Osvajanje svemira postalo je jedno od najvažnijih i epohalnih dostignuća čovječanstva. Stvaranje lansirnih vozila i infrastrukture za njihovo lansiranje zahtijevali su ogromne napore vodećih zemalja svijeta. U naše vrijeme postoji tendencija stvaranja lansirnih vozila za višekratnu upotrebu sposobnih za obavljanje desetina letova u svemir. Njihov razvoj i rad i dalje zahtijevaju ogromna sredstva koja mogu dodijeliti samo države ili velike korporacije (opet uz podršku države).
Početkom XXI stoljeća poboljšanje i minijaturizacija elektroničkih komponenti omogućilo je stvaranje satelita male veličine (tzv. "Mikrosateliti" i "nanosateliti"), čija je masa u rasponu od 1 do 100 kg. U posljednje vrijeme govorimo o "pikosatelitima" (težine od 100 g do 1 kg) i "femto satelitima" (težine manje od 100 g). Takvi sateliti mogu se lansirati kao zbirni teret različitih kupaca ili kao prijevozni teret na "velike" svemirske letjelice (SC). Ova metoda lansiranja nije uvijek prikladna, jer se proizvođači nanosatelita (u nastavku ćemo koristiti ovu oznaku za sve dimenzije ultra-malih svemirskih letjelica) moraju prilagoditi rasporedu kupaca za lansiranje glavnog tereta, kao i zbog razlike u orbitama lansiranja.
To je dovelo do pojave potražnje za ultra malim lansirnim nosačima sposobnim za lansiranje svemirskih letjelica težine oko 1-100 kg.
DARPA i KB "MiG"
Bilo je i razvija se mnogo projekata ultralakih lansirnih vozila - sa kopnom, zrakom i morem. Konkretno, američka agencija DARPA aktivno je radila na problemu brzog lansiranja ultra-malih svemirskih letjelica. Konkretno, možemo se prisjetiti projekta ALASA, pokrenutog 2012. godine, u okviru kojeg je bilo planirano stvaranje rakete male veličine dizajnirane za lansiranje iz lovca F-15E i lansiranje satelita težine do 45 kg u nisku referentnu orbitu (LEO).
Raketni motor instaliran na raketi morao je raditi na mono-pogonskom gorivu NA-7, uključujući monopropilen, dušikov oksid i acetilen. Troškovi lansiranja nisu trebali premašiti milion dolara. Pretpostavlja se da su problem s gorivom, posebno sa njegovim spontanim sagorijevanjem i tendencijom eksplozije, stavili tačku na ovaj projekt.
Sličan projekat se razvijao u Rusiji. 1997. godine biro za projektovanje MiG-a, zajedno sa KazKosmosom (Kazahstan), započeo je razvoj sistema za lansiranje korisnog tereta (PN) koristeći prepravljeni presretač MiG-31I (Ishim). Projekt je razvijen na temelju osnova za stvaranje protusatelitske modifikacije MiG-31D.
Trostepena raketa, lansirana na nadmorskoj visini od oko 17.000 metara i brzinom od 3.000 km / h, trebala je osigurati korisni teret težine 160 kg u orbitu na nadmorskoj visini od 300 kilometara i korisni teret težine 120 kg u orbitu na nadmorskoj visini od 600 kilometara.
Teška finansijska situacija u Rusiji krajem 90 -ih i početkom 2000 -ih nije dozvolila da se ovaj projekat realizuje u metalu, iako je moguće da u procesu razvoja mogu nastati tehničke prepreke.
Bilo je mnogo drugih projekata ultralakih lansirnih vozila. Njihova karakteristika može se smatrati razvojem projekata od strane državnih struktura ili velikih (praktično "državnih") korporacija. Složene i skupe platforme poput lovaca, bombardera ili teških transportnih aviona često su se morale koristiti kao lansirne platforme.
Sve je to zajedno zakompliciralo razvoj i povećalo cijenu kompleksa, a sada je vodstvo u stvaranju ultralakih lansirnih vozila prešlo u ruke privatnih kompanija.
Raketna laboratorija
Jedan od najuspješnijih i najpoznatijih projekata ultralakih raketa može se smatrati lansirnim vozilom "Electron" američko-novozelandske kompanije Rocket Lab. Ova dvostupanjska raketa mase 12,550 kg može lansirati 250 kg PS-a ili 150 kg PS-a u orbitu sinkronu prema Suncu (SSO) na nadmorskoj visini od 500 kilometara u LEO. Kompanija planira lansirati do 130 projektila godišnje.
