Двигателят на Рокет Лаб "Хиперкюри", който се използва на междупланетния модул "Фотон". Photo credit : Rocket Lab
29 юни 2022 г. 08:00 ч.
Светослав Александров. Вчера американската компания Рокет Лаб изстреля успешно лунната мисия на НАСА "Кепстоун". Това е първият опит на фирмата да изпрати космически апарат отвъд околоземна орбита и за тази цел се използва модул "Фотон" с иновативен ракетен двигател "Хиперкюри". Тъй като полетът е дебютен за "Хиперкюри", реших да напиша тази статия, за да ви разкажа за усилията на американския частен сектор да достигне до Луната и планетите.
Тук отварям една голяма скоба - не става въпрос за полети на хора до Луната и за космическа колонизация, а за евтин достъп до междупланетното пространство посредством малки космически апарати - най-съществената революция в космонавтиката през последния четвърт век, случила се благодарение на миниатюризацията на електронните компоненти.
Фирмата Рокет Лаб е добре позната сред космическите ентусиасти - тя е основана от Питър Бек през 2006 г. в Нова Зеландия. Впоследствие компанията се мести в Калифорния, САЩ, като продължава да поддържа новозеландско дъщерно дружество. Изстрелванията, включително вчерашното лунно, засега се провеждат от п-ов Махия в Нова Зеландия, а в близко бъдеще очакваме откриването на стартова площадка и на Средноатлантическия регионален космодрум в САЩ.
Още преди да се устреми към Луната, Рокет Лаб постигна някои много важни успехи - тя създаде двустепенната ракета "Електрон" с двигатели (девет на първата и един на втората степен) "Ръдърфорд", които притежават електрически турбопомпи. През 2018 г. ракетата успешно достигна до орбита, с което се превърна в първия в историята на космонавтиката орбитален носител с двигатели с електрически турбопомпи. На 2-ри май 2022 г. компанията успешно върна на Земята първа степен, залавяйки я с хеликоптер. Реално Рокет Лаб е единствената друга американска, а и световна компания след СпейсЕкс, която е способна да рециклира степени на орбитални ракети. При това "Електрон" е микроракета - нейната товароподемност е 300 килограма полезен товар до околоземна орбита. С вчерашното изстрелване "Електрон" постави рекорд за най-малкия носител, използван за междупланетна мисия.
Но една от най-големите иновации на Рокет Лаб представлява "Фотон" - горна степен, която се използва за доставката на спътници до околоземна орбита, като след тяхното освобождаване степента не изгаря в атмосферата, а се превръща в самостоятелен сателит. Всеки "Фотон" е оборудван с един двигател "Кюри" със скромна тяга от 120N. Двигателят е достатъчно добър, за да довежда комерсиалните спътници до орбити с най-разнообразни параметри, но за междупланетни мисии той не е ефективен. Тук е важно да се спомене, че Питър Бек иска да достигне до Венера, като мисията му е планирана за догодина. Така че изстрелването на "Кепстоун" на 28-ми юни, освен че е важно за НАСА, представлява тренировка за венерианската роботизирана експедиция.
За да може "Електрон" да се използва за междупланетни полети бе създаден нов двигател за "Фотон" - "Хиперкюри". "Кюри" е с просто устройство - той няма турбопомпи, а посредством сгъстен газ (хелий) се поддържа налягането в горивните резервоари. "Хиперкюри" е с по-големи резервоари в сравнение с "Кюри" и за разлика от него притежава електрически турбопомпи, по подобие на "Ръдърфорд". Това позволява на "Електрон" да извежда малки междупланетни мисии на път към Луната или към планетите с тегло до 40 килограма.
Тъй като това е фирмен двигател, а не е създаден от държавна агенция, много от характеристиките му са неясни. Знае се със сигурност, че използва двукомпонентна горивна смес, че се печата на 3D принтер, а delta-V е 3.2 km/sec. Това е официалната информация. Неофициално се предполага, че специфичният импулс (Isp) е 310 sec, но докато сме наясно, че "Хиперкюри" работи с хиперголична горивна смес, много е вероятно това да не класическата хидразин и диазотен тетроксид. Тази горивна смес е изключително токсична, но от Рокет Лаб твърдят, че горивото на "Хиперкюри" е "зелено" и безопасно. Рокет Лаб е известна като фирма, която патентова собствени горивни смеси (примерен линк тук). Сред предположенията, които се спрягат в космическите форуми, може да се използва комбинация от водороден пероксид и алкохол или водороден пероксид и алканово гориво.
Сега, след като "Кепстоун" е вече на път към Луната, може би Питър Бек ще благоволи да удовлетвори любопитството на космическите ентусиасти. Все пак вероятно истинското предимство на "Хиперкюри" пред "Кюри" не е толкова в специфичния импулс, горивната смес или дори във факта, че двигателят притежава електрически турбопомпи. Истинското предимство е, че "Фотон" може да се използва за продължително време в космоса, тъй като двигателят е способен да се запалва многократно. Напомням, че по време на изстрелването вторите степени на "Електрон" използват три литиево-полимерни батерии, като в началото работят само две от тях - те се изтощават много бързо и се изхвърлят с цел освобождаване на излишна маса, след което работата на турбопомпата се поема от третата батерия. Това е процедура, наречена hot swap. Вече в космоса обаче "Фотон" е осветен от Слънцето и това позволява посредством слънчеви панели да се презареждат батериите. Така работата на турбопомпата може да бъде подсигурена за дни напред.
Относно настоящата мисия, "Фотон" заедно с "Кепстоун" ще лъкатушат около Земята в продължение на шест дни, като на всеки 24 часа "Хиперкюри" ще се запалва, увеличавайки елипсата на орбитата. Понастоящем нейните параметри са 220 на 1075 километра.
Едно е сигурно - частният сектор иновира, патентова, тества и изстрелва. Космическата революция е в ход!