采用碳纖維復合材料結構,“中子”(Neutron)號火箭將成為全球第一個碳纖維復合材料大型運載火箭。

憑借先前開發小型運載火箭“電子”(Electron)的成功經驗,美國領先的發射和空間系統公司“火箭實驗室”(Rocket Lab USA)開發了一款名為“中子”(Neutron)的大型運載火箭,其載荷能力達8噸,可用于載人航天、大型衛星星座發射和深空探測等任務。該火箭在設計、材料和可重復利用方面取得了突破性成果。

“中子”號火箭是一種可靠性高、可重復利用且低成本的新型運載火箭。與傳統火箭不同,“中子”號火箭將根據客戶的需求進行開發,預計未來十年發射的衛星中,80%以上都是衛星星座,部署需求特殊。“中子”號火箭可專門滿足此類特殊需求。“中子”號運載火箭取得了以下技術突破:
1、世界上第一款采用碳纖維復合材料的大型運載火箭
“中子”號火箭將是世界上第一款采用碳纖維復合材料的大型運載火箭。火箭將采用一種全新、特殊的碳纖維復合材料,重量輕、強度高、可以承受發射和再入的巨大熱量和沖擊,使第一級能夠頻繁地重復使用。為了實現快速制造,“中子”號火箭的碳纖維復合材料結構將使用自動纖維鋪放(AFP)工藝制造,該工藝可以在幾分鐘內制造數米長的碳纖維復合材料火箭殼。
2、全新底座結構簡化發射和著陸流程
可重復使用是實現頻繁且低成本發射的關鍵,因此從設計開始,“中子”號火箭就被賦予了著陸回收、再次發射的能力。從“中子”號火箭的外形來看,錐形設計以及寬大、堅固的底座,不僅簡化了火箭的復雜結構,還消除了對著陸腿和笨重的發射場基礎設施的需求。“中子”號火箭可不依靠發射塔架,僅憑自己的底座就可以進行發射活動。發射入軌釋放二級火箭及載荷后,一級火箭將返回地球,在發射場軟著陸。

3、全新整流罩概念突破常規設計
“中子”號火箭的獨特設計還體現在名為“饑餓河馬”(Hungry Hippo)的整流罩上。“饑餓河馬”整流罩將成為火箭一級的一部分,與一級完全集成在一起;“饑餓河馬”整流罩不會像傳統整流罩那樣與火箭分離墜入大海,而是會像河馬張開大嘴一樣張開以釋放火箭二級和載荷,然后再次關閉并與一級火箭一起返回地球。降落在發射臺上的火箭是帶有整流罩的一級火箭,可在較短時間內集成二級火箭并再次發射。采用“饑餓河馬”整流罩設計可加快發射頻率,消除在海上回收整流罩的高成本、低可靠性。

4、火箭二級具備高性能特征
由于采用“饑餓河馬”整流罩設計,火箭二級在發射時將完全被包圍在火箭一級和整流罩內。因此,“中子”號火箭的二級將是歷史上最輕的火箭二級。通常,火箭二級是運載火箭外部結構的一部分,在發射期間將暴露在低層大氣的惡劣環境中;而通過安裝火箭一級和“饑餓河馬”整流罩,“中子”號火箭的二級無需承受發射環境的壓力,并可以顯著減輕重量,從而實現更高的太空性能。目前,火箭二級仍設計為一次性使用。

5、為可靠性和重復使用而打造的火箭發動機
“中子”號火箭將由全新的阿基米德火箭發動機提供動力。阿基米德由火箭實驗室設計并制造,是一款可重復使用的液氧/甲烷氣體發生器循環發動機,能夠提供1兆牛頓推力和320秒的初始比沖(ISP)。“中子”號火箭一級采用7臺阿基米德發動機,二級采用1臺真空版阿基米德發動機。“中子”號火箭采用輕質碳纖維復合材料結構件,無需要求阿基米德發動機具備太高的性能與復雜性。通過開發性能適度、相對簡單的發動機,可以大大縮短開發和測試的時間表。
