Osvajanje svemira postalo je jedno od najvažnijih i epohalnih postignuća 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 desetaka letova u svemir. Njihov razvoj i rad još uvijek zahtijevaju ogromna sredstva, koja mogu dodijeliti samo države ili velike korporacije (opet uz potporu 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" (težini manjoj od 100 g). Takvi se sateliti mogu lansirati kao zbirni teret različitih kupaca ili kao prijelazni 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 vozilima sposobnim za lansiranje svemirskih letjelica težine oko 1-100 kg.
DARPA i KB "MiG"
Bilo je i razvija se mnogo projekata ultralakih lansirnih vozila - s 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 (LAV).
Raketni motor instaliran na raketi morao je raditi na mono-pogonskom gorivu NA-7, uključujući monopropilen, dušikov oksid i acetilen. Cijena lansiranja nije trebala premašiti milijun dolara. Vjerojatno su ovom projektu okončani problemi s gorivom, posebno s njegovim spontanim izgaranjem i tendencijom eksplozije.
Sličan se projekt razrađivao u Rusiji. 1997. godine projektni biro MiG-a, zajedno s KazKosmosom (Kazahstan), započeo je razvoj sustava za lansiranje korisnog tereta (PN) pomoću preuređenog presretača MiG-31I (Ishim). Projekt je razvijen na temelju temelja za stvaranje protusatelitske modifikacije MiG-31D.
Trostupanjska raketa, lansirana na nadmorskoj visini od oko 17.000 metara i brzinom od 3.000 km / h, trebala je u orbitu na visini od 300 kilometara osigurati korisni teret težak 160 kg, a u orbitu nosivost teška 120 kg na nadmorskoj visini od 600 kilometara.
Teška financijska situacija u Rusiji krajem 90 -ih i početkom 2000 -ih nije dopuštala da se ovaj projekt realizira u metalu, iako je moguće da se u procesu razvoja mogu pojaviti tehničke prepreke.
Bilo je mnogo drugih projekata ultralakih lansirnih vozila. Njihova se značajka može smatrati razvojem projekata od strane državnih struktura ili velikih (praktički "državnih") korporacija. Složene i skupe platforme poput lovaca, bombardera ili teških transportnih zrakoplova 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 tvrtki.
Raketni laboratorij
Jedan od najuspješnijih i najpoznatijih projekata ultralakih raketa može se smatrati lansirnom raketom "Electron" američko-novozelandske tvrtke Rocket Lab. Ova dvostupanjska raketa mase 12,550 kg sposobna je lansirati 250 kg PS ili 150 kg PS u Sunčevu sinkronu orbitu (SSO) na nadmorskoj visini od 500 kilometara u LEO. Tvrtka planira lansirati do 130 projektila godišnje.
Dizajn rakete izrađen je od ugljičnih vlakana; mlazni motori s tekućim pogonom (LRE) koriste se na paru goriva petrolej + kisik. Kako bi pojednostavio i smanjio troškove dizajna, koristi litij-polimerne baterije kao izvor energije, pneumatske upravljačke sustave i sustav za istiskivanje goriva iz spremnika, koji rade na komprimirani helij. U proizvodnji raketnih motora s tekućim pogonom i drugih komponenti rakete 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 podići 2 kg korisnog tereta na visinu od oko 120 kilometara.
Lin Industrial
Ruski "analog" Rocket Laba može se nazvati tvrtkom "Lin Industrial", koja razvija projekte i za najjednostavniju suborbitalnu raketu koja može doseći visinu od 100 km, i za lansirna vozila namijenjena za prijenos korisnog tereta u LEO i SSO.
Iako tržištem suborbitalnih projektila (prvenstveno poput meteoroloških i geofizičkih raketa) dominiraju rješenja s motorima na kruto gorivo, Lin Industrial gradi svoju suborbitalnu raketu na temelju raketnih motora na tekuće gorivo pogonjenih kerozinom i vodikovim peroksidom. Najvjerojatnije je to posljedica 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 naprava Taimyr. U početku je projekt predviđao modularni raspored sa serijski paralelnim rasporedom modula, koji omogućuje formiranje lansirne rakete s mogućnošću ispuštanja 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 stupnja raketne jedinice RB-2.
Motori nosača vozila Taimyr moraju raditi na petroleju i koncentriranom vodikovom peroksidu; gorivo se mora isporučivati istiskivanjem komprimiranog helija. Očekuje se da će dizajn široko upotrebljavati kompozitne materijale, uključujući plastiku ojačanu ugljičnim vlaknima i 3D tiskane komponente.
Kasnije je tvrtka 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 do Raketni laboratorij. Također, sustav istiskivanja komprimiranog helija zamijenjen je opskrbom 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 temelju geofizičke rakete S-520 dodavanjem trećeg stupnja i odgovarajućim usavršavanjem ugrađenih sustava. Visina rakete SS-520 je 9,54 metra, promjer 0,54 metra, lansirna težina 2600 kg. Masa korisnog tereta isporučena LEO -u je oko 4 kg.
Tijelo prve faze izrađeno je od čelika visoke čvrstoće, druga faza je izrađena od kompozita od ugljičnih vlakana, glava je izrađena od stakloplastike. Sve tri faze su na čvrsto gorivo. Sustav upravljanja SS-520 LV povremeno se uključuje u vrijeme razdvajanja prve i druge faze, a ostatak vremena raketa se stabilizira rotacijom.
3. veljače 2018. godine SS-520-4 LV uspješno je lansirao kockasti TRICOM-1R mase 3 kilograma, osmišljen tako 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 na temelju meteoroloških i geofizičkih raketa s čvrstim pogonom 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, također se razvijaju aditivne tehnologije koje omogućuju "ispis" punjenja goriva potrebne konfiguracije.
