заметка хороша сама по себе, но хотелось отметить что вы хитрым образом обходите "актуально гендерно политишные" вопросы, что хорошо и правильно но редкость в наши дни.
Космос велик и Марс будет наw!

[fonzeppelin.livejournal.com]

Эм? При чем тут гендерная политика?

[lazy-flyer.livejournal.com]

аэродинамическую обшивку, наружную конструкцию и т.д.

Ээээээ...Тащемта обшивка и есть конструкция — она несущая.

[spamsink]

троссами

Одна С лишняя.

[vakhnenko.livejournal.com]

Мне очень нравится этот проект. Бек молоток.

Интересно, на какую операционную стоимость пуска они закладываются.

[ze-danilla.livejournal.com]

может статься что Рокет Лаб готовятся к уже прошедшей войне...

[jr0.livejournal.com]

1. Дорогая технология с углепластиком и огромным автоклавом.

2. Верхняя ступень с системой управления одноразовая.

3. Обтекатель тесный.

4. Расчетный груз мал. Это как Союз 2, вдвое меньше Falcon 9 с возвращением ступени. За счет, правда, флота SpaceX, меньшего ресурса обтекателя у них. Большой ресурс, если и будет, не быстро вернет начальные затраты.

5. Стоимость первых десятков пусков будет зависеть от скорости разработки. Falcon 1 разработан дешевле Electron, напомню.

6. Нижняя ступень, похоже, и тут не использует аэродинамику для торможения. То есть падает без угла атаки. Странно.

7. Нет возможности построить Heavy.

8. Намного дороже возможность запустить без возврата пусковой ступени. Дороже ее потеря за счет размера и углепластика.

[mechnik.livejournal.com]

Общий лейт-мотив конструкции: "ничего нового, но, оказывается, ТАК можно было". По своему — гениально.

[liendain.livejournal.com]

А ведь если у них получится - это будет первая космическая ракета, взлетающая и садящаяся визуально "целиком", как в старой фантастике. По-моему, уже ради этого можно пожелать, чтобы получилось)

[jr0.livejournal.com]

Изобрести новый принцип не удается. Это не значит, что использование известных из литературы и даже редких применений принципов не ново. Проект пытается использовать возможности углепластика полностью. Мне кажется, что именно это новое. Цилиндрические баки Electron или пластиковые корпуса твердотопливников — другое, старое.

[Михаил Салтыков (from livejournal.com)]

1. Заменить сжатие на растяг проще наддувом баков.
2. В работе на сжатие проблема не с самим материалом, а с устойчивостью конструкции — сила никогда не приложена строго вдоль и будут изгибающие моменты. Для противодействия которым и приходится городить ребра жесткости.
3. 8 тонн ПН, сама ступень пусть две тонны пустая — у Фалькона 4, но он люминиевый. Тяга двигателя 100 тонн. Под конец работы даже с дросселированием до 20 % будет 2-кратная перегрузка которую не скинуть на первую ступень. А скорее и трехкратная. Так что скорее всего подвеска облегчает конструкцию первой ступени, а не второй.