«Это уровень 2050 года»: стартап Rocket Lab показал многоразовую ракету, которая не похожа на нынешние

Композитные материалы делают Neutron легче, обтекатели не сбрасываются, а смесь из метана и жидкого кислорода в качестве топлива меньше засоряет двигатель и позволяет сэкономить на обслуживании.

2 декабря основатель американо-новозеландской аэрокосмической компании Rocket Lab Питер Бек представил концепцию своей первой многоразовой ракеты Neutron. Её планируют изготовить из специального углеродного композита – это позволит сделать конструкцию легче и прочнее, чем у моделей из нержавеющей стали.

Бек учредил Rocket Lab в 2006 году, первую ракету Atea-1 фирма запустила в ноябре 2009 года. В 2018 году по контракту с NASA на $6,9 млн она вывела на орбиту ракету-носитель Electron с полезной нагрузкой весом 78 килограмм. В августе 2021 года компания вышла на биржу Nasdaq с оценкой $4,1 млрд.

В октябре она получила $24,3 млн от Космических сил США на разработку Neutron. С новой ракетой Rocket Lab хочет занять большую долю на рынке частных космических компаний, на котором в настоящее время доминирует SpaceX, пишет TechCrunch. Бек обещает запустить Neutron в 2024 году в США и отправить в космос первого коммерческого клиента в 2025 году.

Rocket Lab изготовит 40-метровую Neutron из специального углеродного композита, похожий на тот, что уже использовала в своей предыдущей ракете Electron. Чтобы удешевить и ускорить выпуск материала, усиливающие волокна в нём будут размещать автоматизировано.

О составе своего углеродного композита и методах его производства Rocket Lab не сообщает. Обычно композитные материалы объединяют два или более компонента с разными свойствами, чтобы придать им новые. Их также усиливают высокопрочными волокнами.

В 2019 году SpaceX отказалась от работы с композитными материалами и выбрала более дешёвую и тяжёлую нержавеющую сталь для производства Starship.

Углеродный композит легче и пластичнее, но в холоде менее устойчив, чем нержавеющая сталь. Лист материала можно растягивать и гнуть, но при сильном ударе он треснет — например, если в него попадёт метеорит. Более вязкая сталь при минусовых температурах становится прочнее и сохраняет гибкость. При ударе на ней скорее появится вмятина.

Производство углеродных композитов занимает больше времени и стоит дороже, при этом около 35% материала, по словам Илона Маска, оказываются непригодными для использования. Но глава Rocket Lab утверждает, что их версия при прямом столкновении оказывается крепче нержавеющей стали и алюминия.

Когда топливные баки ракет делают из стали, они утяжеляют конструкцию, из-за чего потребность в топливе только возрастает, и баки становятся ещё больше и ещё тяжелее, говорит Бек. Rocket Lab хочет разорвать эту «гибельную спираль» с помощью более лёгких композитных материалов.

В состав Neutron входят две ступени, причём вторая находится внутри первой вместе с полезной нагрузкой, например, оборудованием, спутниками или какими-то припасами. Когда у первой ступени заканчивается топливо, она выбрасывает вторую через верхнюю часть ракеты — обтекатель. Он раскрывается как цветок или пасть «голодного бегемота».

По словам Бека, компания решила не выбрасывать части обтекателя, чтобы сэкономить на оснащении ракеты при повторном запуске. Благодаря композитным материалам вес верхней части ракеты оказался слишком незначительным, чтобы сбрасывать её при выходе в космос.

В 2017 году SpaceX использовала лодки с натянутой сверху сеткой, чтобы ловить обтекатели своих ракет после падения и использовать их повторно. В июле 2021 года компания свернула проект, так как суда слишком часто ломались в открытом море.

В том числе благодаря своей лёгкости Neutron сможет вывести на орбиту до 15 тонн полезной нагрузки на высоту до тысячи километров, но при весе выше восьми тонн первая ступень ракеты не вернётся на Землю. Вторая ступень будет всегда использоваться как расходный материал и останется в космосе после запуска.

Ракета Falcon 9 от SpaceX на ту же высоту может отправить до 22,8 тонн без возвращения первой ступени, или 15,6 тонн с возвращением в последней модификации Full Thrust.

Диаметр ракеты в семь метров и малый вес позволят ей лучше противостоять воздушному сопротивлению и тратить меньше топлива при возврате первой ступени на Землю. Чтобы обеспечить разработке дополнительную тепловую защиту, её также покроют новым типом графитового композита, подробности о нём Rocket Lab не раскрывает.

В марте 2021 года Бек рассказал, что Neutron напоминает скорее самолёт, чем ракету, и потребует минимального обслуживания между полётами.

Первая ступень Neutron сможет приземлиться на своей стартовой площадке, её не придётся отправлять к плавучим платформам в океане, как это делает SpaceX для своей ракеты-носителя Falcon 9. Так Rocket Lab намеревается ещё больше сократить расходы и составить конкуренцию фирме Илона Маска.

На орбиту и обратно ракету доставят семь двигателей низкого давления, которые компания называет Archimedes. Они будут работать на жидком кислороде и метане, второй компонент заменит керосин, который обычно используют другие производители.

В отличие от метана, который исследователи называют одним из самых «чистых» вариантов ракетного топлива, сгорающий керосин быстрее засоряет двигатели, из-за чего их приходится чинить чаще. Жидкий кислород здесь выступает в качестве окислителя.

#космос #rocketlab #ракеты