配备世界第一型3D打印电动泵发动机,世

年7月12日至7月22日，“电子号”运载火箭将在10天时间里先后执行来自美国国家侦察局（NRO）的NROL-的任务和NROL-任务，这是自6月28日执行CAPSTONE月球探测器任务后，“电子号”本年度的又一次高光时刻。小小火箭被委以重任，看来，“电子”虽小，并不简单！

执行CAPSTONE任务的“电子号”火箭

小火箭高效率

“电子号”由总部位于加州的火箭实验室研制，为两级液体运载火箭，采用液氧煤油推进剂。该火箭芯一级直径1.2米，配备9台海平面卢瑟福（Sea-levelRutherford）液氧煤油发动机，单台推力约2.15吨，峰值推力2.54吨，海平面比冲秒；芯二级直径也是1.2米，配备1台真空卢瑟福（VacuumRutherford），单台推力约2.63吨，真空比冲秒；在执行近地轨道一箭多星、中高轨任务时，还可配置“光子号”（Photon）上面级。

“光子号”上面级

“电子号”火箭全长18米，起飞质量13吨，起飞推力千牛(19.4吨)，起飞峰值推力达到千牛(约22.9吨)，推重比约1.5，其近地轨道运力千克，对应运载系数约2.3%。作为小型火箭，“电子号”近地轨道运载系数达到2.3%已属优秀，其中很重要的原因在于“卢瑟福”发动机拥有不错的推进效率，海平面比冲秒、真空比冲秒，在液氧煤油发动机当中已经处于中等偏上的水平。

世界上第一型3D打印、电动泵驱动的火箭发动机

“电子号”火箭虽然小，但是新。其芯级火箭配备的主发动机“卢瑟福”，是世界第一型3D打印的电动泵驱动火箭发动机。采用3D打印的优点在于生产速度快、成本低，能够大批量快速生产。与传统其他循环方式的泵压式火箭发动机相比，电动泵压式液体火箭发动机具有结构简单可靠、研发周期短、制造成本低，推力调节灵活等优点。通过采用3D打印加电动泵驱动，“卢瑟福”为“电子号”提升了生产效率，降低了生产成本。

“卢瑟福”发动机示意图

世界唯一可重复使用的小型运载火箭

运载火箭可重复使用技术由来已久，在实际应用方面，“猎鹰”火箭是世界上第一型可重复使用运载火箭。由于配备了电动泵，“电子号”火箭芯一级使用的“卢瑟福”发动机可灵活调节推力，为火箭的回收复用提供了关键的技术支撑。不同于“猎鹰”火箭采用的自主垂直降落回收，“电子号”火箭采用了直升机吊挂回收的方式进行芯一级的回收。执行完任务的芯一级要在约13千米高度上打开减速伞，然后再在约6千米的高空展开主伞，经过降落伞将芯一级下落速度降到约36千米/小时，而后候命的直升机用装在一根长杆末端的钩子钩住伞绳，把火箭送到一艘回收船上，由后者运回岸上。在现役运载火箭当中，“电子号”是世界第二型可复用运载火箭，也是世界唯一可复用的小型运载火箭。

碳复合材料运载火箭

自年10月4日世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”升空飞行以来，人类航天器进入太空已经近65年。虽然整体航天技术已经有了大幅提升，但是依然受限于化学火箭的瓶颈，运载效率并不高。以较为优秀的“猎鹰九号”火箭为例，其起飞质量.吨，近地轨道运力22.8吨（一级不回收），相应运载系数约4.2%，这已经是现役火箭的一流水平。即便如此，“猎鹰九号”每吨的起飞质量中，最多只有4.2吨的航天器能成为有效载荷。

在化学火箭中，起飞质量主要包含两部分——箭体和推进剂，其中推进剂质量很难被大幅压缩，所以提升火箭发射效率的关键之一就是降低箭体质量，将液体火箭做成“馅儿大皮薄”的“水箭”。“电子号”火箭箭体采用了碳复合材料，这是一种低密度(2.0克/立方厘米)、高强度的材料，相较于传统的铝合金箭体，保证强度的同时能够有效降低箭体质量，在推进剂质量不变的情况下火箭的起飞质量变小，运力更强！

在世界现役运载火箭当中，“电子号”是最小的运载火箭之一，目前已经实现连续成功发射，成为世界商业航天领域小型火箭的主要代表之一。“电子号”虽小，但又新又强，它采用世界上第一型3D打印、电动泵驱动的火箭发动机，箭体使用了碳复合材料，是世界唯一可重复使用的小型运载火箭；通过新技术的使用，“电子号”的近地轨道运载系数能够达到2.3%，这个效率已经远远超过欧空局“织女星”火箭的1.8%（起飞质量吨，近地轨道最大运力2.5吨）。

总体而言，“电子号”火箭是一型技术先进、性能优异、可复用的微小型二级液体运载火箭。

作者：大白高国

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