Маленькие ракеты-носители подрастают
Джефф Фоаст — 30 августа 2021 г.
Первоисточник:
Terran R от Relativity Space, хотя и схож по характеристикам с Falcon 9, больше похож на Starship SpaceX, начиная с металлической отделки и заканчивая аэродинамическим дизайном верхней ступени. И, как и Starship, обе ступени Terran R предназначены для многоразового использования. Предоставлено: Relativity Space.
ВАШИНГТОН. В течение многих лет после того, как Boeing и Lockheed Martin объединили свой бизнес по производству ракет-носителей в совместное предприятие, United Launch Alliance удерживала первенство на рынке запусков средней и большой грузоподъемности в Соединенных Штатах. SpaceX в конечном итоге оспорила это положение, но потребуются годы усилий, в том числе и судебные процессы, чтобы эта компания выиграла бизнес по запуску в области национальной безопасности. Это создало дуополию SpaceX/ULA, которая преодолела конкуренцию со стороны Blue Origin и Northrop Grumman, чтобы выиграть в прошлом году контракты на запуски по программе National Security Space Launch Phase 2.
При следующих контрактах SpaceX и ULA могут столкнуться с еще большей конкуренцией. Помимо перспективы участия Blue Origin и, возможно, Northrop Grumman в торгах на будущие контракты, стартапы, изначально ориентированные на небольшие ракеты-носители, стремятся выйти на более крупные рынки. В последние месяцы Relativity Space и Rocket Lab обнародовали планы по созданию ракет, которые могут выводить полезную нагрузку среднего класса для коммерческих и государственных заказчиков. Обе компании, имея схожие амбиции, используют разные подходы к разработке более крупных носителей.
СТРОИТЕЛЬТВО «РАБОЧЕЙ ЛОШАДКИ» СРЕДНЕГО КЛАССА
На протяжении большей части истории компании Rocket Lab и ее основатель Питер Бек не проявляли интереса к ракетам крупнее Electron, которые могут выводить до 300 кг на низкую околоземную орбиту. Ближе всего к обсуждению ракеты большего размера Бек подошел, когда опубликовал в Твиттере фотографию, на которой он стоит рядом с версией Electron с тремя первыми ступенями: Electron Heavy, аналогичной Delta 4 Heavy и Falcon Heavy. Это была первоапрельская шутка.
Все изменилось в марте. В то же время, когда Rocket Lab объявила о выходе на биржу путем слияния со специализированной корпорацией по приобретениям (SPAC), она также представила носитель Neutron. Эта ракета будет намного мощнее, чем Electron, и сможет вывести на орбиту до 8 000 килограммов.
На иллюстрациях Neutron изображен как относительно невзрачный аппарат с коническим обтекателем полезной нагрузки диаметром 4,5 метра. Единственное, что выделяется, — это что-то похоже на посадочные опоры, сложенные в основании первой ступени, как на Falcon 9 (Rocket Lab планирует садить первую ступень на корабль и повторно использовать).
Компания Relativity Space и Rocket Lab разрабатывают ракеты большего размера, которые могут соперничать с Falcon 9 и Vulcan Centaur за некоторые классы полезной нагрузки. Предоставлено: Робин МакДоуал, график SpaceNews.
Однако эти публичные изображения не отражают истинную форму Neutron. «Изображение, которое вы видите там, Neutron — это своего рода уловка. Neutron выглядит совсем иначе», — сказал Бек на вебинаре Консультативного совета космического поколения в начале августа. «По сути, мы устали от людей, которые все время копируют нас». Он сказал, что компания раскроет реальный дизайн Neutron «когда придет время».
С таким нежеланием показать, как выглядит Neutron, неудивительно, что Rocket Lab поделилась лишь некоторыми техническими подробностями о ракете, включая ее двигатели. Компания заявляет, что Neutron будет использовать ту же комбинацию топлива, что и Electron, жидкий кислород и керосин, но не обсуждает характеристики или даже количество двигателей на каждой ступени ракеты.
В интервью вскоре после анонса Neutron Бек сказал, что компания будет использовать технологию, разработанную для двигателей Rutherford для Electron. Эти двигатели широко используют 3D-печать, а также насосы с батарейным питанием и развивают тягу до 56000 фунтов силы.
«Двигатели — всегда труднодоступный полюс» при разработке ракет-носителей, — сказал он, но подчеркнул опыт, накопленный компанией при запуске более 200 двигателей Rutherford. «Мы знаем, как строить двигатели. Мы знаем, как расширить производство».
Бек сказал, что ожидает, что Rocket Lab будет включать по крайней мере некоторые элементы конструкции двигателя Rutherford для двигателя, который будет приводить в действие Neutron. «Мы много работали над стабильностью горения и форсунками, поэтому многое из этого будет хорошо масштабироваться», — сказал он. Этот новый двигатель, вероятно, также будет использовать 3D-печать.
Он признал, что одной из проблем может быть турбонасос более крупного двигателя. Однако Rocket Lab не стремится оптимизировать производительность двигателя, а вместо этого создает «рабочую лошадку» для частых запусков. «Для нас извлечение последней секунды удельного импульса из двигателя — это, вероятно, неправильный путь», — сказал он. «Мы ищем максимальную возможность повторного использования и максимальную надежность».
Работа над Neutron, вероятно, перейдет в активную фазу после завершения слияния Rocket Lab с SPAC, которое запланировано на конец августа. Бек сказал, что компания хотела подождать, пока не получит финансирование, прежде чем запускать Neutron, с целью первого запуска уже в 2024 году.
Генеральный директор Rocket Lab Питер Бек стоит внутри обтекателя полезной нагрузки Neutron. Предоставлено: Rocket Lab.
