電子號火箭：為小衛星而生

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▲ 第三枚電子號火箭在發射臺上

6月28日，美國火箭實驗室宣布，由于電子號火箭一子級九臺“盧瑟?！卑l動機其中之一的電機控制器重復出現問題，決定關閉本次發射窗口，發射時間擇機而定。

本次發射的是第三枚電子號火箭，這也是該型號火箭首次進行商業發射。此前火箭實驗室已經于2017年5月25日和2018年1月20日完成兩次試飛，第一次發射失敗，第二次發射成功。

▲ 很有藝術感覺的“電子號”躺在廠房內

▲ 沒有加注的電子號火箭

▲ “盧瑟?！币貉趺河桶l動機

電子號火箭不是電火箭

“電子號”是美國小型火箭研制公司——火箭實驗室自主研制的兩級液氧/煤油運載火箭，主要進行微/小型衛星的發射，面向的客戶群體是商業客戶。電子號火箭長17米，直徑1.2米，質量10.5噸，太陽同步軌道運載能力為150千克，單次發射價格為490萬美元?；鸺耐鈿ず蛢炔亢芏嘟Y構件是由碳纖維復合材料制造而成，使用這種材料可以大幅降低火箭結構質量，從而提升有效載荷運載能力。

動力系統

“電子號”采用全新的電動推進循環（單臺發動機配置2臺電動機），依靠無刷直流電機和高性能鋰聚合物電池來驅動推進劑泵。火箭本身仍使用液氧/煤油燃料作為推進劑，只是火箭發動機的推進劑泵并沒有采用傳統的燃氣驅動方式，而是采用電機驅動，這也是該火箭命名為“電子號”的原因。

火箭使用的10臺液氧/煤油發動機均基于相近的設計來制造。火箭一子級采用完全相同的9臺“盧瑟?！币貉?煤油發動機，火箭二子級采用1臺真空型“盧瑟?！币貉?煤油發動機?！氨R瑟?！卑l動機采用電動泵實現推進劑增壓輸送，省去了大量復雜的推進劑管路與閥門、燃氣發生器等裝置，降低了復雜度，提高了可靠性，降低了制造成本。

▲ 火箭實驗室首席執行官彼得·貝克與“盧瑟福”液氧煤油發動機

▲ “盧瑟?！卑l動機點火試車

此外，“盧瑟福”發動機的主要部件（包括發動機腔室、再生冷卻燃燒室、噴注器、泵和主推進劑閥門等）均采用3D打印技術制造而成，這有利于降低發動機成本，實現快速批量生產。

電子系統

箭上電子系統采用火箭實驗室公司自行研制的微型電子設備和箭載計算機系統，采用先進的現場可編程門陣列（FPGA）及實時系統技術，具有快速響應速度和高可靠性，電子系統質量僅為8.6千克?；鸺骷夒娮酉到y采用模塊化硬件結構，只需對其進行編程就可根據不同功能完成定制，大幅減少硬件改動，縮減生產制造周期，確保火箭快速發射需求。

發射場

電子號火箭擁有一座完全由私人公司建造的發射場——瑪西亞半島發射場。該發射場位于新西蘭北島東海岸，面向太平洋。該發射場的1號綜合發射設施已獲得美國聯邦航空管理局批準認證。未來，火箭實驗室計劃逐步提高發射頻率，2018年底將發射頻率提高到每月1次，2019年實現每2周發射一次。公司最終的目標是實現每72小時進行1次發射。

為避開復雜的有效載荷處理工作，縮短在發射場的發射準備時間，火箭實驗室公司采用“集裝箱”理念，即：用戶自行把衛星封裝到由該公司提供的有效載荷整流罩內。整流罩裝載衛星后可存放起來，在發射前期再將該整流罩與火箭進行組裝。

發射任務一波三折

第一次試飛未能入軌

2017年5月25日，第一枚電子號火箭從位于新西蘭北部的瑪西亞半島發射場順利升空，但在起飛4分鐘后，遙測信號中斷，無法對火箭進行遙測，當時火箭飛行的高度是224公里?；鸺齼H搭載了一個驗證型有效載荷（模擬衛星），并在火箭上面級上安裝了各種儀器設備，用來對火箭性能進行評定。首飛計劃進入高度在300-500公里，傾角為83°的太陽同步軌道（SSO）。

▲ 電子號火箭在發射臺上

▲ 第一枚電子號火箭從新西蘭瑪西亞半島發射場升空

▲ 新西蘭瑪西亞半島發射場

在飛行中，“電子號”按原計劃完成了一子級點火、級間分離、二子級點火和整流罩分離，但在二子級飛行過程中遙測信號中斷。導致遙測信號中斷的原因是：公司的第三方發射支持商對地面設備的配置有誤，該設備是用來將火箭的無線電信號轉換成靶場安全員專用數據的。這個問題造成接收位置數據大面積損壞，導致數據丟失。最終，該事故引發了靶場安全員觸發火箭飛行中止系統，發射實驗被迫終止?；鸺罱K成為了“太空垃圾”。

