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 ;)

[penetrat0r.livejournal.com]

Гут.

[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.

[antonkachinskiy.livejournal.com]

И еще бы возможно изначально многоразовая первая ступень....

[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.

[john-jack.livejournal.com]

Есть обратное мнение, что нет ничего более постоянного чем временное. И кто-то явно не хотел застрять в тупике с временным-промежуточным-оптимальным решением.

[lx-photos.livejournal.com]

Интересно, спасибо.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Тоже верно)

[fonzeppelin.livejournal.com]

Спасибо за уточнение!

[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)

[agordian.livejournal.com]

Я ж не спорю, пусть попробуют. Что в идеале эффективнее, не факт, что хорошо покажет себя в конкретном применении.

[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.

[irsi-ru.livejournal.com]

> Уж собственный вес она как-нибудь выдержит.

Нет разумеется. Ракетные баки свой вес обычно не держат — слишком тяжелые получаются. За счет избыточного давления живут. :)

[fonzeppelin.livejournal.com]

Эм, это только если баки "надувные". Сейчас такие только на ступени "Центаур" применяются.

[antonkachinskiy.livejournal.com]

Так с ходу сбацать сразу окончательное решение тоже явно не выйдет....

[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)

[midzenis.livejournal.com]

Наверное, но тогда сильно в теме надо быть. NGINX тоже можно оптимизировать бесконечно, в соответствии с нагрузкой ;>

[irsi-ru.livejournal.com]

Центавр все-таки немного экстремальный вариант... Но и в обычных баках... оно желательно.

[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.

[midzenis.livejournal.com]

Римейк "Дюны" мой ответ ;>
Ок, может и лишнее.
{придираясь к пустякам}>> с помощью небольших крылышек в передней части
Так как оно задницейвперед садится — правильней наверно было бы носовой части.
P.S.

Рептиолоид — он всегда мешает, сам страдаю.

[jr0.livejournal.com]

Точно не выйдет? И Starship — компромисс. Предлагается понятное развитие — увеличенный проект.

А смотреть надо не на размер, конечно, а на затраты запуска.