Первый запуск ракеты Neutron снова отложен из-за проблем с углеродными композитами.

В среду компания Rocket Lab объявила, что запуск ее ракеты-носителя Neutron состоится не раньше 2027 года, сославшись на проблему, обнаруженную в процессе производства углеродно-композитных конструкций ракеты.

Это заявление стало публичным подтверждением того, что почти все внутри Rocket Lab и в космической отрасли в целом уже знали. Последнее официальное сообщение от Rocket Lab в августе указывало на то, что компания все еще надеется доставить первую ракету Neutron на свою стартовую площадку на острове Уоллопс, штат Вирджиния, до конца этого года, что почти наверняка отложило бы первый полет до 2027 года.

Однако заявление компании Rocket Lab, сделанное в среду относительно графика запуска Neutron, свидетельствует о том, что компания по-прежнему испытывает трудности с производством большой ступени ракеты-носителя. Многоразовая первая ступень Neutron изготовлена ​​из углеродных композитных конструкций, которые отличаются малым весом, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Но углеродные композиты в аэрокосмической отрасли, как правило, сложнее в производстве, чем металлические конструкции.

Питер Бек, основатель и генеральный директор Rocket Lab, назвал производственный дефект причиной последнего срыва сроков запуска Neutron. Проблема заключается в куполообразных секциях на концах топливных баков первой ступени ракеты.

«Недавно мы выявили проблему в процессе производства, в частности, топливных обтекателей, что заставило нас приостановить производство и провести дальнейшее расследование», — сказал Бек в видеоролике, опубликованном компанией Rocket Lab .

Масштабирование

Инженеры обнаружили пустоты, или воздушные полости, между слоями углеродного волокна, составляющими композитную структуру куполов. Производство углеродных композитов включает в себя укладку слоев углеродного волокна в форму, а затем отверждение, или нагрев, материала для соединения волокон. Но это сложный процесс, особенно для больших конструкций, которые не поместятся в автоклав — камеру термического отверждения под высоким давлением, распространенную на современных аэрокосмических заводах.

Первая ступень ракеты «Нейтрон» — это «самая большая герметичная конструкция из углеродного композита, когда-либо созданная», — сказал Бек. «Из-за ее масштабов нам пришлось разработать новые процессы, не требующие автоклавирования, для создания ракеты «Нейтрон», и это включает в себя специальные циклы отверждения для очень больших деталей, таких как передний и задний купола топливных баков первой ступени».

В ходе проверок были обнаружены пустоты в недавно затвердевшем переднем куполе, дефекты, которые могут повлиять на прочность, долговечность и надежность конструкции, сказал Бек. «Это не обязательно означает, что купол разрушится в полете, но наша практика заключается в том, чтобы продолжать работы только тогда, когда мы считаем, что система имеет соответствующие запасы прочности».

Инженеры выяснили, что причиной пустот стало недавнее изменение конструкции, направленное на укрепление структуры ракеты. Компания Rocket Lab внесла это изменение в конструкцию после того, как в январе во время гидростатических испытаний неожиданно лопнул топливный бак ракеты Neutron. Причиной поломки был назван производственный дефект в «критическом соединении» бака.

По словам официальных лиц, неисправный резервуар из углеродного композита был изготовлен «сторонним подрядчиком с использованием ручного процесса укладки волокон». Это решение было принято для того, чтобы позволить продолжить испытания резервуара, пока Rocket Lab вводит в эксплуатацию автоматизированную машину для укладки волокон, которая сейчас работает. Rocket Lab также удалила стыки в конструкции первой ступени резервуара и увеличила толщину некоторых участков углеродного композита.

Завершение процесса заполнения пустоты

Компания Rocket Lab заявила, что проблема, по всей видимости, решена после повторной модификации производственного процесса. Задний топливный купол, изготовленный по обновленной технологии, прошел проверку.

«Мы решили проблему, — сказал Бек. — Это дает нам полную уверенность в том, что мы можем двигаться дальше с новым передним куполом. Процесс создания нового переднего купола, в сочетании со всем временем, затраченным на исследование, выявление и устранение проблемы, перенес дату первого запуска Neutron на следующий год».

Ракета Neutron значительно больше, чем ракета-носитель Electron компании Rocket Lab, также изготовленная из углеродного волокна. Диаметр легкой ракеты Electron составляет 1,2 метра (3,9 фута), в то время как ширина ракеты Neutron средней грузоподъемности в самом широком месте достигает 7 метров (23 фута).

