12 запусков новозеландской ракеты-носителя Electron
Ракета-носитель Electron
Два с половиной года тому назад, 21 января 2018 года в мире появилась 12-ая космическая держава - Новая Зеландия. Свою страну в "космический клуб" - впервые в истории - ввели частные предприниматели. Разработка сверхмалой ракеты-носителя Electron и ее запуск были осуществлены стартапом Rocket Lab инженера и предпринимателя Питера Бека при поддержке сэра Стивена Тиндалла, местного миллиардера и создателя крупнейшей сети магазинов розничной торговли The Warehouse.
Electron - двухступенчатая ракета-носитель (РН), работающая на традиционном кислородно-керосиновом топливе. Длина ракеты составляет 17 метров, диаметр - 1.2 метра. Масса вместе с топливом - всего 12.550 кг, полезная нагрузка (ПН) - до 225 кг на низкой околоземной орбите или до 150 кг на солнечно-синхронной орбите высотой 500 км. По своим параметрам РН "Электрон" относится к сверхмалому классу, который стал востребованным сравнительно недавно благодаря миниатюризации спутников.
Конструктивные особенности сверхмалой ракеты Electron
Ракетный двигатель Rutherford
Новозеландская ракета отличается не только сверхмалыми размерами (по факту, это пока единственная РН сверхлегкого класса), но и современными технологиями, которые прежде в ракетостроении не практиковались. Корпус ракеты выполнен из углепластика, ракетные двигатели Rutherford ("Резерфорд") напечатаны на 3D принтере, а топливные насосы приводятся в действие электромоторами на Li-Pol аккумуляторах.
Последняя особенность ракеты очень интересна! Вместо традиционного ТНА - турбонасосного агрегата применяются электрические топливные насосы. ТНА является слабым местом современных ракетных двигателей замкнутой схемы, поскольку его работа зависит от качества очистки ракетного топлива. Новый способ подачи топлива, который впервые применен на новозеландской ракете, обещает быть намного более надежным.
Тяга одного РД "Резерфорд" составляет 1835 кгс на земле и 2140 кгс в вакууме, с вакуумным соплом - 2240 кгс. Удельный импульс - 260 сек на земле, 303 сек в вакууме и 333 сек с вакуумным соплом.
Компоновка РН Electron полностью аналогична американской РН Falcon 9 - две последовательные ступени, девять ракетных двигателей на первой ступени и один c вакуумным соплом - на второй ступени. Конструктивное совершенство первой ступени составляет около 1:10 - 950 кг массы конструкции при 9250 кг ракетного топлива.
Вторая ступень РН Electron имеет массу 250 кг при массе топлива 2150 кг, т.е. ее конструктивное совершенство составляет всего 8.6. Здесь сказывается масса трех литиево-полимерных аккумуляторов, которые обладают невысокой энергоемкостью. Но разряженные аккумуляторы второй ступени сбрасываются по мере набора скорости, так что на орбиту выходит только последний из них.
Для разведения малых спутников по орбите применяется орбитальный блок с ракетным двигателем Curie ("Кюри"), рассчитанном на многократные включения. Этот ракетный двигатель также напечатан на 3D принтере. Как утверждается, он использует "зеленое" нетоксичное ракетное топливо, что выглядит весьма актуально на фоне произошедшего 21 мая разлива азотного тетраоксида из российского разгонного блока "Фрегат" в Куру. Но детали относительно топлива и конструкции Curie не сообщаются. Полезная нагрузка орбитального блока составляет до 150 кг, после выполнения необходимых операций по выведению спутников он сходит с орбиты.
Полеты сверхмалой ракеты Electron
Да, эта новозеландская ракетная штука хорошо летает, в отличие от известной новозеландской птицы Киви, которая является национальным символом "зеленой страны". Первый же испытательный запуск Electron 25 мая 2017 года был частично удачным. Ракета немного не добрала скорость для выхода на орбиту из-за ошибки арендованной на стороне телеметрической системы. В компании сделали из этого выводы и теперь полагаются только на собственное оборудование.
Орбитальный блок Curie
Во время исторического второго запуска 21 января 2018 года на околоземную орбиту были доставлены три маленьких кубсата - так называются унифицированные спутники, "составленные из кубиков" объемом 1 куб.дм - 10x10x10 см. Тогда же был испытан орбитальный блок "Кюри". Третий запуск 11 ноября 2018 года стал коммерческим, т.к. у фирмы-стартапа уже был набран портфель заказов (что говорит о наличии хорошо организованной поддержки в космической отрасли). Частной компанией Moon Express планировался даже полет на Луну в рамках конкурса Google Lunar X Prise, который, правда, не состоялся.
С тех пор выполнено уже 12 запусков ракеты Electron с самыми различными целями. Интересно, что даже такая сверхмалая ракета в каждом запуске выводит несколько спутников-кубсатов - до 12 штук! Многие запуски выполняются для министерства обороны, военно-воздушных сил и военно-космической разведки США. Последний запуск Electron был выполнен 13 июня, следующий планируется на 3 июля - основной нагрузкой будет спутник Canon, а компанию ему составят шесть кубсатов.
Концепция многоразового использования ракеты Electron
Во время десятого запуска РН "Электрон" 6 декабря 2019 года был осуществлен управляемый спуск первой ступени в атмосфере для отработки ее многоразового применения. Разработчики считают этот этап самым сложным из-за больших тепловых нагрузок на конструкция ступени. При этом, в отличие от американской возвращаемой ракеты Falcon 9, на Electron не будет применяться реактивное торможение. Предполагается, что первая ступень Electron будет спускаться на парашюте в воду или перехватываться вертолетом с помощью с помощью специального "небесного крюка" (skyhook). Испытания это системы уже были проведены 11 апреля 2020 года в открытом океане - первую ступень сбросили с вертолета и после раскрытия парашютов поймали с помощью skyhook.
Ракета Electron на рынке космических запусков
Питер Бек, создатель
РН "Электрон"
Производство ракеты Electron ведется на заводе Rocket Lab в Окленде, а запуски выполняются с полуострова Махия, все в Новой Зеландии. В третьей четверти 2020 года планируется первый запуск со второй стартовой площадки на острове Уоллопс в Вирджинии, США, которая находится поближе к основным заказчикам Rocket Lab. Стоимость запуска ракеты Electron составляет всего 4.9-6.6 млн. долларов, что на порядок меньше по сравнению с самыми дешевыми существующими ракетами-носителями. Поэтому сверхмалый формат сейчас считается перспективным. В частности, в России планируют объявить конкурс на создание РН СЛК, один из проектов которой компонуется аналогично "Электрону" и обладает полезной нагрузкой в 360 кг.
Пока будущие конкуренты готовят и испытывают свои сверхлегкие ракеты, компания Rocket Lab планирует перехватить растущий рынок запуска малых спутников у крупных компаний - "Роскосмоса", SpaceX и индийской ISRO. Стоимость вывода в расчете за килограмм у "Электрона" выше, чем у ракет среднего класса, но его конкурентов приходится ждать годами, пока они формируют свои кластеры из сотен мелких спутников. В отличие от этого, Rocket Lab предоставляет услуги по оперативному запуску, а ее целью является выход на ежемесячный график полетов.
Основатель компании Rocket Lab выглядит очень молодо и это говорит о том, что у его космического детища все впереди. Думается, что мы увидим в его исполнении не только запуски на околоземные орбиты, но и полеты кубсатов к Луне и планетам Солнечной системы!