Rocket Lab считает, что с помощью Electron и Neutron она может запустить до 98% коммерческих и государственных спутников, которые, по прогнозам, будут запущены до конца десятилетия, при этом Neutron сосредоточен на развертывании группировок. Правительство США уже сейчас является основным заказчиком Electron, на котором запускают полезные нагрузки НАСА, Space Force, NRO и DARPA.
Компания также будет использовать Neutron для пилотируемых полетов, хотя в настоящее время у нее нет планов запускать на нем людей. «Осторожный все предусмотрит», — сказал Бек. «Нет смысла строить ракету-носитель этого класса, не предназначенную для полетов человека в космос».
3D-НАПЕЧАТАННЫЙ МНОГОРАЗОВЫЙ DISRUPTER
Компания Relativity Space также начинала с малого: ее ракета Terran 1 была спроектирована для вывода на орбиту до 1250 кг за 12 миллионов долларов. Хотя компании еще предстоит запустить Terran 1 — первый запуск запланирован на конец этого года — Relativity выиграла контракты с операторами спутников, такими как Iridium и Telesat, которые планируют использовать ракету для пополнения своих созвездий на НОО.
В июне Relativity объявила о своем крупнейшем на сегодняшний день раунде финансирования — 650 миллионов долларов, чуть более чем через шесть месяцев после сбора 500 миллионов долларов. Это финансирование пойдет на разработку гораздо более крупной ракеты Terran R. Эта ракета предназначена для выведения более 20 000 кг на НОО, что сопоставимо с грузоподъемностью Falcon 9.
Terran R, хотя по своим характеристикам похож на Falcon 9, больше похож на SpaceX Starship, начиная с металлической отделки и заканчивая аэродинамической конструкцией верхней ступени. И, как и Starship, обе ступени Terran R предназначены для многоразового использования.
«Эта архитектура действительно открывает много долгосрочных возможностей для Terran R», — сказал в интервью Тим Эллис, соучредитель и исполнительный директор Relativity. «Она применима там, где мы видим спрос на коммерческом рынке сегодня и в течение следующего десятилетия».
Terran R будет оснащаться двигателями Aeon R, модернизированной версией двигателя Aeon 1, разработанного для Terran 1, который используют жидкий кислород и метановое топливо. Первая ступень Terran R будет иметь семь двигателей Aeon R, каждый из которых будет создавать 302 000 фунтов силы тяги, в то время как верхняя ступень будет иметь версию этого двигателя оптимизированную для вакуума. Компания рассчитывает начать испытания прототипа этого движка уже в конце этого года — график, предусматривающий первый запуск Terran R уже в 2024 году.
И Terran R, и его движки Aeon R будут широко использовать 3D-печать, которая стала визитной карточкой Relativity. »3D-печать на самом деле поможет нам создать гораздо лучшую многоразовую ракету, которая не могла быть построена при традиционном производстве», — сказал Эллис. Эта технология может позволить компании создавать «алгоритмически сгенерированные и оптимизированные структуры», которые невозможно изготовить с помощью традиционных технологий, наряду с использованием экзотических сплавов, которые имеют более высокую термостойкость, но меньший вес.
Эллис сказал, что рассматривает НАСА и министерство обороны как основных заказчиков Terran R, позиционируя Relativity как нарушителя статус-кво, как и SpaceX в свое время. «В целом есть интерес к созданию второй действительно прорывной, быстро развивающейся и инновационной компании, осуществляющей запуски».
ANTARES ANGST
Другие небольшие компании ракета-носителей рассматривают возможность разработки ракет среднего и большего размера. Firefly Aerospace, чья небольшая ракета-носитель Alpha приближается к своему первому запуску, планирует создать более крупную ракету под названием Beta, но компания только сейчас приступает к проектированию этой ракеты.
«Будет большой двигатель», — сказал Том Маркусик, исполнительный директор Firefly, после того, как в мае компания привлекла 75 миллионов долларов. «Двигательная установка будет в центре внимания в следующие несколько месяцев, и это здорово, потому что я люблю ракетные двигатели».
Однако опыт другой компании может служить предостережением. Пятнадцать лет назад Orbital Sciences Corp. начала работу над ракетой среднего класса, первоначально называвшейся Taurus 2, которую она рассматривала как преемницу ULA Delta 2. Благодаря участию в программе коммерческих грузовых перевозок она нашла якорного заказчика в НАСА, что позволило ей продолжить разработку ракеты, которая теперь называется Antares.
В то время как Antares регулярно запускает грузовой космический корабль Cygnus к космической станции, ракета не нашла клиентов, кроме программы NASA Commercial Resupply Services (CRS).
«Мы продолжаем добиваться продаж Antares для миссий, не связанных с CRS», — сказал Курт Эберли, директор программ космических запусков в Northrop Grumman, на пресс-конференции за день до последнего запуска Antares 10 августа. Antares сертифицирован NASA Launch Services 2, позволяющий ему конкурировать за запуски других государственных агентств. «Мы также ведем переговоры с некоторыми другими клиентами».
Эта работа по продажам, и без того сложная в условиях нынешней конкуренции, исходящей от SpaceX, по-видимому, станет еще сложнее с появлением Neutron и Terran R примерно в середине десятилетия, которые будут предлагать аналогичные или более высокие характеристики по более низким ценам. Но Эберли отметил, что часто есть разница между тем, что компания планирует делать, и тем, что она на самом деле предоставляет.
«На бумаге все выглядит очень радужно, — сказал он. «К тому времени, когда новые участники начнут реальные запуски, мы увидим, что они собой представляют. Это сложный бизнес».
Эта статья впервые появилась в августовском номере журнала SpaceNews за 2021 год.
Первоисточник
