超轻的电动马达将为澳大利亚的第一枚国产火箭抽取燃料

2022年12月22日 16:33 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

如果说有一个地方的重量很关键,那就是发射台上。Equipmake公司表示,它拥有市场上最轻、功率密度最大的电动马达,该公司已经为澳大利亚的首次火箭发射开发了一个超轻的马达。总部设在昆士兰的吉尔莫空间技术公司正在为明年4月发射其三级Eris轨道运载火箭做准备。这将是澳大利亚设计和制造的火箭的首次轨道发射尝试,该公司希望这将代表澳大利亚新的太空发射业的开始。

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Gilmour公司没有充当海外其他火箭公司的供应商,而是从头开始建造自己的设备。它高25米(82英尺),第一级直径为2米(6.6英尺),第二级直径为1.5米(4.9英尺),它的设计是将有效载荷质量高达305公斤(672磅),送至500公里(311英里)高的太阳同步轨道或赤道轨道。

Eris号将由Gilmour自己的五台天狼星火箭发动机驱动。这是一个混合引擎,意味着它使用液体氧化剂,但使用固体燃料。在最后一次销毁的台架测试中,它产生了115千牛顿(25,850磅),燃烧了90多秒才爆炸。

"这是澳大利亚有史以来开发的最强大的火箭发动机,"Gilmour太空公司首席执行官和联合创始人Aadm Gilmour说,"而且它在失败之前达到了任务持续时间的要求。"

在天狼星发动机上有一个我们熟悉的部件。Equipmake公司的辐条磁铁电动马达,我们在2018年首次写到,并在2020年再次重温,当时该公司宣布其安培马达将是世界上功率密度最大的电动马达,甚至超过了科尼赛克的"Raxial Flux"Quark马达。

在火箭发射中,重量是绝对重要的,Gilmour委托Equipmake公司为天狼星设计和制造电动马达。

Equipmake公司首席执行官、前一级方程式赛车工程师Ian Foley在一次视频通话中告诉我们:"Gilmour找到我们,要求我们提出一个非常、非常轻的电机和变频器的建议。这对我们来说超级有趣,因为它当然是在地球上的大气层中开始的,两分钟后你就在真空中了,整个过程中要面对难以置信的加速度,设计要求与我们以前做的任何事情都不同。"

电动机和变频器,每枚火箭都有几个,主要是用来泵送燃料的。而与地面上的逆变器相比,逆变器尤其显得独特。

"通常情况下,逆变器是一个方形的盒子,"Foley说,"这是最简单的制作方法。但是这一个需要在真空中工作。它需要高电压,因为你想要大量的电力。但是当你在真空中的两个导体处于高电压时,你会得到一种叫做局部放电的现象。以一个荧光灯管为例,它在真空中,电荷可以跳过它。"

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Equipmake公司设计了一种超轻的电动机(左)和圆柱形逆变器(右),能够在太空的真空中运行。

"因此,我们必须设计逆变器以保持内部的气压,我们必须完全重新设计它的机械,以承受它从大气层进入真空时来自内部的压力。因此,它最终是接近圆柱形的,有一个碳纤维外壳,以保持压力和减轻重量。"

在电子方面,太空马达内置Wolfspeed公司的最新电源开关,使用碳化硅制造。这是一种极难处理的材料,但它的结果是比标准齿轮的重量更轻,效率更高。"这比我们以前所做的在变频器中推得更远,"Foley说,"我们为航空航天开发了它,但我们也即将推出用于公共汽车的碳化硅逆变器。"

"对于汽车来说,最重要的是它的效率更高,"Foley继续说道。"通常情况下,人们报告说续航能力提高了5%,因为碳化硅的损耗比传统逆变器低得多。目前,它比较昂贵,但电池也是如此,所以你可以提出一个商业案例。电动车现在正处于逐步发展的阶段,因此续航能力增加5%是一个技术步骤的重大成果。

Gilmour已经表示有野心扩大其火箭的规模,以便能够发射载人航天飞行。似乎不太可能以电池为动力的电力系统,无论电机和变频器多么轻巧,都能移动这些大型火箭所需的燃料量。

SpaceX的埃隆-马斯克在下面的推文中曾解释了这个问题,讨论了为什么SpaceX不使用特斯拉的电动马达在猛禽发动机中泵送推进剂,这将为星舰火箭提供动力。

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