2022年7月13日至7月22日，“電子號(hào)”運(yùn)載火箭將在10天時(shí)間里先后執(zhí)行來(lái)自美國(guó)國(guó)家偵察局（NRO）的NROL-162的任務(wù)和NROL-199任務(wù)，這是自6月28日?qǐng)?zhí)行CAPSTONE月球探測(cè)器任務(wù)后，“電子號(hào)”本年度的又一次高光時(shí)刻。小小火箭被委以重任，看來(lái)，“電子”雖小，并不簡(jiǎn)單！

小火箭高效率

“電子號(hào)”由總部位于加州的火箭實(shí)驗(yàn)室研制，為兩級(jí)液體運(yùn)載火箭，采用液氧煤油推進(jìn)劑。該火箭芯一級(jí)直徑1.2米，配備9臺(tái)海平面盧瑟福（Sea-level Rutherford）液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)推力約2.15噸，峰值推力2.54噸，海平面比沖311秒；芯二級(jí)直徑也是1.2米，配備1臺(tái)真空盧瑟福（Vacuum Rutherford），單臺(tái)推力約2.63噸，真空比沖343秒；在執(zhí)行近地軌道一箭多星、中高軌任務(wù)時(shí)，還可配置“光子號(hào)”（Photon）上面級(jí)。

“電子號(hào)”火箭全長(zhǎng)18米，起飛質(zhì)量13噸，起飛推力190千牛 (19.4噸)，起飛峰值推力達(dá)到224 千牛(約22.9噸)，推重比約1.5，其近地軌道運(yùn)力300千克，對(duì)應(yīng)運(yùn)載系數(shù)約2.3%。作為小型火箭，“電子號(hào)”近地軌道運(yùn)載系數(shù)達(dá)到2.3%已屬優(yōu)秀，其中很重要的原因在于“盧瑟?！卑l(fā)動(dòng)機(jī)擁有不錯(cuò)的推進(jìn)效率，海平面比沖311秒、真空比沖343秒，在液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中已經(jīng)處于中等偏上的水平。

世界上第一型3D打印、電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

“電子號(hào)”火箭雖然小，但是新。其芯級(jí)火箭配備的主發(fā)動(dòng)機(jī)“盧瑟福”，是世界第一型3D打印的電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。采用3D打印的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)速度快、成本低，能夠大批量快速生產(chǎn)。與傳統(tǒng)其他循環(huán)方式的泵壓式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)泵壓式液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、研發(fā)周期短、制造成本低，推力調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)采用3D打印加電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)，“盧瑟?！睘椤半娮犹?hào)”提升了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

世界唯一可重復(fù)使用的小型運(yùn)載火箭

運(yùn)載火箭可重復(fù)使用技術(shù)由來(lái)已久，在實(shí)際應(yīng)用方面，“獵鷹”火箭是世界上第一型可重復(fù)使用運(yùn)載火箭。由于配備了電動(dòng)泵，“電子號(hào)”火箭芯一級(jí)使用的“盧瑟?！卑l(fā)動(dòng)機(jī)可靈活調(diào)節(jié)推力，為火箭的回收復(fù)用提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。不同于“獵鷹”火箭采用的自主垂直降落回收，“電子號(hào)”火箭采用了直升機(jī)吊掛回收的方式進(jìn)行芯一級(jí)的回收。執(zhí)行完任務(wù)的芯一級(jí)要在約13千米高度上打開(kāi)減速傘，然后再在約6千米的高空展開(kāi)主傘，經(jīng)過(guò)降落傘將芯一級(jí)下落速度降到約36千米/小時(shí)，而后候命的直升機(jī)用裝在一根長(zhǎng)桿末端的鉤子鉤住傘繩，把火箭送到一艘回收船上，由后者運(yùn)回岸上。在現(xiàn)役運(yùn)載火箭當(dāng)中，“電子號(hào)”是世界第二型可復(fù)用運(yùn)載火箭，也是世界唯一可復(fù)用的小型運(yùn)載火箭。

碳復(fù)合材料運(yùn)載火箭

自1954年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號(hào)”升空飛行以來(lái)，人類航天器進(jìn)入太空已經(jīng)近65年。雖然整體航天技術(shù)已經(jīng)有了大幅提升，但是依然受限于化學(xué)火箭的瓶頸，運(yùn)載效率并不高。以較為優(yōu)秀的“獵鷹九號(hào)”火箭為例，其起飛質(zhì)量549.054噸，近地軌道運(yùn)力22.8噸（一級(jí)不回收），相應(yīng)運(yùn)載系數(shù)約4.2%，這已經(jīng)是現(xiàn)役火箭的一流水平。即便如此，“獵鷹九號(hào)”每100噸的起飛質(zhì)量中，最多只有4.2噸的航天器能成為有效載荷。

在化學(xué)火箭中，起飛質(zhì)量主要包含兩部分——箭體和推進(jìn)劑，其中推進(jìn)劑質(zhì)量很難被大幅壓縮，所以提升火箭發(fā)射效率的關(guān)鍵之一就是降低箭體質(zhì)量，將液體火箭做成“餡兒大皮薄”的“水箭”?！半娮犹?hào)”火箭箭體采用了碳復(fù)合材料，這是一種低密度(<2.0克/立方厘米)、高強(qiáng)度的材料，相較于傳統(tǒng)的鋁合金箭體，保證強(qiáng)度的同時(shí)能夠有效降低箭體質(zhì)量，在推進(jìn)劑質(zhì)量不變的情況下火箭的起飛質(zhì)量變小，運(yùn)力更強(qiáng)！

在世界現(xiàn)役運(yùn)載火箭當(dāng)中，“電子號(hào)”是最小的運(yùn)載火箭之一，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)成功發(fā)射，成為世界商業(yè)航天領(lǐng)域小型火箭的主要代表之一?！半娮犹?hào)”雖小，但又新又強(qiáng)，它采用世界上第一型3D打印、電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，箭體使用了碳復(fù)合材料，是世界唯一可重復(fù)使用的小型運(yùn)載火箭；通過(guò)新技術(shù)的使用，“電子號(hào)”的近地軌道運(yùn)載系數(shù)能夠達(dá)到2.3%，這個(gè)效率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)歐空局“織女星”火箭的1.8%（起飛質(zhì)量137噸，近地軌道最大運(yùn)力2.5噸）。

總體而言，“電子號(hào)”火箭是一型技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異、可復(fù)用的微小型二級(jí)液體運(yùn)載火箭。

作者：大白高國(guó)

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