Fra Jorden til bane ved hjelp av en enkelt-trinns rakett

Rom

David Szondy

1. april 2017

11 bilder

ARCA Haas 2CA kan levere seg selv og en satellitt nyttelast i lav jordbane (Kreditt: ARCA)

New Mexico-baserte ARCA Space Corporation har annonsert at den utvikler verdens første single-stage-bane (SSTO) lanseringsbil som kan levere både en liten nyttelast og seg selv til lav jordbane, til en kostnad på rundt US $ 1 million per lansering. Koblet Haas 2CA etter den 16. århundre rakettpioner Conrad Haas, bruker den nye booster en lineær aerospike-motor i stedet for konvensjonelle klokkeformede rakettmotorer for å gjøre unna flere trinn.

Å komme inn i rommet er en svært komplisert affære. Å sette en nyttelast, som en satellitt, i omløp betyr å skyte den ut av atmosfæren på rundt 18.000 mph (29.000 km / t). Dette tar betydelig energi i form av rakett drivstoff, som må holdes inne i en rakett og brent av rakettmotoren. Dessverre betyr det å legge til mer drivstoff for å løfte raketten, motoren og det opprinnelige drivstoffet, så mer drivstoff til å løfte alt det, så mer drivstoff for å løfte det brennstoffet.

Dette er en av grunnene til at byråer og private selskaper bruker iscenesatte raketter. Ved å bruke et stort første trinn for å løfte mindre øvre trinn i rekkefølge og deretter kaste dem underveis, kan en nyttelast sendes i bane uten å måtte løfte hoveddelen av hele lanseringen kjøretøyet også.

En annen grunn er at konvensjonelle rakettmotorer kun kan fungere effektivt inne i et stivt definert sett med høyder fordi rakets trykk skal virke mot luften når den skyter ut. Dette er en viktig grunn til at SpaceXs Falcon 9, for eksempel, bruker to stadier i stedet for en. Motoren i første fase er optimalisert for å fungere best på havnivå og lav høyde, mens andre etapp er designet for den sjeldne atmosfæren på kanten av rommet.

Hva ACRA prøver med Haas 2CA er å erstatte de konvensjonelle motorene med en lineær aerospike-motor, som selskapet hevder er 30 prosent mer effektiv enn de som brukes i dag. Det er en ide som dateres tilbake til 1960-tallet, og fungerer i utgangspunktet ved å kutte en rakett motors klokke i halvparten, og deretter plassere de to halvdelene tilbake til baksiden for å danne en tapende spike.

Prinsippet bak aerospike er at luften selv virker som den manglende halvparten av rakettklokken, som inneholder de varme gassene når de forlater forbrenningskammeret. Dette betyr at når raketten flyver høyere, holder den tynnere luften gassene mindre tett og de sprer seg ut som om rakettklokken gradvis er blitt større. Dette gjør at aerospike automatisk kan justere seg selv under flyvningen, og snu seg fra en havnivåmotor til en høy høyde.

Ifølge ARCA tillater dette Haas 2CA å generere en høyere spesifikk impuls sammenlignet med lignende motorer. En bestemt impuls er en måling av hvor mye et rakett kan forandre momentum i en massenhet for en brensel eller, på engelsk, hvor stor en total push rakett kan gi for en tank med drivstoff. I tillegg, ved å bruke 16 forbrenningskamre som kan smøres individuelt, kan raketten styres uten behov for et tungt og komplekst gimbalingsystem.

Når Haas 2CA er ferdig, vil Haas 2CA stå høyt med 16 meter høy med en diameter på 1, 5 meter, og veie 1, 210 kg (550 kg) eller 35, 887 kg (16, 290 kg), takket være ARCAs proprietære kompositt materialer for drivstofftankene og andre komponenter. I motsetning til andre systemer som bruker kryogen drivstoff, brenner Haas 2CA hydrogenperoksid og RP-1 - en svært raffinert form av petroleum - stanser 50.500 lb trykk på havnivå. Dette vil tillate det å plassere en nyttelast på 100 kg i lav jordbane rundt 24 timer i uken for rundt $ 10 000 per kilo eller $ 4, 545 per pund.

Hensikten med mikrosatellittmarkedet er å utvikle Hass 2CA sammen med NASAs Kennedy, Ames, Wallops, Marshall, Stennis og Johnson Space Centers for Cooperative Opportunity Programmet, og planlegger å gjøre sin jomfruflytur fra Wallops Flight Facility i 2018. I tillegg forhandler selskapet å bruke Spaceport America i New Mexico som en lanseringsbase.

"Når Haas 2CA-raketten starter, vil den bli den første raketten i historien for å plassere seg helt i bane, " sier Dumitru Popescu, ARCA Space Corporation CEO. "Dette åpner nye grenser for utforsking av solsystemet, da raketten kan fylles i bane og gjenutnyttes sin aerospike-motor og eliminerer dermed behovet for ytterligere øvre trinn. Etter full kvalifisering kan kjøretøyet betjenes fra innlandet spaceports som det ikke er noen stadier som faller på bakken ved utbrenning. Staged raketter, selv om de gir mer nyttelast for samme startmasse, er mindre pålitelige på grunn av økt antall deler på grunn av flybegivenheter etterspurt ved oppstart og tenning av øvre scenemotor.

Også iscenesatt raketter anses å være dyrere fordi de bokstavelig talt består av mer enn ett rakett. Produksjon og montering av flere raketter i en lansering krever mer, tid, penger og personell. SSTO-teknologien, når den er implementert, vil øke romflygens responsiviteten og redusere kostnadene til verdiene som industrien forventer i flere tiår. Denne raketten vil også være det raskeste kjøretøyet for å nå bane, og tar mindre enn fem minutter. "

Videoen nedenfor introduserer Haas 2CA.

Kilde: ARCA Space Corporation

ARCA Hass 2CA bruker hydrogenperoksid og petroleum som drivmidler (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA er rettet mot mikrosatellittmarkedet (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA er basert på en lineær aerospike motor (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA er bygget av kompositter (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA kan levere seg selv og en satellitt nyttelast i lav jordbane (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA trenger ikke et gimballing system (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA har en estimert lanseringskostnad på USD 1 million (Kreditt: ARCA)

Rendering av ARCA Haas 2CA besøker ISS (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA er planlagt å fly i 2018 (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CA gir ut nyttelast (Kreditt: ARCA)

ARCA Haas 2CAs aerospike eliminerer behovet for flere stadier (Kreditt: ARCA)

Anbefalt Redaksjonens