В прошлом году компания Rocket Lab завершила квалификационные испытания одноразовой второй ступени и обтекателя полезной нагрузки ракеты Neutron. Конструкция ракеты уникальна: верхняя ступень и полезная нагрузка находятся внутри носового обтекателя первой ступени на начальных этапах запуска. Через несколько минут после старта ускорительная ступень Neutron откроет свой носовой обтекатель в форме раковины, чтобы высвободить верхнюю ступень и полезную нагрузку для дальнейшего разгона до орбиты. Затем первая ступень закроет свой носовой обтекатель и вернется на посадочную площадку в море для повторного использования.

Метановый и кислородный баки первой ступени ракеты Neutron являются крупнейшими элементами ракеты, и они должны выдерживать внутреннее давление, а также суровые условия запуска и входа в атмосферу.

Список задач, стоящих перед Rocket Lab для первого полета Neutron, очень длинный. Окончательная квалификация первой ступени еще не завершена, как и квалификация архимедова двигателя, работающего на метане, девять из которых будут приводить в движение ускоритель Neutron. В августе Rocket Lab сообщила, что вступает в «финальный этап» квалификационных испытаний двигателя.

После завершения этого этапа команды начнут подготовку к запуску на восточном побережье Вирджинии. Подготовка к запуску новых ракет часто занимает несколько месяцев до первого полета и включает в себя многочисленные комплексные испытания по заправке топливом, репетиции обратного отсчета и статические огневые испытания.

В ходе комплексных испытаний инженеры часто обнаруживают новые проблемы, что требует повторных проверок и корректировки процедур и оборудования на стартовой площадке и на ракете. В этом и заключается цель таких испытаний.

Компания Rocket Lab анонсировала ракету Neutron в 2021 году, планируя первый полет в 2024 году. Таким образом, сроки разработки Neutron теперь удвоились.

В среду Бек заявил, что разработка Neutron по-прежнему ведется «в соответствии с амбициозным графиком». В предыдущих заявлениях Бек подчеркивал, что Rocket Lab уделяет первостепенное внимание качеству и не желает выпускать «непроверенный продукт».

«Наша цель — выйти на орбиту с первой попытки», — сказал Бек в прошлом году. «Вы не услышите от нас никаких оговорок о том, что мы просто оттолкнулись от стартовой площадки, и заявлений об успехе и тому подобном, а это значит, что мы не хотим узнать во время первого полета Neutron то, что можно было бы узнать на земле во время этапа испытаний».

Компания Rocket Lab добилась больших успехов со своей ракетой Electron, способной выводить на низкую орбиту полезную нагрузку массой до 660 фунтов (300 килограммов). На сегодняшний день ракета Electron совершила 97 полетов, из которых 56 были успешными подряд.

С помощью ракеты-носителя Neutron компания Rocket Lab стремится конкурировать за более широкий спектр контрактов на запуски, рассматривая возможности продажи запусков американским военным и операторам крупных спутниковых группировок. Ее грузоподъемность на низкую околоземную орбиту составляет почти 29 000 фунтов (13 000 килограммов).

«Мы создаём долгосрочную инфраструктуру программы одновременно с созданием нашей первой ракеты, чтобы быстро масштабировать её, решить глобальные проблемы с запуском, и на это также рассчитывают коммерческие заказчики, правительства и наши собственные будущие спутниковые сервисы», — заявил Бек в среду. «Но я также говорил, что мы не будем спешить к стартовой площадке, подвергая себя ненужному риску, и что такие программы разработки, как Neutron, сопряжены со своими трудностями».

Последняя проблема, с которой столкнулась компания Neutron, возникла как раз в тот момент, когда потенциальные заказчики ракеты требуют увеличения пропускной способности для запусков. Компания SpaceX, лидер рынка, переориентируется на гигантскую ракету Starship и в ближайшие несколько лет выведет из коммерческой эксплуатации свою основную ракету Falcon 9, без которой многие стартапы, занимающиеся разработкой спутников, не смогли бы выводить свои полезные нагрузки на орбиту по доступной цене.

Это позволяет компании Rocket Lab конкурировать с операторами спутников, чьи полезные нагрузки не соответствуют возможностям Starship. Но конкуренция жесткая. Другие ракетные компании, такие как Relativity Space, Stoke Space и Firefly Aerospa