Dizajn rakete izrađen je od ugljičnih vlakana; mlazni motori na tekuće gorivo (LRE) koriste se na paru goriva kerozin + kisik. Kako bi pojednostavio i smanjio troškove dizajna, koristi litij-polimerne baterije kao izvor energije, pneumatske sisteme upravljanja i sustav za istiskivanje goriva iz spremnika, koji rade na komprimirani helij. U proizvodnji raketnih motora na tekuće gorivo i drugih raketnih komponenti aktivno se koriste aditivne tehnologije.
Može se primijetiti da je prva raketa iz Rocket Laba bila meteorološka raketa Kosmos-1 (Atea-1 na maorskom jeziku), sposobna da podigne 2 kg korisnog tereta na visinu od oko 120 kilometara.
Lin Industrial
Ruski "analog" Rocket Lab -a može se nazvati kompanijom "Lin Industrial", koja razvija projekte i za najjednostavniju suborbitalnu raketu koja može doseći visinu od 100 km, i za lansirna vozila dizajnirana za isporuku korisnog tereta LEO -u i SSO -u.
Iako tržištem suborbitalnih projektila (prvenstveno meteoroloških i geofizičkih raketa) dominiraju rješenja s motorima na čvrsto gorivo, Lin Industrial gradi svoju suborbitalnu raketu na bazi raketnih motora na tekuće gorivo pogonjenih kerozinom i vodikovim peroksidom. Najvjerojatnije je to zbog činjenice da Lin Industrial svoj glavni smjer razvoja vidi u komercijalnom lansiranju lansirne rakete u orbitu, a suborbitalna raketa s tekućim pogonom će se vjerojatnije koristiti za razvoj tehničkih rješenja.
Glavni projekt Lin Industrial -a je ultralaka lansirna rampa Taimyr. U početku je projekt predviđao modularni raspored sa serijski paralelnim rasporedom modula, koji omogućava formiranje lansirne rakete s mogućnošću slanja korisnog tereta težine od 10 do 180 kg u LEO. Promjenu minimalne mase lansirane rakete trebalo je osigurati promjenom broja univerzalnih raketnih jedinica (UBR)-URB-1, URB-2 i URB-3 i trećeg stepena raketne jedinice RB-2.
Motori lansirne kuće Taimyr moraju raditi na petroleju i koncentriranom vodikovom peroksidu; gorivo se mora isporučivati zamjenom sa komprimiranim helijem. Očekuje se da će dizajn široko koristiti kompozitne materijale, uključujući plastiku ojačanu ugljičnim vlaknima i komponente odštampane 3D.
Kasnije je kompanija Lin Industrial napustila modularnu shemu - lansirno vozilo postalo je dvostupanjsko, sa uzastopnim rasporedom koraka, zbog čega je izgled lansirnog vozila Taimyr počeo nalikovati izgledu lansirnog vozila Electron Rocket Lab. Takođe, sistem istiskivanja komprimovanog helijuma zamenjen je snabdevanjem gorivom pomoću električnih pumpi na baterije.
Prvo lansiranje Taimyr LV planirano je za 2023.
IHI Aerospace
Jedno od najzanimljivijih ultralakih lansirnih vozila je japanska trostupanjska raketa na čvrsto gorivo SS-520 proizvođača IHI Aerospace, nastala na bazi geofizičke rakete S-520 dodavanjem trećeg stupnja i odgovarajućim usavršavanjem ugrađenih sistema. Visina rakete SS-520 je 9,54 metara, promjer 0,54 metra, lansirna težina 2600 kg. Masa korisnog tereta isporučena LEO -u je oko 4 kg.
Kućište prve faze izrađeno je od čelika visoke čvrstoće, druga faza je od kompozita od ugljičnih vlakana, glava je izrađena od stakloplastike. Sve tri faze su na čvrsto gorivo. Upravljački sistem SS-520 LV povremeno se uključuje u vrijeme razdvajanja prve i druge faze, a ostatak vremena raketa se stabilizuje rotacijom.
3. februara 2018. godine SS-520-4 LV uspješno je lansirao kockasti TRICOM-1R mase 3 kilograma, dizajniran da demonstrira mogućnost stvaranja svemirskih letjelica od potrošačkih elektroničkih komponenti. U vrijeme lansiranja, SS-520-4 LV bio je najmanja raketa-nosač na svijetu, koja je upisana u Guinnessovu knjigu rekorda.
Stvaranje ultra malih lansirnih vozila zasnovanih na meteorološkim i geofizičkim raketama na čvrsto gorivo može biti prilično obećavajući smjer. Takve se rakete lako održavaju, mogu se dugo skladištiti u stanju koje osigurava njihovu pripremu za lansiranje u najkraćem mogućem roku.
