碳纖維使新型低二氧化碳 Skyrora 軌道運載火箭成為可能

0822-cw-news-skyrora-xl1
 Skyrora XL 渲染。圖片來源,所有圖片:Skyrora Ltd.
 
Skyrora Ltd.(英國愛丁堡)是一家私營航天公司,專門為尋求進入太空的小型衛星制造商設計、制造和部署火箭。其新的軌道運載火箭 Skyrora XL是一種復合材料密集型 22.7 米三級輕型運載火箭,旨在將有效載荷送入海拔 500-1,000 公里和極地之間的太陽同步軌道 (SSO)軌道高度在 200-1,000 公里之間。在過去的幾個月里,Skyrora 通過新開設的火箭發動機制造設施增強了其發射能力,并完成了旗艦 Skyrora XL 火箭的第二階段靜態消防發動機測試。
 
Skyrora XL的模塊化設計包括三個階段,一個有效載荷適配器和一個有效載荷整流罩。有效載荷整流罩外殼是帶有蜂窩填料的三層復合材料外殼的兩半。軸承層是碳纖維。據該公司稱,近還建造了一個帶有泡沫肋的 10 層復合材料外殼。當火箭達到所需高度時,有效載荷整流罩的一半在安裝在有效載荷整流罩外殼上的推桿彈簧的幫助下釋放。運載火箭的第三級推進劑罐采用碳纖維預浸料包裹的壓力容器. 包括級間艙和火箭高壓球在內的主要部件也包括復合材料。此外,Skyrora 使用復合材料外包裝罐(主體和球形高壓)進行了 70 千牛頓發動機測試。
 
該公司指出,火箭的關鍵設計標準是 運載火箭的主要系統、組件和單元的統一,從而能夠減少設計和測試的時間和成本,并提高可靠性。據說主要的內燃機 Skyforce 的獨特之處在于它使用過氧化氫和煤油。它用于和第二階段。LEO 發動機也使用過氧化氫和煤油,是一種壓力供給火箭發動機,旨在為 Skyrora XL 的第三級提供動力。該公司指出,推力室的設計適用于 3D 打印。此外,使用的優質煤油燃料——稱為 Ecosene——是通過低溫催化熱解工藝生產的,據說更環保(避免二惡英和呋喃的形成,與傳統的燃料生產方法相比,CO 2排放量減少 70%)并使用聚丙烯 (PP)、聚酯 (PE) 和聚苯乙烯 (PS) 塑料廢料進行生產;零食或薯片等金屬化包裝,以及受紫外線或鹽水(例如海水)影響的塑料和以前回收的塑料都是可以使用的附加組件。該公司表示,雖然 Ecosene 將用于發布,但目前尚未使用 ,因為它仍處于研發階段。
 
Skyrora XL的一個更獨特的方面——但與上述第三級和 70 千牛頓發動機不同的概念 —— 是它的“太空拖船”功能。初由 Techcrunch 于 2021年 1 月報道,Skyrora 團隊在其位于蘇格蘭法夫的測試設施進行了第三階段靜態消防車測試。一個重要的發現是第三級發動機可以在軌道上多次重新點燃(而不是整個飛行器)。這使其能夠在太空中執行許多機動,包括提取太空垃圾或在衛星已經在軌的情況下進行維護。太空拖船仍處于研發階段。
 
0822-cw-news-Skyrora-XL-second-stage-static-test1
第二階段靜態火災試驗。
 
2022年7 月,該公司開設了一個新的制造和生產設施,據說是英國同類設施中大的。在 Midlothian 開設發動機測試設施后,這個位于坎伯諾爾德的新設施將使公司能夠將其發射開發實踐集中在定制-建成國內設施,具備全階段結構和壓力試驗、全階段功能和冷流試驗能力。Skyrora 車輛裝配大樓包括 55,000 平方英尺的廠房和辦公空間,以及一個 67,000 平方英尺的院子,足以容納整個Skylark L發射場和未來的Skyrora XL用于排練、整合工作和發射準備的發射設施。該公司報告稱,一旦開始大規模生產,該設施還具有制造 16輛Skyrora XL車輛的能力,其中兩枚火箭的生產已經開始。
 
“這個專門建造的制造和裝配基地,加上 Midlothian 測試設施,使 Skyrora 能夠直接負責內部的開發周期,”Skyrora 的工程主管 Jack James Marlow 博士說。“作為一家企業,我們現在擁有一整套國內設施,可以在Skyrora XL演示發布之前密切??控制質量以及快速開發和測試。該站點還將使我們能夠進一步優化我們在烏克蘭的同事開發的制造工藝,并從長遠來看擴大運載火箭的生產,從而實現未來的進一步擴張和增長。”
 
Skyrora 準備進入大規模生產與其努力成為家使用Skyrora XL從英國本土發射火箭的英國公司有關。到 2030 年,Skyrora 的目標是每年僅在設得蘭群島的發射場進行 16 次發射。 
 
 
繼這些發展之后,該公司成功完成了旗艦軌道火箭第二級的靜態點火測試(見上面的視頻),由 Discover Space UK 在 Machrihanish 空軍基地主辦,使 Skyrora 離進入商業運營更近了一步。該測試包括對第二級發動機進行熱點火,以證明車輛對其預期有效載荷的操作能力,并確保其性能滿足所有設計要求。 
 
Skyrora 表示,在所有標稱系統的情況下,通過 20 秒的燃燒,它已成功完成,單個 70 千牛頓液體發動機——Skyforce——在設計裕度內運行,達到了預期的推力。
 
第二階段在 Skyrora 近揭幕的 Cumbernauld 制造工廠組裝。作為三級運載火箭的一部分,Skyrora XL的第二級將在大約 62 公里的高度啟動發動機,然后第三級在大約 190 公里處發射,以達到每座 28,000 公里的軌道速度。Skyrora 此前  曾于 2020 年 12 月對其 XL 運載火箭的第三階段進行了測試。Skyrora XL的階段目前正在建設中,預計將于 2023 年年中進行熱火測試。
 
“靜態點火測試看起來、聽起來和感覺很像火箭發射,但沒有升空!” Lee Rosen,Skyrora 席運營官 Col(美國空軍,退役)和前 SpaceX 副總裁,說。“這次成功的測試是我們機動性和靈活性的明確證明。我們的 Skyrora 團隊僅用了 2.5 天就從干凈的停機坪到完全靜態火災測試,從我們位于 Cumbernauld 的工廠和戈爾布里奇附近的測試地點帶來了所有必要的設備。”