Rocket Lab：將重新發(fā)射已回收的3D打印發(fā)動機，實現(xiàn)火箭的可重復使用！

"There and Back Again" 是由新西蘭航天公司Rocket Lab發(fā)起的一個計劃，旨在將火箭送入太空并將其返回地球以進行再利用。這個計劃包括Rocket Lab的Electron火箭，這是一種小型、輕量級的運載火箭，用于將小型衛(wèi)星送入軌道。通過"There and Back Again"計劃，Rocket Lab希望能夠實現(xiàn)Electron火箭的回收，以便減少太空垃圾和成本，并為日后的太空任務提供更多可重復使用的資源。



作為  "There and Back Again" 這個計劃的一部分， Rocket Lab將發(fā)射經(jīng)過回收的3D打印Rutherford(盧瑟福)發(fā)動機(該發(fā)動機之前于2022 年5月發(fā)射)。在經(jīng)過了大量的資格和驗收測試，包括多次全功率運行測試，回收的發(fā)動機在這些測試中表現(xiàn)的很好，并與新的發(fā)動機保持同等的性能水平，這證明了回收的發(fā)動機可以重新飛行。Rocket Lab 的推進團隊現(xiàn)在正著手準備此款發(fā)動機的重新飛行，計劃于2023年第三季度升空。


△Rocket Lab的Electron運載火箭從 Launch Complex 1 升空，然后返回地球進行海洋著陸和回收。

Rutherford發(fā)動機由 Rocket Lab 設計和制造，是世界上第一臺 3D 打印和電動泵送軌道火箭發(fā)動機。自 Rocket Lab 于 2017 年發(fā)射第一顆 Electron（兩級、部分可重復使用的小型火箭）以來，已有 350 臺Rutherford發(fā)動機被送入太空，使其成為美國最可靠、飛行頻率最高的軌道火箭發(fā)動機之一。

增材制造在Rutherford發(fā)動機制造中的優(yōu)勢
●據(jù)該公司稱，Rutherford發(fā)動機的生產得益于增材制造的主要部件，如燃燒室、噴射器、泵和主推進劑閥門。這些部件可以在 24 小時內打印出來，與傳統(tǒng)的生產方法相比，大大縮短了生產時間，同時能夠進行快速迭代設計、降低制造成本和提高性能的能力。

●3D 打印Rutherford發(fā)動機的優(yōu)勢之一是它能夠產生比傳統(tǒng)發(fā)動機更高的推重比和更高的燃油效率，這有助于提高火箭實驗室火箭的整體性能。此外，這位新西蘭企業(yè)家強調了創(chuàng)新和新技術在推動航天工業(yè)發(fā)展和成功方面的作用，他認為 3D 打印是這一趨勢的重要組成部分。

●Rocket Lab 與多家 3D 打印公司合作生產火箭部件，其中包括Carpenter Technology的金屬粉末，EOS為Rutherford發(fā)動機 3D 打印發(fā)動機燃燒室和噴嘴。依靠SLM Solutions的選擇性激光熔化 (SLM) 機器來 3D 打印各種小部件，包括閥體、支架和配件，以及 Renishaw的直接金屬激光燒結 (DMLS) 平臺來 3D 打印Rutherford噴油器。

Rocket Lab 與這些 3D 打印公司的合作伙伴關系使他們能夠獲得最新、最先進的 3D 打印技術。


△Electron火箭被回收，Rutherford發(fā)動機狀態(tài)良好。

Rutherford發(fā)動機用于Electron運載火箭的第一級和第二級，第一級有九臺發(fā)動機，第二級有一臺真空優(yōu)化發(fā)動機。重新飛行該發(fā)動機是 Rocket Lab 恢復硬件計劃的最新里程碑。Rocket Lab 一直在迭代開發(fā)和并行測試兩種重用方法：

●一個是海上回收，Electron 的第一級在降落傘下返回地球，以進行軟海洋濺落和乘船回收。

●另一種方法是半空中回收，其中 Electron 的第一級在降落傘下返回地球時由一架專用直升機在空中接住。

經(jīng)過驗證，Electron 可以承受海洋飛濺，工程師希望未來的完整級能夠通過重新飛行的資格和驗收測試，并進行最少的翻新。

因此，Rocket Lab 正在推進海上作業(yè)，將其作為回收Electron以重新飛行的主要方法。預計這將使適合回收的 Electron 任務數(shù)量從大約 50% 增加到 60% - 70% 之間。


△Electron火箭被回收，Rutherford發(fā)動機狀態(tài)良好。

小型火箭的可重復使用性極具挑戰(zhàn)性，因為它們沒有大型火箭實現(xiàn)推進著陸所需的燃料余量。然而，盡管存在這一重大技術障礙，Rocket Lab一直堅持可重復使用計劃，并證明可以將小型火箭帶回家并像新發(fā)動機一樣運行。


△Electron火箭被回收，Rutherford發(fā)動機狀態(tài)良好。

火箭可重用性的意義
從降低成本到節(jié)約資源，可重用性已成為航天工業(yè)中越來越重要的概念。傳統(tǒng)上，太空任務發(fā)射一次性火箭。然而，技術進步使設計和制造可多次重復使用的航天器和火箭成為可能。此外，考慮到空間碎片如何成為地球軌道上日益嚴重的問題，通過重復使用組件和資源，Rocket Lab 可以幫助減少地球外任務產生的空間碎片數(shù)量，從而減少對環(huán)境的影響。今天學習再利用資產將有助于未來的太空任務節(jié)約資源，尤其是考慮到太空中的資源是多么有限。隨著人們對太空探索和商業(yè)化興趣的增加，可重用性很可能在未來的太空生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。
Rocket Lab
Rocket Lab是一家新興的航天公司，成立于2013年，總部位于美國加利福尼亞州洛杉磯。其主要業(yè)務是開發(fā)和運營小型火箭系統(tǒng)，以將小型衛(wèi)星送入軌道。Rocket Lab的火箭命名為“Electron”號，它是一款可重復使用的兩階段液體燃料火箭，能夠將最多150公斤的有效載荷送入低地球軌道。Rocket Lab 的特點是快速、靈活、低成本和高可靠性。

該公司利用了現(xiàn)代化的生產和測試技術，將火箭制造和組裝時間大大縮短，同時采用自有的發(fā)射場進行火箭發(fā)射，實現(xiàn)了高度的靈活性和響應速度。此外，Rocket Lab 還采用了先進的自動控制系統(tǒng)，確保了火箭的高可靠性。截至目前，Rocket Lab已經(jīng)成功發(fā)射了多達17次的“Electron”號火箭，并將多個小型衛(wèi)星成功送入軌道。在商業(yè)領域，Rocket Lab主要的客戶包括NASA、美國空軍、新西蘭空間署等。