Cijena raketnog motora može biti oko 50% cijene rakete i malo je vjerojatno da će biti moguće postići brojku manju od 30%, čak i ako se uzme u obzir uporaba aditivnih tehnologija. U lansirnim vozilima na kruto gorivo ne koristi se kriogeni oksidator, što zahtijeva posebne uvjete skladištenja i točenja goriva neposredno prije lansiranja. Istodobno, za proizvodnju punjenja krutim gorivom, razvijaju se i aditivne tehnologije koje omogućuju "tiskanje" punjenja goriva potrebne konfiguracije.
Kompaktne dimenzije ultralakih lansirnih vozila pojednostavljuju njihov transport i omogućuju lansiranje s različitih točaka planete kako bi se postigao potreban orbitalni nagib. Za ultralaka lansirna vozila potrebna je mnogo jednostavnija lansirna platforma nego za "velike" rakete, što ga čini mobilnim.
Postoje li projekti takvih projektila u Rusiji i na osnovu čega se mogu implementirati?
U SSSR-u je proizveden značajan broj meteoroloških raketa-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 i geofizičke rakete-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Vertikalno", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Mnogi od ovih dizajna bili su zasnovani na vojnom razvoju balističkih raketa ili proturaketa. Tokom godina aktivnog istraživanja gornjih slojeva atmosfere, broj lansiranja dostigao je 600-700 raketa godišnje.
Nakon raspada SSSR -a, broj lansiranja i tipova projektila je radikalno smanjen. U ovom trenutku Roshydromet koristi dva kompleksa-MR-30 s raketom MN-300 koju je razvila NPO Typhoon / OKB Novator i meteorološku raketu MERA koju je razvila KBP JSC.
MR-30 (MN-300)
Raketa kompleksa MR-30 omogućava podizanje 50-150 kg naučne opreme na visinu od 300 kilometara. Dužina rakete MN-300 je 8012 mm s promjerom od 445 mm, lansirna težina je 1558 kg. Troškovi jednog lansiranja rakete MN-300 procjenjuju se na 55-60 miliona rubalja.
Na osnovu rakete MN-300 razmatra se mogućnost stvaranja ultra male lansirne rakete IR-300 dodavanjem druge i gornje faze (zapravo, treće faze). To je, zapravo, predloženo da se ponovi prilično uspješno iskustvo implementacije japanske ultralake lansirne lance SS-520.
Istovremeno, neki stručnjaci izražavaju mišljenje da je, budući da je maksimalna brzina rakete MN-300 oko 2000 m / s, tada za dobijanje prve kozmičke brzine od oko 8000 m / s, što je potrebno za postavljanje lansirnog vozila u orbitu, to može zahtijevati preozbiljnu reviziju izvornog projekta., što je u osnovi razvoj novog proizvoda, što može dovesti do povećanja troškova lansiranja gotovo za red veličine i učiniti ga neprofitabilnim u odnosu na konkurente.
MJERA
Meteorološka raketa MERA dizajnirana je za podizanje korisnog tereta težine 2-3 kg na nadmorsku visinu od 110 kilometara. Masa rakete MERA je 67 kg.
Na prvi pogled, meteorološka raketa MERA apsolutno je neprikladna za upotrebu kao osnova za stvaranje ultralake lansirne rakete, ali u isto vrijeme postoje neke nijanse koje omogućuju osporavanje ovog gledišta.
Meteorološka raketa MERA je dvostupanjski dvokalibar, a samo prva faza obavlja funkciju ubrzanja, druga-nakon razdvajanja, leti po inerciji, što ovaj kompleks čini sličnim protivavionskim vođenim projektilima (SAM) Tunguske i Kompleksi protivavionskih projektila i topova Pantsir (ZRPK). Zapravo, na bazi projektila za raketne sisteme PVO ovih kompleksa stvorena je meteorološka raketa MERA.
Prva faza je kompozitno tijelo s nabojem čvrstog pogonskog goriva. Za 2,5 sekunde, prva faza ubrzava meteorološku raketu do brzine od 5M (brzine zvuka), što je oko 1500 m / s. Promjer prve faze je 170 mm.
Prva faza meteorološke rakete MERA, napravljena namotavanjem kompozitnog materijala, izuzetno je lagana (u poređenju sa čeličnim i aluminijumskim konstrukcijama sličnih dimenzija) - njena težina je samo 55 kg. Također, njegova cijena trebala bi biti znatno niža od rješenja izrađenih od ugljičnih vlakana.
