为欧洲提供可重复使用的发射器

为欧洲建造一个可重复使用的发射器的任务……
3月19日

火箭发射

火箭发射的照片

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开发一种欧洲可重复使用的火箭的竞赛正在进行,这种火箭可以确保欧洲自主和经济高效地进入太空,同时提高发射的可持续性。

运载火箭是将卫星和太空探测器送入太空的关键。一旦它们达到了它们的目的,它们通常会被处理掉。但是,随着每年新卫星的数量预计将在未来十年增长四倍,研究人员现在正在开发更可持续、成本更低的可重复使用的发射器。

第一个可重复使用的发射系统——部分或全部组件被回收——是美国宇航局的航天飞机,从1981年到2011年使用。它的所有部件都被重复使用,除了外部燃料箱,它会在大气中燃烧。但是维护成本很高,这导致人们认为使用消耗性系统更便宜。

来自德国航空航天中心(DLR)的Ansgar Marwege和他的同事认为,如果可重复使用的火箭垂直着陆,成本效益会更高。“航天飞机非常复杂,因为它有机翼等等,”马威格说。“通过垂直着陆,你想让一切变得更简单。”

垂直降落的一个好处是起飞和降落时的载荷差不多,在设计上比较容易。虽然由于制动操作,与其他着陆配置相比,下降需要更多的燃料,但Marwege表示,由于燃料相对便宜,这对总体成本影响不大。

作为RETALT项目的一部分,Marwege和他的团队以及其他研究和行业合作伙伴正在研究任务后垂直降落发射器所需的关键技术。他们正在研究利用反推进技术让火箭着陆,即通过产生与火箭运动方向相反的推力来让火箭减速。他们还将研究如何在着陆过程中操纵飞行器。由于火箭的底部预计会升温,项目合作伙伴之一正在设计软木的热保护。

发射器

该团队有两种不同类型发射器的概念。一种是重型运载火箭,可以携带高达14000公斤的有效载荷,就像天气预报卫星一样,到达距离地球表面36000公里的轨道。第二种设计用于500公斤以下的较小有效载荷,需要运输到大约140公里的距离。“这种结构理论上可以用于零重力实验或演示飞行,”Marwege说。

到目前为止,研究人员已经开始了着陆腿的初步设计等所有技术工作。明年,他们将进行结构测试和风洞实验,用他们的发射器的缩小模型来测试空气动力学行为。其中一项实验将在风洞中使用热燃烧来测试火箭发动机,这是一项具有挑战性的实验,而且很少有人这样做。然而,使用高温气体可以更好地模拟现实生活中电机的发电方式。

除了降低成本,Marwege和他的同事们还希望他们的技术能对环境产生积极的影响。消耗性系统在大气层中解体时会产生碎片,其中一些部分会落到地面,而另一些则留在太空中。根据Marwege的说法,可重复使用的系统将减少对环境和空间的污染。

目前,在欧洲,没有可用的发射器将小型卫星送入轨道。

当一颗小卫星需要被运送到太空时,它通常会搭上一颗更大的卫星的重型发射器。但这意味着出发日期和轨道是由发送更大载荷的承包商选择的。

位于西班牙巴塞罗那的Pangea Aerospace公司联合创始人兼首席运营官哈维尔•莱罗(Xavier Llairo)说,这就像一辆公共汽车,(小卫星)离轨道有点远,所以它们需要一个推进系统来到达它们想要的轨道。

服务

美国-新西兰公司火箭实验室目前提供小型卫星的发射服务。虽然它可以提供量身定制的服务,但比在重型发射器上拼车要贵得多。欧洲正准备拥有自己的小型发射器,这样它就可以控制自己进入太空的通道。莱罗说,从地缘战略的角度来看,这很重要。由于这是一个新市场,在欧洲创造增长和机会将是件好事。

在一个名为RRTB的项目中,Llairo和他的团队的目标是创造一种成本效益高、可以重复使用至少10次的小型发射器。他们正在开发一种新型的着陆系统,该系统使用的是目前用于无人机和无人驾驶飞机的一种推进系统——电导风扇。它允许软着陆和精确着陆,如果系统将被重复使用,这一点很重要。

Llairo说:“这项技术已经被证明存在于其他领域,所以并不昂贵。”

主引擎不用于着陆,这限制了热应力,增加了可重用性。

该项目于上个月启动,目前正在研究如何使燃料箱可重复使用,因为它们是发射器的昂贵部件。该团队还开始研究如何通过模拟来控制飞行器重新进入大气层。由于发射器的重量和高速,这是任务的一个具有挑战性的部分,需要产生一些升力或找到一种方法来减缓车辆。Llairo说:“我们正在分析不同的方案,我们将选择最有希望的方案。”

除了将小型卫星送入太空用于科学、商业和民用之外,Llairo认为它们的一些组件也可以用于其他用途。例如,他们正在开发的轻型航空发动机也可以用作太空卫星的推进系统。他们的着陆系统可以用来向灾区运送救援物资。Llairo说:“现在,你有带降落伞的飞机来降落(补给),但我们的系统可以用于更精确的着陆。”

减少对环境的影响也是他们的目标之一。除了因可重复使用而获得的环保证书外,火箭将使用液氧和液态甲烷作为推进剂,其中80%的排放物将是水。而且他们的喷气发动机应该比目前的设计效率提高15%左右。Llairo说,我们认为(可持续性)是这个市场的发展方向。“从现在起的10年或20年内,这绝对会很普遍。”

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