Kompaktne dimenzije ultralakih lansirnih vozila pojednostavljuju njihov transport i omogućuju lansiranje s različitih točaka planeta kako bi se dobio 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 temelju 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, "okomito", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Mnogi od tih dizajna temeljili su se na vojnom razvoju balističkih ili proturaketnih projektila. Tijekom godina aktivnog istraživanja gornjih slojeva atmosfere, broj lansiranja dosegao je 600-700 raketa godišnje.
Nakon raspada SSSR -a radikalno je smanjen broj lansiranja i vrsta projektila. 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 omogućuje podizanje 50-150 kg znanstvene opreme na visinu od 300 kilometara. Duljina rakete MN-300 je 8012 mm s promjerom 445 mm, lansirna težina je 1558 kg. Troškovi jednog lansiranja rakete MN-300 procjenjuju se na 55-60 milijuna rubalja.
Na temelju rakete MN-300 razmatra se mogućnost stvaranja ultra-male rakete-nosača IR-300 dodavanjem druge i gornje faze (zapravo, treće faze). To je, zapravo, predloženo ponavljanje prilično uspješnog iskustva implementacije japanske ultralake lansirne jedinice SS-520.
Istodobno, neki stručnjaci izražavaju mišljenje da je, budući da je najveća brzina rakete MN-300 oko 2000 m / s, tada za dobivanje prve kozmičke brzine od oko 8000 m / s, što je potrebno staviti lansirno vozilo u orbitu, može zahtijevati preozbiljnu reviziju izvornog projekta., što je u biti razvoj novog proizvoda, što može dovesti do povećanja troškova lansiranja gotovo za red veličine i učiniti ga neisplativim u odnosu na konkurente.
MJERA
Meteorološka raketa MERA dizajnirana je za podizanje korisnog tereta težine 2-3 kg na visinu od 110 kilometara. Masa rakete MERA je 67 kg.
Na prvi pogled, meteorološka raketa MERA apsolutno je neprikladna za upotrebu kao podloga za stvaranje ultralake lansirne rakete, ali istodobno 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 protuzračnim vođenim projektilima (SAM) Tunguske i Kompleksi protuzračnih projektila i topova Pantsir (ZRPK). Zapravo, na temelju projektila za raketne sustave protuzračne obrane ovih kompleksa stvorena je meteorološka raketa MERA.
Prva faza je složeno tijelo s nabojem čvrstog pogonskog goriva. U 2,5 sekunde prvi stupanj 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, izrađena namotavanjem kompozitnog materijala, iznimno je lagana (u usporedbi s čeličnim i aluminijskim konstrukcijama sličnih dimenzija) - težina joj 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 prvog stupnja 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 namota navodno 220 mm. Moguće je da postoji tehnička izvedivost proizvodnje kompozitnih kućišta većeg promjera i duljine.
S druge strane, moguće je da bi optimalno rješenje bila izrada trupa, čija će veličina biti ujednačena s bilo kojim streljivom za protuzračni obrambeni sustav Pantsir, navođenim raketama kompleksa Hermes ili meteorološkim raketama MERA, koje će smanjiti cijenu jednog proizvoda povećanjem opsega serijskog puštanja iste vrste proizvoda.
Stupnjevi lansirnog vozila trebali bi se regrutirati iz URM -a, paralelno pričvršćeni, dok će se odvajanje stupnjeva izvesti poprečno - uzdužno odvajanje URM -a u stupnju nije predviđeno. Može se pretpostaviti da će stupnjevi takve rakete -nosača imati veliku parazitsku masu u usporedbi s monoblok tijelom većeg promjera. To je djelomično točno, ali mala težina kućišta izrađenog od kompozitnih materijala omogućuje u velikoj mjeri izravnati ovaj nedostatak. Moglo bi se ispostaviti da će kućište velikog promjera, izrađeno po sličnoj tehnologiji, biti mnogo teže i skuplje za proizvodnju, a njegove stijenke morat će biti znatno deblje kako bi se osigurala potrebna krutost konstrukcije od one povezane s URM-ovima paketom, tako da na kraju postoji mnogo monobloka, a rješenja paketa bit će usporediva po nižoj cijeni potonjeg. 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 NN mogu biti međusobno povezani kompozitnim cjevastim ili armaturnim elementima, a konstrukcija može biti nerazdvojiva, kada se stupnjevi razdvoje, nosivi elementi se mogu uništiti piro nabojima na kontroliran način. Štoviše, radi povećanja pouzdanosti, piro naboji se mogu nalaziti u nekoliko uzastopno lociranih točaka noseće konstrukcije i pokrenuti električnim paljenjem i izravnim 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 ugradnje sustava za upravljanje radijskim zapovijedanjem, slična onoj instaliranoj na raketnom sustavu protuzračne obrane 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 uporabu nošenjem u upravljačko vozilo za višekratnu upotrebu.
Može se pretpostaviti da će, uzimajući u obzir noseću konstrukciju, spojne elemente i sustav upravljanja, konačni proizvod moći isporučiti korisnom teretu težine od nekoliko kilograma do nekoliko desetaka kilograma u LEO (ovisno o broju unificiranih raketnih modula) u etapama) i natječu se s japanskim ultralakim SS-LV.520 i drugim sličnim ultralakim lansirnim vozilima koja su razvile ruske i strane tvrtke.
Za uspješnu komercijalizaciju projekta, procijenjeni trošak lansiranja ultralake rakete-nosača MERA-K ne bi trebao prelaziti 3,5 milijuna dolara (ovo je cijena lansiranja za lansirno vozilo SS-520).
Osim komercijalnih primjena, lansirno vozilo MERA-K može se koristiti i za hitno povlačenje vojnih 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 točke putanje.