Na temelju toga može se pretpostaviti da se na temelju prve faze meteorološke rakete MERA može razviti jedinstveni raketni modul (URM), namijenjen za serijsko formiranje stupnjeva ultralakih lansirnih vozila
Zapravo, postojat će dva takva modula, oni će se razlikovati po mlaznici raketnog motora, optimiziranoj za rad u atmosferi ili u vakuumu. Trenutno je najveći promjer kućišta koje proizvodi JSC KBP metodom namotavanja navodno 220 mm. Moguće je da postoji tehnička izvedivost proizvodnje kompozitnih kućišta većeg promjera i dužine.
S druge strane, moguće je da bi optimalno rješenje bila izrada trupova, čija će veličina biti ujednačena s bilo kojom municijom za raketni sistem PVO Pantsir, navođenim raketama kompleksa Hermes ili meteorološkim raketama MERA, koje će smanjiti troškove jednog proizvoda povećanjem količine serijskog izdanja iste vrste proizvoda.
Faze lansirnog vozila treba se regrutirati iz URM -a, paralelno pričvršćene, dok će se razdvajanje etapa izvesti poprečno - uzdužno odvajanje URM -a u etapi nije predviđeno. Može se pretpostaviti da će stupnjevi takve rakete -nosača imati veliku parazitsku masu u odnosu na monoblok tijelo većeg promjera. To je djelomično točno, ali mala težina kućišta izrađenog od kompozitnih materijala omogućuje da se u velikoj mjeri izjednači ovaj nedostatak. Moglo bi se ispostaviti da će kućište velikog promjera, izrađeno po sličnoj tehnologiji, biti mnogo teže i skuplje za proizvodnju, a njegovi zidovi morat će biti znatno deblji kako bi se osigurala potrebna krutost konstrukcije od one spojene URM-ovima paketom, tako da će na kraju biti puno monoblokova, a rješenja paketa bit će uporediva po nižoj cijeni potonjeg. I vrlo je vjerojatno da će čelično ili aluminijsko monoblok kućište biti teže od pakiranog kompozitnog kućišta.
Paralelno spajanje URM -a može se izvesti pomoću ravnih kompozitnih glodanih elemenata smještenih u gornjem i donjem dijelu stepenice (na mjestima sužavanja tijela URM -a). Po potrebi se mogu koristiti dodatni estrihi od kompozitnih materijala. Kako bi se smanjili troškovi strukture, tehnološki i jeftini industrijski materijali, ljepila visoke čvrstoće trebaju se koristiti što je više moguće.
Slično, stupnjevi niskog napona mogu biti međusobno povezani kompozitnim cijevnim ili armaturnim elementima, a konstrukcija može biti nerazdvojiva, kada se stepeni razdvoje, nosivi elementi se mogu uništiti piro punjenjem na kontroliran način. Štoviše, radi povećanja pouzdanosti, piro punjenja se mogu nalaziti u nekoliko uzastopno lociranih točaka noseće konstrukcije i pokretati se električnim paljenjem i direktnim paljenjem iz plamena motora višeg stupnja, kada su uključeni (za snimanje donji stupanj ako električno paljenje nije radilo).
Nosačem se može upravljati na isti način kao što se to radi na japanskoj ultralakoj raketi-nosaču SS-520. Mogućnost instaliranja sistema upravljanja radio -komandom, sličnog onom instaliranom na raketnom sistemu PVO Pantsir, također se može smatrati ispravkom lansiranja lansirnog vozila barem na dijelu putanje leta (a moguće i u svim fazama let). Potencijalno, to će smanjiti količinu skupe opreme na raketi za jednokratnu upotrebu nošenjem do kontrolnog vozila za višekratnu upotrebu.
Može se pretpostaviti da će, uzimajući u obzir noseću konstrukciju, spojne elemente i sistem upravljanja, konačni proizvod moći isporučiti korisnom teretu težine od nekoliko kilograma do nekoliko desetina kilograma LEO -u (ovisno o broju unificiranih raketnih modula) u etapama) i takmiče se sa japanskim ultralakim SS-LV.520 i drugim sličnim ultralakim lansirnim vozilima koja su razvile ruske i strane kompanije.
Za uspješnu komercijalizaciju projekta, procijenjeni trošak lansiranja ultralake rakete-nosača MERA-K ne bi trebao prelaziti 3,5 miliona dolara (ovo je cijena lansiranja za lansirno vozilo SS-520).
Osim u komercijalne svrhe, lansirno vozilo MERA-K može se koristiti i za hitno povlačenje vojnih svemirskih letjelica, čija će se veličina i težina također postupno smanjivati.
Također, razvoj postignut tijekom implementacije lansirnog vozila MERA-K može se koristiti za stvaranje naprednog naoružanja, na primjer, hiperzvučnog kompleksa s konvencionalnom bojevom glavom u obliku kompaktne jedrilice, koja se ispušta nakon lansiranja lansiranja vozila do gornje tačke putanje.
