Electron da RocketLab

Foguete leve de lançamento ágil

O Electron é um veículo lançador ultraleve desenvolvido pela divisão da Nova Zelândia da empresa aeroespacial privada americana Rocket Lab

Primeiro estágio – O comprimento do estágio é de 12,1 metro, com diâmetro de de 1,2 metro e seu peso seco é de 950 kg. Suporta até 9.250 kg de propelente. O primeiro estágio está equipado com nove motores de propelente líquido Rutherford, e o layout da baia de motores tem um motor central e oito localizados ao seu redor.

O Rutherford é um motor produzido internamente pela Rocket Lab, com todas as peças principais sendo impressas em 3D. Ele utiliza uma unidade para bombear os componentes do propelente para a câmara de combustão acionada por dois motores elétricos alimentados por baterias de polímero de lítio instaladas no estágio. São utilizados motores DC com escovas, cada um dos quais desenvolve uma potência de cerca de 37 kW a uma velocidade de rotação de 40.000 rpm, o que permite aumentar a pressão na linha de combustível de 0,2–0,3 MPa para 10–20 MPa.

Projetado para lançamentos comerciais de micro e nanossatélites, permite colocar uma carga útil de até 150 kg em órbita síncrona do sol com uma altura de 500 km ou até 250 kg em órbita terrestre baixa

O empuxo do estágio na decolagem é de 162 kN (16.5194 kgf) e sobe para 192 kN (19.5786 kgf) no vácuo. Impulso específico é de 311 s. O tempo de operação do estágio é de cerca de 155 segundos. O controle vetorial de empuxo é realizado pelo basculamento simultâneo de todos os nove motores do eixo central.

O estágio é desencaixado usando atuadores pneumáticos acionados por hélio comprimido, que também é usado para criar pressão de trabalho nos tanques de propelente.

A empresa vem trabalhando em um modelo reutilizável desde 2018 e anunciou seus planos pela primeira vez em 6 de agosto de 2019. Como um veículo pequeno e barato, o Electron não foi planejado para ser reutilizável; no entanto, tais planos surgiram após a análise de informações de sensores na estrutura. Além disso, a reutilização permitirá lançamentos mais frequentes usando unidades já lançadas. Para compensar a massa adicional do equipamento de pouso, esperava-se que a potência do foguete aumentasse com o tempo. No início, a tarefa era coletar dados e passar com sucesso pelas densas camadas da atmosfera, apelidada de “parede” pela empresa. Em geral, após a passagem da “parede”, prevê-se a aplicação de um freio aerodinâmico (pouco se sabe e a empresa não oferece informações detalhadas), depois um pára-quedas ( parafoil ) até cair no oceano. A partir do décimo lançamento, estava prevista a utilização de um primeiro estágio atualizado com alterações visando o seu retorno. Inicialmente, ele afundará na água, e no futuro está planejado interceptá-lo no ar usando um helicóptero.

Após o voo 11 (“Birds of a Feather”) em meados de fevereiro de 2020, os paraquedas foram testados em baixa altitude. Em abril de 2020, a empresa publicou renderizações da interceptação bem-sucedida do estágio descendente usando um helicóptero, produzido em março. O protótipo foi levantado no ar por um helicóptero, após o que abriu seus pára-quedas em queda livre e foi apanhado por outrp helicóptero que carregava um gancho a uma altitude de 1500 m, e depois pousado ao solo.

No 16º voo (“Return to Sender”), pela primeira vez, foi possível trazer todo o estágio para aterrissagem no Oceano Pacífico.  

Modificações do primeiro estágio – Inicialmente, o Electron colocava uma carga máxima de 150-225 kg em uma órbita síncrona do sol de 500 km. No entanto, para alcançar a reutilização, foram feitas alterações no design:

O custo de lançamento de um veículo lançador varia de 4,9 a 6,6 milhões de dólares americanos. Seus motores Rutherford são a primeira implementação prática de um foguete orbital de bombear eletricamente (usando um motor elétrico) combustivel e oxidante.

