上海世双国际货物运输代理有限公司

世双国际空运新闻网

示例图片三
网站首页 > 新闻资讯 > 热点新闻

引擎全3D打印的微火箭,引领太空货运新纪元

2018-03-06 世双国际空运

最近日本在 2 月 3 日下午发射全世界最迷你的火箭 SS-520 五号机,大约跟电线杆一样大,SS-520 把大学生打造的迷你卫星 TRICOM 1R (基于开放硬件的立方卫星 UPSat )成功送上太空轨道,达成发送人造卫星成功的最小火箭世界纪录,不过这只是日本经济产业省牵成的非商业计划。

这样小型火箭越来越受到欢迎,为什么呢?跟小型卫星的发展有很大关系,尤其是略同电脑主机大小 3~5 公斤重的立方卫星,价格便宜大学生即可自行打造。这样小小的卫星以载重数吨的大火箭送到太空很不经济,必须跟他人成果集货起来一起发射才划算。然而:

  • 大火箭发射的航期,间隔比较长

  • 小卫星的优先度比不上大卫星与其他大型酬载

  • 风险:如果发射失败,一次百来颗的微型卫星就毁于一射

如果有公司提供运费便宜( SpaceX 已经是业界最便宜,“运费”也要 5,500 万美元)、发射频率又比较高的小型火箭就好了,而 Rocket Lab 就是其中佼佼者。

太空公司?货运公司?

Rocket Lab 是纽西兰的私人太空公司 ,在更早的 1 月 21 日成功发射了 Electron 火箭,把 3 颗迷你卫星送上轨道。几天前这个发射新闻一闪而过,可能大家很快就一样了吧?其实这火箭创下了 3 项新的世界纪录──世界第一支电控引擎的火箭、第一支碳纤维火箭、第一支从南半球发射的火箭。

火箭发射业可说是一门货运生意,如果说 SpaceX、ULA 提供货柜车级的运送服务,那么 Rocket Lab 大概就是小货车等级的业者。更进一步,Rocket Lab 跟 ULA 一样提供线上客制化购物车(笔者过去有分享过 ULA 的购物车),表单填好付费完成,就可以在指定时间把你的小型卫星(smallsat,100公斤以下 )或立方卫星(cubesat,1 到 3 台电脑主机的大小, 约 3~10 公斤,前述 UPSat 即是)发送到太空轨道。此外,比起 ULA ,Rocket Lab 提供了更贴心的服务,其网站有提供专门的手机版界面,用手机也可以轻易下单。

世双国际空运

▲ Q1 的航班已经被预订 60%。(Source:Rocket Lab)

世双国际空运

▲ 给你的小小卫星挑机位,最低运费只要 7.7 万美元。(Source:Rocket Lab)

哇~几个大学生自制一个迷你卫星,然后跟 Rocket Lab 填写货运单就可以把卫星打上太空耶,先不急,我们是不是应该要先了解一下 Rocket Lab 的货运车,喔不,是载货火箭 Electron 的能耐呢?

Electron 火箭的设计与制造

Electron 是两段式火箭,高 17 米、直径 1.2 米,承载重量是 150 ~225 公斤,也就是说 Electron 大约有 6 层楼高,比日本的 SS-520 大一些也可以载得更多。火箭主体采用轻量碳纤维复合材料制成,设计目的是把常规 150 公斤的物品发送到离地 500 公里高的太阳同步轨道。

世双国际空运

▲ Electron 火箭的黑色外壳是因为采用碳纤维复合材质。(Source:Rocket Lab)

火箭动力来自 Rocket Lab 自行开发的拉塞福(Rutherford) 液态燃料引擎,引擎名称是纪念纽西兰已故著名物理学家欧尼斯特·拉塞福(Ernest Rutherford ,物理课本里的那一位)。

一颗拉塞福引擎的重量只有 35 公斤,材质是钛合金,在设计上,其燃料供给控制迥异于传统火箭,是透过电控以锂聚合物与马达的组合来运作帮浦(electric-pump feed cycle),把燃料与氧化剂打进燃烧室产生推力,而且软件控制取代了传统的硬件控制,比起传统气体产生器循环式(gas-generator cycle )50% 的效率 ,拉塞福引擎可以达到 95% 的燃烧效率,附带的缺点只有一个──额外要多负担电池组的重量。

世双国际空运

▲ 拉塞福引擎。(Source:维基百科)

火箭的第一段(升空用)用了 9 颗拉塞福引擎,第二段则用了一颗变体版拉塞福引擎(提升在真空中移动的能力),第一段合计可以产生 162 kN(千牛顿)的推力离地升空,最高峰可以产生 192 kN 的推力,单位推进率(Specific Impulse,ISP)方面有 303 秒(ISP 值越高,表示火箭的燃料利用效率越好);第二段的引擎推力则是 22 kN,单位推进率 ISP 达 333 秒。

生产上,拉塞福引擎完全由 3D 打印制造而成,印一颗只需要 24 小时,比起传统火箭引擎,制造时间与费用都大为降低,但有着很优异的性能。可靠性方面,在 1 月 31 日,拉塞福引擎达成了 500 次,累计共 19,000 秒的运行纪录。
Electron 火箭的酬载仓也有特别设计,火箭尖端—酬载整流罩(Payload Fairing),设计是要能在太空把酬载从主体解体开来,而这些酬载是在发射站组装到火箭上,这跟传统火箭程序一样。不过 Rocket Lab 设计出了酬载外挂模组(Plug-In Payload ),顾客可以带回,选择以自己的设施与人员来准备酬载,准备完密封好后再送回 Rocket Lab ,几小时内就可以装进 Electron 火箭。这个崭新作法大为降低瀑布式作业流程延迟的风险,而且让顾客可以自行准备酬载来待机。

世双国际空运

▲ 酬载整流罩。(Source:Rocket Lab)

1 月 21 日 Electron 成功发射且顺利进入太空轨道,这开启了小型商业火箭发射的新纪元,未来小公司如果要开发手机 App 搭配太空中自己打造的小卫星作连线,应该也不是难事吧?除此之外,参加 Google 登月大赛的硅谷 Moon Express 团队宣称他们将在今年登月,而他们的伙伴就是 Rocket Lab,如果成真的话,那将达成另外一个新纪录──登月计划最小的火箭,我们就拭目以待吧。

世双国际空运

▲ “Its a Test”任务发射升空。(Source:Rocket Lab)


标签:   货运