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碳纤维使新型低二氧化碳 Skyrora 轨道运载火箭成为可能

2022-08-24 19:275790
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 Skyrora XL 渲染。图片来源,所有图片:Skyrora Ltd.
 
Skyrora Ltd.(英国爱丁堡)是一家私营航天公司,专门为寻求进入太空的小型卫星制造商设计、制造和部署火箭。其新的轨道运载火箭 Skyrora XL是一种复合材料密集型 22.7 米三级轻型运载火箭,旨在将有效载荷送入海拔 500-1,000 公里和极地之间的太阳同步轨道 (SSO)轨道高度在 200-1,000 公里之间。在过去的几个月里,Skyrora 通过新开设的火箭发动机制造设施增强了其发射能力,并完成了旗舰 Skyrora XL 火箭的第二阶段静态消防发动机测试。
 
Skyrora XL的模块化设计包括三个阶段,一个有效载荷适配器和一个有效载荷整流罩。有效载荷整流罩外壳是带有蜂窝填料的三层复合材料外壳的两半。轴承层是碳纤维。据该公司称,近还建造了一个带有泡沫肋的 10 层复合材料外壳。当火箭达到所需高度时,有效载荷整流罩的一半在安装在有效载荷整流罩外壳上的推杆弹簧的帮助下释放。运载火箭的第三级推进剂罐采用碳纤维预浸料包裹的压力容器. 包括级间舱和火箭高压球在内的主要部件也包括复合材料。此外,Skyrora 使用复合材料外包装罐(主体和球形高压)进行了 70 千牛顿发动机测试。
 
该公司指出,火箭的关键设计标准是 运载火箭的主要系统、组件和单元的统一,从而能够减少设计和测试的时间和成本,并提高可靠性。据说主要的内燃机 Skyforce 的独特之处在于它使用过氧化氢和煤油。它用于和第二阶段。LEO 发动机也使用过氧化氢和煤油,是一种压力供给火箭发动机,旨在为 Skyrora XL 的第三级提供动力。该公司指出,推力室的设计适用于 3D 打印。此外,使用的优质煤油燃料——称为 Ecosene——是通过低温催化热解工艺生产的,据说更环保(避免二恶英和呋喃的形成,与传统的燃料生产方法相比,CO 2排放量减少 70%)并使用聚丙烯 (PP)、聚酯 (PE) 和聚苯乙烯 (PS) 塑料废料进行生产;零食或薯片等金属化包装,以及受紫外线或盐水(例如海水)影响的塑料和以前回收的塑料都是可以使用的附加组件。该公司表示,虽然 Ecosene 将用于发布,但目前尚未使用 ,因为它仍处于研发阶段。
 
Skyrora XL的一个更独特的方面——但与上述第三级和 70 千牛顿发动机不同的概念 —— 是它的“太空拖船”功能。初由 Techcrunch 于 2021年 1 月报道,Skyrora 团队在其位于苏格兰法夫的测试设施进行了第三阶段静态消防车测试。一个重要的发现是第三级发动机可以在轨道上多次重新点燃(而不是整个飞行器)。这使其能够在太空中执行许多机动,包括提取太空垃圾或在卫星已经在轨的情况下进行维护。太空拖船仍处于研发阶段。
 
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第二阶段静态火灾试验。
 
2022年7 月,该公司开设了一个新的制造和生产设施,据说是英国同类设施中大的。在 Midlothian 开设发动机测试设施后,这个位于坎伯诺尔德的新设施将使公司能够将其发射开发实践集中在定制-建成国内设施,具备全阶段结构和压力试验、全阶段功能和冷流试验能力。Skyrora 车辆装配大楼包括 55,000 平方英尺的厂房和办公空间,以及一个 67,000 平方英尺的院子,足以容纳整个Skylark L发射场和未来的Skyrora XL用于排练、整合工作和发射准备的发射设施。该公司报告称,一旦开始大规模生产,该设施还具有制造 16辆Skyrora XL车辆的能力,其中两枚火箭的生产已经开始。
 
“这个专门建造的制造和装配基地,加上 Midlothian 测试设施,使 Skyrora 能够直接负责内部的开发周期,”Skyrora 的工程主管 Jack James Marlow 博士说。“作为一家企业,我们现在拥有一整套国内设施,可以在Skyrora XL演示发布之前密切​​控制质量以及快速开发和测试。该站点还将使我们能够进一步优化我们在乌克兰的同事开发的制造工艺,并从长远来看扩大运载火箭的生产,从而实现未来的进一步扩张和增长。”
 
Skyrora 准备进入大规模生产与其努力成为家使用Skyrora XL从英国本土发射火箭的英国公司有关。到 2030 年,Skyrora 的目标是每年仅在设得兰群岛的发射场进行 16 次发射。 
 
 
继这些发展之后,该公司成功完成了旗舰轨道火箭第二级的静态点火测试(见上面的视频),由 Discover Space UK 在 Machrihanish 空军基地主办,使 Skyrora 离进入商业运营更近了一步。该测试包括对第二级发动机进行热点火,以证明车辆对其预期有效载荷的操作能力,并确保其性能满足所有设计要求。 
 
Skyrora 表示,在所有标称系统的情况下,通过 20 秒的燃烧,它已成功完成,单个 70 千牛顿液体发动机——Skyforce——在设计裕度内运行,达到了预期的推力。
 
第二阶段在 Skyrora 近揭幕的 Cumbernauld 制造工厂组装。作为三级运载火箭的一部分,Skyrora XL的第二级将在大约 62 公里的高度启动发动机,然后第三级在大约 190 公里处发射,以达到每座 28,000 公里的轨道速度。Skyrora 此前  曾于 2020 年 12 月对其 XL 运载火箭的第三阶段进行了测试。Skyrora XL的阶段目前正在建设中,预计将于 2023 年年中进行热火测试。
 
“静态点火测试看起来、听起来和感觉很像火箭发射,但没有升空!” Lee Rosen,Skyrora 席运营官 Col(美国空军,退役)和前 SpaceX 副总裁,说。“这次成功的测试是我们机动性和灵活性的明确证明。我们的 Skyrora 团队仅用了 2.5 天就从干净的停机坪到完全静态火灾测试,从我们位于 Cumbernauld 的工厂和戈尔布里奇附近的测试地点带来了所有必要的设备。”
 
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