«Электрон» ( англ. Electron ) — ракета-носитель сверхлёгкого класса , разработанная новозеландским подразделением американской частной аэрокосмической компании Rocket Lab .

Предназначена для коммерческих запусков микро- и наноспутников , позволяет вывести полезную нагрузку массой до 150 кг на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км или до 250 кг на низкую околоземную орбиту . Стоимость запуска ракеты-носителя составляет от 4,9 до 6,6 млн долларов США . Её двигатели Резерфорд — первые практически используемые двигатели с электрическими насосами топлива и окислителя. Ракета эксплуатируется часто вместе с собственными разгонным блоком или платформой «Фотон». Хотя изначально ракета была одноразовой, компания работает над созданием многоразовой модификации и уже дважды смогла приводнить первую ступень в океане.

Начало эксплуатации

Квалификационные огневые тесты обеих ступеней завершены в конце 2016 года . Первый испытательный полёт (неудачный: ракета достигла космоса, но не вышла на орбиту) состоялся 25 мая 2017 года .

В свой второй полёт 21 января 2018 Электрон успешно вывел три кубсата . Первый оплаченный полёт (третий по счёту) состоялся 11 ноября 2018 г.

Начиная со второго квартала 2017 года, в компании намерены с помощью ракеты-носителя производить ежеквартальные коммерческие запуски кубсатов на солнечно-синхронную орбиту, стандартный полёт будет вмещать два 12U, четыре 6U, десять 3U и четыре 1U-кубсата с суммарной стоимостью запуска около 6,5 млн долларов .

Конструкция

Основные конструктивные элементы ракеты-носителя, несущий цилиндрический корпус и топливные баки обеих ступеней выполнены из углепластика и производятся компанией Rocket Lab на собственном заводе в Окленде , Новая Зеландия. Двигатели и авионика производятся в Калифорнии , США . Применение композиционных материалов позволило существенно снизить вес конструкции. Обе ступени ракеты-носителя используют в качестве компонентов топлива керосин (горючее) и жидкий кислород ( окислитель ) . .

Первая ступень

Внешние видеофайлы

Высота ступени составляет 12,1 м , диаметр — 1,2 м , сухая масса — 950 кг . Вмещает до 9250 кг топлива .

Первая ступень оборудована девятью жидкостными ракетными двигателями « Резерфорд », схема расположения двигателей подобна первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 — один центральный двигатель и 8 расположенных вокруг него .

Резерфорд — двигатель собственного производства Rocket Lab, все основные детали которого создаются способом 3D-печати . Насосный агрегат приводится двумя электродвигателями , питающимися от установленных на ступени 13 литий-полимерных аккумуляторов . Используются вентильные двигатели постоянного тока , каждый из которых развивает мощность около 37 кВт при скорости вращения 40 000 оборотов в минуту , что позволяет повышать давление в топливной магистрали от 0,2—0,3 МПа до 10—20 МПа .

Тяга ступени на старте составляет 162 кН и повышается до 192 кН в вакууме. Удельный импульс — 303 с . Время работы ступени — около 155 секунд . .

Управление вектором тяги осуществляется одновременным отклонением всех 9 двигателей от центральной оси .

Отстыковка ступени производится с помощью пневматических механизмов, приводимых в действие с помощью сжатого гелия , который используется также для наддува баков .

Возвращение первой ступени

Внешние видеофайлы

Компания работает над многоразовой моделью Электрона с 2018 года, и впервые объявила о своих планах 6 августа 2019. Как небольшое и недорогое средство вывода, Электрон не планировался многоразовым, однако, такие планы возникли после анализа информации с датчиков внутри носителя. Кроме того, многоразовость сможет позволить более частые запуски, используя уже летавшие экземпляры. Для компенсации дополнительной массы оборудования посадки мощность ракеты рассчитывали со временем увеличить. Поначалу задача заключалась в сборе данных и успешном прохождении плотных слоёв атмосферы, прозванных в компании «стеной». В целом, после прохождения «стены» планируется применить аэродинамический тормоз (о нём мало известно и компания не предоставляет подробную информацию) , затем парашют-крыло ( парафойл ) до приводнения в океане. Начиная с десятого запуска запланировано использование обновлённой первой ступени с изменениями, направленными на возврат ступени . Изначально она будет опускаться на воду, в дальнейшем планируется её перехват в воздухе с использованием вертолёта.

