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超輕的電動馬達將為澳大利亞的第一枚國產火箭抽取燃料

超輕的電動馬達將為澳大利亞的第一枚國產火箭抽取燃料

2022-12-22 Comments 0 Comment

如果說有一個地方的重量很關鍵,那就是發射台上。Equipmake公司表示,它擁有市場上最輕、功率密度最大的電動馬達,該公司已經為澳大利亞的首次火箭發射開發了一個超輕的馬達。總部設在昆士蘭的吉爾莫空間技術公司正在為明年4月發射其三級Eris軌道運載火箭做準備。這將是澳大利亞設計和製造的火箭的首次軌道發射嘗試,該公司希望這將代表澳大利亞新的太空發射業的開始。

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Gilmour公司沒有充當海外其他火箭公司的供應商,而是從頭開始建造自己的設備。它高25米(82英尺),第一級直徑為2米(6.6英尺),第二級直徑為1.5米(4.9英尺),它的設計是將有效載荷質量高達305公斤(672磅),送至500公里(311英里)高的太陽同步軌道或赤道軌道。

Eris號將由Gilmour自己的五台天狼星火箭發動機驅動。這是一個混合引擎,意味著它使用液體氧化劑,但使用固體燃料。在最後一次銷毀的台架測試中,它產生了115千牛頓(25,850磅),燃燒了90多秒才爆炸。

“這是澳大利亞有史以來開發的最強大的火箭發動機,”Gilmour太空公司首席執行官和聯合創始人Aadm Gilmour說,”而且它在失敗之前達到了任務持續時間的要求。”

在天狼星發動機上有一個我們熟悉的部件。Equipmake公司的輻條磁鐵電動馬達,我們在2018年首次寫到,並在2020年再次重溫,當時該公司宣布其安培馬達將是世界上功率密度最大的電動馬達,甚至超過了科尼賽克的”Raxial Flux”Quark馬達。

在火箭發射中,重量是絕對重要的,Gilmour委託Equipmake公司為天狼星設計和製造電動馬達。

Equipmake公司首席執行官、前一級方程式賽車工程師Ian Foley在一次視頻通話中告訴我們:”Gilmour找到我們,要求我們提出一個非常、非常輕的電機和變頻器的建議。這對我們來說超級有趣,因為它當然是在地球上的大氣層中開始的,兩分鐘後你就在真空中了,整個過程中要面對難以置信的加速度,設計要求與我們以前做的任何事情都不同。”

電動機和變頻器,每枚火箭都有幾個,主要是用來泵送燃料的。而與地面上的逆變器相比,逆變器尤其顯得獨特。

“通常情況下,逆變器是一個方形的盒子,”Foley說,”這是最簡單的製作方法。但是這一個需要在真空中工作。它需要高電壓,因為你想要大量的電力。但是當你在真空中的兩個導體處於高電壓時,你會得到一種叫做局部放電的現象。以一個熒光燈管為例,它在真空中,電荷可以跳過它。”

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Equipmake公司設計了一種超輕的電動機(左)和圓柱形逆變器(右),能夠在太空的真空中運行。

“因此,我們必須設計逆變器以保持內部的氣壓,我們必須完全重新設計它的機械,以承受它從大氣層進入真空時來自內部的壓力。因此,它最終是接近圓柱形的,有一個碳纖維外殼,以保持壓力和減輕重量。”

在電子方面,太空馬達內置Wolfspeed公司的最新電源開關,使用碳化矽製造。這是一種極難處理的材料,但它的結果是比標準齒輪的重量更輕,效率更高。”這比我們以前所做的在變頻器中推得更遠,”Foley說,”我們為航空航天開發了它,但我們也即將推出用於公共汽車的碳化矽逆變器。”

“對於汽車來說,最重要的是它的效率更高,”Foley繼續說道。”通常情況下,人們報告說續航能力提高了5%,因為碳化矽的損耗比傳統逆變器低得多。目前,它比較昂貴,但電池也是如此,所以你可以提出一個商業案例。電動車現在正處於逐步發展的階段,因此續航能力增加5%是一個技術步驟的重大成果。

Gilmour已經表示有野心擴大其火箭的規模,以便能夠發射載人航天飛行。似乎不太可能以電池為動力的電力系統,無論電機和變頻器多麼輕巧,都能移動這些大型火箭所需的燃料量。

SpaceX的埃隆-馬斯克在下面的推文中曾解釋了這個問題,討論了為什麼SpaceX不使用特斯拉的電動馬達在猛禽發動機中泵送推進劑,這將為星艦火箭提供動力。

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