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全球首枚碳纤维复合材料大型运载火箭问世

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-31  来源:国防科技要闻  浏览次数:414
核心提示:采用碳纤维复合材料结构,中子(Neutron)号火箭将成为全球第一个碳纤维复合材料大型运载火箭。凭借先前开发小型运载火箭电子(E
     采用碳纤维复合材料结构,“中子”(Neutron)号火箭将成为全球第一个碳纤维复合材料大型运载火箭。
 
    凭借先前开发小型运载火箭“电子”(Electron)的成功经验,美国领先的发射和空间系统公司“火箭实验室”(Rocket Lab USA)开发了一款名为“中子”(Neutron)的大型运载火箭,其载荷能力达8吨,可用于载人航天、大型卫星星座发射和深空探测等任务。该火箭在设计、材料和可重复利用方面取得了突破性成果。
  “中子”号火箭是一种可靠性高、可重复利用且低成本的新型运载火箭。与传统火箭不同,“中子”号火箭将根据客户的需求进行开发,预计未来十年发射的卫星中,80%以上都是卫星星座,部署需求特殊。“中子”号火箭可专门满足此类特殊需求。“中子”号运载火箭取得了以下技术突破:
 
    1、世界上第一款采用碳纤维复合材料的大型运载火箭
 
  “中子”号火箭将是世界上第一款采用碳纤维复合材料的大型运载火箭。火箭将采用一种全新、特殊的碳纤维复合材料,重量轻、强度高、可以承受发射和再入的巨大热量和冲击,使第一级能够频繁地重复使用。为了实现快速制造,“中子”号火箭的碳纤维复合材料结构将使用自动纤维铺放(AFP)工艺制造,该工艺可以在几分钟内制造数米长的碳纤维复合材料火箭壳。
 
    2、全新底座结构简化发射和着陆流程
 
  可重复使用是实现频繁且低成本发射的关键,因此从设计开始,“中子”号火箭就被赋予了着陆回收、再次发射的能力。从“中子”号火箭的外形来看,锥形设计以及宽大、坚固的底座,不仅简化了火箭的复杂结构,还消除了对着陆腿和笨重的发射场基础设施的需求。“中子”号火箭可不依靠发射塔架,仅凭自己的底座就可以进行发射活动。发射入轨释放二级火箭及载荷后,一级火箭将返回地球,在发射场软着陆。
    3、全新整流罩概念突破常规设计
 
  “中子”号火箭的独特设计还体现在名为“饥饿河马”(Hungry Hippo)的整流罩上。“饥饿河马”整流罩将成为火箭一级的一部分,与一级完全集成在一起;“饥饿河马”整流罩不会像传统整流罩那样与火箭分离坠入大海,而是会像河马张开大嘴一样张开以释放火箭二级和载荷,然后再次关闭并与一级火箭一起返回地球。降落在发射台上的火箭是带有整流罩的一级火箭,可在较短时间内集成二级火箭并再次发射。采用“饥饿河马”整流罩设计可加快发射频率,消除在海上回收整流罩的高成本、低可靠性。
 
    4、火箭二级具备高性能特征
 
  由于采用“饥饿河马”整流罩设计,火箭二级在发射时将完全被包围在火箭一级和整流罩内。因此,“中子”号火箭的二级将是历史上最轻的火箭二级。通常,火箭二级是运载火箭外部结构的一部分,在发射期间将暴露在低层大气的恶劣环境中;而通过安装火箭一级和“饥饿河马”整流罩,“中子”号火箭的二级无需承受发射环境的压力,并可以显著减轻重量,从而实现更高的太空性能。目前,火箭二级仍设计为一次性使用。 
    5、为可靠性和重复使用而打造的火箭发动机
 
  “中子”号火箭将由全新的阿基米德火箭发动机提供动力。阿基米德由火箭实验室设计并制造,是一款可重复使用的液氧/甲烷气体发生器循环发动机,能够提供1兆牛顿推力和320秒的初始比冲(ISP)。“中子”号火箭一级采用7台阿基米德发动机,二级采用1台真空版阿基米德发动机。“中子”号火箭采用轻质碳纤维复合材料结构件,无需要求阿基米德发动机具备太高的性能与复杂性。通过开发性能适度、相对简单的发动机,可以大大缩短开发和测试的时间表。
 
 
 
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