После 11 полёта («Birds of a Feather») в середине февраля 2020 прошли испытания парашютов на небольшой высоте. В апреле 2020 компания опубликовала материалы успешного перехвата спускающейся ступени с помощью вертолёта, произведённого еще в марте. Опытный образец был поднят в воздух вертолётом, после чего в свободном падении раскрыл парашюты и был подхвачен вертолётом, несущим длинный крюк, на высоте 1500 м, а затем доставлен на землю.

В 16 полёте («Return to Sender») 20 ноября 2020 г. впервые удалось довести ступень целой до приводнения в Тихом океане .

В полёте 32 («Catch Me If You Can») 4 ноября 2022 г. ракета была снабжена системой возвращения, задействовала её, однако вертолёт не смог приблизиться для захвата из-за потери телеметрии.

Модификации первой ступени

Изначально Электрон выводил максимальную нагрузку в 150—225 кг на 500-км солнечно-синхронную орбиту . К августу 2020 Rocket Lab анонсировала увеличение полезной нагрузки Электрона до 225—300 кг, что объясняется увеличившейся ёмкостью электрических батарей; такое увеличение компенсирует дополнительную массу добавившихся посадочных устройств, или позволяет выводить большую нагрузку в межпланетных миссиях, если ракета-носитель расходуется, а не возвращается . Также были заявлены расширенные отсеки полезной нагрузки: диаметром 1,8 м (шире самой ракеты) и длиной 2,5 м .

Для достижения же многоразовости в конструкцию были внесены изменения:

• полёты 6 («That’s a Funny Looking Cactus») и 7 («Make it Rain») несли датчики для сбора информации при подготовке многоразовости;
• полёт 8 («Look Ma No Hands») имел на борту инструментарий сбора данных Брутус (Brutus), способный выдержать приводнение;
• полёт 10 («Running out of Fingers», декабрь 2019) был произведён на модернизированной ступени, которой можно было управлять при снижении, она содержала аппаратуру навигации, компьютеры управления полётом и антенны связи через спутники в C-диапазоне для передачи данных прямо во время спуска, а также реактивную систему управления для управления ориентацией ступени. После разделения ступеней первая ступень была развернута на 180°. На протяжении всего спуска её направление и угол атаки управлялись для оптимальной защиты тепловым щитом в её основании. Ступень успешно преодолела вход в атмосферу, несмотря на полное отсутствие замедляющих механизмов, и приводнилась в океан с частичным разрушением на скорости 900 км/ч (250 м/с), как и планировалось (для компании было важно не сохранить ступень целой, а испытать прохождение атмосферы ).
• в полёте 11 («Birds of a Feather») была выполнена аналогичная посадка . Других таких тестов пока не планируется .

На 2023 г. rомпания модифицировала первую ступень ракеты для повторного использования, улучшив водонепроницаемость первой ступени (которая после использования опускается на парашюте в воду, откуда ее вылавливает корабль), также изменен способ подъёма ступени на судно и облегчена конструкция парашюта

Вторая ступень

Внешние видеофайлы

Длина составляет 2,4 м, диаметр — 1,2 м, сухая масса — 250 кг. Вмещает до 2150 кг топлива .

Вторая ступень использует один двигатель Rutherford, оптимизированный для максимально эффективной работы в вакууме и оборудованный увеличенным неохлаждаемым сопловым насадком . Тяга двигателя в вакууме составляет 22 кН, удельный импульс — 333 с .

Ступень оборудована тремя литий-ионными батареями для питания электропривода топливного насоса двигателя, 2 из них сбрасываются после исчерпания, позволяя снизить сухую массу ступени .

Контроль вектора тяги по тангажу и рысканию производится за счёт отклонения двигателя, контроль вращения и управление положением ступени осуществляется с помощью системы реактивных газовых сопел .

Вторая ступень оборудована приборным отсеком, в котором расположены системы управления ракеты-носителя, которые разработаны и произведены компанией Rocket Lab .

Головной обтекатель

Ракета оборудована композитным обтекателем длиной 2,5 м, диаметром 1,2 м и массой около 50 кг .

Отличительной концепцией Rocket Lab является отделение процесса монтажа полезной нагрузки внутри обтекателя от сборки остальной ракеты. Это даёт возможность заказчикам, собственникам спутников, осуществлять интеграцию полезной нагрузки с адаптером и инкапсуляцию в обтекателе на своих предприятиях самостоятельно, а затем доставлять этот модуль в собранном виде к стартовой площадке, где он будет быстро интегрирован с ракетой .