Nos voos 6 (“That’s a Funny Looking Cactus”) e 7 (“Make it Rain”) carregavam sensores para coletar informações em preparação para reutilização;
No vôo 8 (“Look Ma No Hands”) levava um instrumento de coleta de dados capaz de resistir a pousos na água;
A voo 10 (“Running out of Toes”) foi feito com um estágio atualizado que podia ser controlado durante a descida, e continha equipamentos de navegação, computadores de controle de voo e antenas para comunicação via satélites na banda C para transmitir dados diretamente durante a descida, e também sistema de controle de atitude para controle de orientação de estágio. Após a separação, o primeiro estágio foi girado 180°. Ao longo da descida, sua direção e ângulo de ataque controlado para proteção ideal por um escudo térmico em sua base. O estágio passou com sucesso pela reentrada atmosférica, apesar da completa falta de motores de frenagem, e caiu no oceano com destruição parcial a uma velocidade de 900 km/h (250 m/s), conforme planejado.  Era importante para o Rocket Lab não tanto manter o estágio intacto, mas experimentar a passagem da atmosfera.
O vôo 11 (“Birds of a Feather”) fez um pouso semelhante.   Em agosto de 2020, o Rocket Lab anunciou um aumento na carga útil do Electron para 225-300 kg, o que é explicado pelo aumento da capacidade das baterias elétricas. Esse aumento compensa a massa adicional dos sistemas de pouso adicionados ou permite uma carga útil maior em missões interplanetárias se o estágio for gasto em vez de recuperado. Também foram anunciados coifas de carga expandidas: 1,8 m de diâmetro (mais larga que o próprio foguete) e 2,5 m de comprimento.

Segundo estágio – O comprimento é de 2,4 m, o diâmetro é de 1,2 m, o peso seco é de 250 kg. Suporta até 2150 kg de combustível. O segundo estágio usa um único motor Rutherford otimizado para desempenho máximo de vácuo e equipado com uma tubeira não refrigerada superdimensionada. O empuxo do motor no vácuo é de 22 kN, e o impulso específico é de 333 s.

O foguete é frequentemente operado em conjunto com um estágio superior ou o rebocador Photon. Embora o foguete fosse originalmente descartável, a empresa está trabalhando na criação de uma modificação reutilizável e duas vezes conseguiu trazer o primeiro estágio para o oceano.

O estágio é equipado com três baterias de íons de lítio para alimentar o acionamento elétrico da bomba do motor, duas das quais são ejetadas quando esgotadas, permitindo que o estágio reduza o peso seco. O controle vetorial de empuxo em cabragem e guinada é realizado devido à deflexão do motor, o controle de rotação e o controle de posição do estágio é realizado usando um sistema de jato de gás. O segundo estágio é equipado com um compartimento de instrumentos, que abriga os sistemas de controle do veículo lançador, que são projetados e fabricados pela Rocket Lab.

Carenagem – O foguete está equipado com uma carenagem de material composto de carbono padrão de 2,5 m de comprimento, 1,2 m de diâmetro e pesando cerca de 50 kg.

O conceito distinto do Rocket Lab é separar o processo de montagem da carga útil dentro da carenagem da assemblagem do resto do foguete. Isso permite que clientes, proprietários de satélites, realizem integração de carga útil com o adaptador e encapsulamento na coifa em suas próprias empresas e, em seguida, transportando este módulo montado na plataforma de lançamento, onde será rapidamente integrado ao foguete.

Terceiro estágio ‘Kick Stage’ e Photon
A empresa desenvolveu um terceiro estágio opcional, como um estágio superior necessário para o lançamento em órbitas circulares. Além disso, o estágio melhora a precisão da inserção orbital e o faz em menos tempo. O estágio contém um único motor Curie que usa um combustível “verde” não revelado e também é impresso em 3D. Pela primeira vez, tal estágio foi usado no segundo voo do Electron. É capaz de transportar até 150 kg de carga útil. A empresa desenvolveu a próxima versão do terceiro estágio – Photon, focado em lançamentos lunares e interplanetários. Esta versão é capaz de transportar até 30 kg em órbita lunar.