▲ 成功點火升空

第二次試飛取得成功

火箭實驗室公司在2017年12月6日開啟了為期10天的發射窗口，但因為天氣原因和箭體出現零星故障，發射一度推遲，最終導致第一次發射窗口關閉。2018年1月11日，“火箭實驗室”宣布為電子號火箭開放新的發射窗口，持續9天，每天開放4個小時。

在起飛前一天，火箭實驗室曾嘗試進行發射，但由于兩艘私營船只誤入管制航區和發射天氣轉差，發射取消。最終，在新西蘭當地時間2018年1月20日晚上20：43（美國東部時間1月21日下午14：43），電子號火箭順利升空。運行狀態良好，并收到了衛星回傳信號。

第三次發射遭遇延遲

本次發射窗口原定在新西蘭當地時間4月20日中午12：30開啟，為期2周，每天開放4小時。但在2018年4月17日，公司宣布發射推遲，原因是在測試中，工程師發現火箭一子級的九臺“盧瑟?！卑l動機之一的電機控制器“性能異?！?，中間經過多次反復，決定在6月底重啟發射，發射窗口開啟時間不早于6月22日，每天開放4小時，持續至7月5日。

但在新西蘭當地時間2018年6月23日中午12：30，火箭實驗室按照預期開啟發射窗口后，在倒計時過程中跟蹤天線出現故障，且故障未能在4小時發射窗口開啟時間內得到解決，發射再次被取消。

隨后，火箭實驗室公司在新西蘭當地時間6月27日中午12∶30再次嘗試發射。但1小時后，發射取消，原因是發動機的電機控制器出現問題。同類故障早前在4月份的時候就曾出現過?？礃幼?，這個老問題，始終沒有得到有效解決。最終，在6月28日，火箭實驗室宣布，由于電機控制器重復出現問題，因此決定關閉本次發射窗口。

本次發射攜帶的有效載荷包括：頂尖公司的2顆“狐猴-2”立方星，用于海洋船舶跟蹤；1顆泰瓦克納衛星系統公司的地球光學衛星；1顆 “爾灣-01”教學衛星（由南加州六所高中在“爾灣立方星理工科研計劃”項目中研制）；1個 “NABEO”航天技術演示器（由德國高性能空間結構系統有限責任公司研制，將測試一種可用于衛星脫離軌道的展開式制動帆）。本次任務中，全部有效載荷計劃被送入250公里×500公里，傾角為85°的橢圓形軌道上，隨后由火箭實驗室自主研制的變軌級對軌道進行圓化。變軌級使用的“居里”發動機也是由公司自主研制的。

▲ 電子號火箭測控室

“火箭實驗室”的發展

火箭實驗室公司成立于2006年，其總部設在加州亨廷頓灘，在美國奧克蘭設有一個設計與工程辦事機構，在新西蘭北部建有私營的瑪西亞半島發射場。公司主營業務是研制小型火箭。

2010年，該公司獲得美國空軍的“作戰響應空間辦公室（ORS）”合同，開始研究低成本微納衛星運載器推進技術。

2013年12月，該公司研制出“盧瑟?！卑l動機，并進行了300多次點火試驗。

2016年，該公司完成電子號火箭各子級的飛行資質認證，并在新西蘭建造了瑪西亞航天中心1號綜合發射設施。

2017年3月，公司完成D輪融資，籌得7500萬美元用于擴大其生產，添置3D打印設備，為預期中的高頻率發射做準備。這筆資金還用于為美國加利福尼亞州享廷頓灘一座新火箭工廠配備設備和對新西蘭現有設施進行升級改造。

截至目前，該公司已經獲得多個微小衛星發射合同，涉及客戶包括美國宇航局、行星公司、頂尖公司、日本佳能電子公司等。

近年來，世界各國都將目光轉向了小型運載火箭的研制和生產，原因是小型運載火箭研制門檻低，發射價格僅為大中型火箭的10%或更低；發射時間更為靈活；有些火箭還可以按照客戶需求提供定制服務（如挑選發射場，顧客可提前自行將有效載荷進行封裝等），受到商業公司的青睞。

未來，微/小型衛星可以選擇專用的小型運載火箭進行發射，而不再受限于傳統的大中型火箭共乘搭載發射方式，為蓬勃發展的微/小衛星發射市場提供了全新的發射選擇，將成為航天發射領域的重要力量之一。