Третья ступень и «Фотон»

Компанией разработана опциональная третья ступень, разгонный блок ( kick stage, KS ), необходимый для выведения на круговые орбиты. Кроме того, ступень повышает точность выведения и делает это за меньшее время. Ступень содержит один двигатель «Кюри» (Curie) со способностью к многократному пуску, который использует не раскрытое «зелёное» топливо, и также изготавливается с помощью 3D-печати. Впервые такая ступень была применена на втором полёте Электрона. Она способна нести до 150 кг полезной нагрузки.

Компания разработала следующую версию третьей ступени — космическую платформу «Фотон» (Photon), ориентированную на лунные и межпланетные запуски. Такая версия способна нести до 30  кг на лунную орбиту.

Стартовая площадка

Rocket Lab LC-1

Изначально стартовый комплекс планировали разместить недалеко от новозеландского города Крайстчерч на Южном острове . Однако по экологическим требованиям место для площадки было перенесено на Северный остров .

Запуски ракеты-носителя Electron производятся со стартового комплекса англ. Rocket Lab Launch Complex 1 , построенного на , находящегося на восточном побережье Северного острова Новой Зеландии .

2 сентября 2016 года в 4:37 утра примерно в 100 км севернее стартовой площадки произошло землетрясение магнитудой 7,1. Стартовые сооружения и 50-тонная стартовая платформа не пострадали, что подтвердила пресс-секретарь компании Rocket Lab англ. Catherine Moreau Hammond .

Официальное открытие комплекса состоялось 26 сентября 2016 года . Лицензия на пусковую деятельность выдана на 30 лет и предполагает возможность запуска каждые 72 часа . Расположение комплекса позволяет выводить полезную нагрузку на орбиты с разным наклонением, в диапазоне от 39 до 98° .

Центр управления полётами расположен примерно в 500 км северо-западнее стартового комплекса в городе Окленд . Оборудование центра позволяет отслеживать 25 000 каналов данных передаваемых в реальном времени со стартового комплекса, ракеты-носителя и полезной нагрузки .

В декабре 2019 года начались работы по постройке второй стартовой площадки ( Pad B ) на стартовой комплексе LC-1, недалеко от первой площадки. Окончание работ ожидается в конце 2020 года .

Rocket Lab LC-2

В октябре 2018 года компания сообщила, что выбрала для постройки своего второго стартового комплекса Среднеатлантический региональный космопорт в полётном центре Уоллопс , штат Виргиния , США . Стартовый комплекс был официально открыт в декабре 2019 года , первый запуск запланирован на 2020 год.

Запуски

Сравнение с аналогами

В настоящее время другие действующие носители сверхлёгкого класса есть только в Китае — это твердотопливные ракеты, созданные на основе первой ступени ракеты средней дальности DF-21. Наиболее близким по характеристикам является воздушно-космический комплекс на базе крылатой ракеты « Пегас », формально относящийся к лёгкому классу. Среди остальных проектов часть, как и «Электрон», прошли первые лётные испытания (все неудачно, за исключением японской SS-520-5, но она относится к ещё более лёгкому классу), другие готовятся к первым стартам .

Название	Организация-разработчик	Страна	Максимальная полезная нагрузка, кг	Орбита	Стоимость пуска, млн $ (год оценки)	Количество пусков
Электрон	Rocket Lab	США Новая Зеландия	150	ССО	4,9—6,6	25 (2022)
Пегас	Orbital Sciences Corporation	США	443	НОО	40 (2014)	44 (2019)
	Гавайский университет Сандийские национальные лаборатории Aerojet Rocketdyne	США	250	ССО	—	1 (2015)
SS-520-4	IHI Aerospace	Япония	4	НОО	3,5 (2017)	2 (2018)
LauncherOne	Virgin Orbit	США	300	ССО	—	0 (2018)
Vector-R		США	30— 45	ССО	1,5—2	0 (2018)
Vector-H			125		3—3,5	0 (2018)
Куайчжоу-1A		Китай	250	ССО (500 км)	—	9 (2019)
			200	ССО (700 км)
Цзелун-1		Китай	200	ССО (500 км)	—	1 (2019)
			150	ССО (700 км)

См. также

• Нейтрон (ракета)

Примечания

Литература

• Чёрный И. Electron готовится к первому пуску // Новости космонавтики : журнал. — ФГУП ЦНИИмаш , 2017. — Май ( т. 27 , № 5 (412) ). — С. 45 .
• Рыжков Е. Провал японского «нано-лоунчера» // Новости космонавтики : журнал. — ФГУП ЦНИИмаш , 2017. — Март ( т. 27 , № 3 (410) ). — С. 35—36 .

Ссылки

• (англ.) . Rocket Lab .
• // НГ, 30.01.2018
• на YouTube
• на YouTube
• на YouTube
• на YouTube