A világűr meghódítása az emberiség egyik legfontosabb és korszakalkotó eredménye lett. A hordozórakéták és az indításukhoz szükséges infrastruktúra létrehozása óriási erőfeszítéseket igényelt a világ vezető országaitól. Korunkban hajlamosak arra, hogy teljesen újrafelhasználható hordozórakétákat hozzanak létre, amelyek tucatnyi repülést képesek végrehajtani az űrbe. Fejlesztésük és működésük továbbra is hatalmas erőforrásokat igényel, amelyeket csak államok vagy nagyvállalatok tudnak elkülöníteni (ismét az állam támogatásával).
A XXI. Század elején az elektronikus alkatrészek fejlesztése és miniatürizálása lehetővé tette kis méretű műholdak (az úgynevezett "mikroszatellitek" és "nanosatellitek") létrehozását, amelyek tömege 1-100 kg. A közelmúltban a "pikosatellitekről" (100 g és 1 kg közötti tömeg) és a "femto műholdakról" (kevesebb, mint 100 g) beszélünk. Az ilyen műholdakat különböző ügyfelek gyűjtőrakományaként vagy „nagy” űreszközök (SC) szállítórakományaként lehet elindítani. Ez az indítási módszer nem mindig kényelmes, mivel a nanosatellites gyártóknak (a következőkben ezt a megnevezést az ultra-kis űrhajók minden méretére használjuk) alkalmazkodniuk kell a vevők ütemezéséhez a fő rakomány elindításához, valamint különbségek az indítási pályákon.
Ez ahhoz vezetett, hogy felmerült az igény az ultra-kicsi hordozórakéták iránt, amelyek képesek körülbelül 1-100 kg tömegű űrhajók indítására.
DARPA és KB "MiG"
Számos ultrakönnyű hordozórakéta projektet fejlesztettek ki és fejlesztenek - szárazföldi, légi és tengeri indítással. Különösen az amerikai DARPA ügynökség dolgozott aktívan az ultra-kis űreszközök gyors kilövésének problémáján. Különösen fel lehet idézni a 2012-ben indított ALASA projektet, amelynek keretében egy kis méretű rakéta létrehozását tervezték egy F-15E vadászrepülőgépből való kilövéshez, és legfeljebb 45 kg súlyú műholdak alacsony referenciapályára történő felbocsátását. (OROSZLÁN).
A rakétára szerelt rakétahajtóműnek NA-7 monopropellánnal kellett működnie, beleértve a monopropilént, a dinitrogén-oxidot és az acetilént. Az indítás költsége nem haladhatja meg az 1 millió dollárt. Feltehetően az üzemanyaggal kapcsolatos problémák, különösen annak spontán égése és a felrobbanásra való hajlama vetettek véget ennek a projektnek.
Hasonló projektet dolgoztak ki Oroszországban. 1997-ben a MiG tervezőiroda a KazKosmosszal (Kazahsztán) együtt megkezdte a hasznos teher (PN) indítórendszer fejlesztését egy átalakított MiG-31I elfogó (Ishim) segítségével. A projektet a MiG-31D műholdellenes módosítása létrehozásának alapjai alapján fejlesztették ki.
A körülbelül 17 000 méteres magasságban és 3000 km / h sebességgel felbocsátott háromfokozatú rakéta állítólag 160 kg súlyú hasznos teherrel tudott 300 km magasságban pályára állítani, és 120 kg súlyú pályával. 600 kilométeres magasságban.
A nehéz pénzügyi helyzet Oroszországban a 90 -es évek végén és a 2000 -es évek elején nem tette lehetővé, hogy ezt a projektet fémben valósítsák meg, bár lehetséges, hogy technikai akadályok merülhetnek fel a fejlesztési folyamatban.
Sok más projekt is készült ultrakönnyű hordozórakétákkal. Megkülönböztető jellemzőjük az állami struktúrák vagy nagy (gyakorlatilag "állami") vállalatok által végzett projektek fejlesztése. Indítóplatformként gyakran bonyolult és drága platformokat, például vadászgépeket, bombázókat vagy nehéz szállító repülőgépeket kellett használni.
Mindez együttesen bonyolította a fejlesztést és megnövelte a komplexumok költségeit, és most az ultrakönnyű hordozórakéták létrehozásában betöltött vezetés magánvállalatok kezébe került.
Rakétalabor
Az ultrakönnyű rakéták egyik legsikeresebb és legismertebb projektje az amerikai-új-zélandi Rocket Lab cég "Electron" hordozórakétájának tekinthető. Ez a kétlépcsős rakéta, amelynek tömege 12 550 kg, 250 kg PS vagy 150 kg PS indítására képes a napszinkron pályára (SSO) 500 kilométeres magasságban a LEO-ba. A társaság évente akár 130 rakéta kilövését tervezi.
A rakéta kialakítása szénszálas; folyékony hajtógáz-sugárhajtóműveket (LRE) használnak petróleum + oxigén üzemanyagpáron. A tervezés egyszerűsítése és költségeinek csökkentése érdekében áramforrásként lítium-polimer akkumulátorokat, pneumatikus vezérlőrendszereket és tömörített héliummal működő üzemanyagot a tartályokból kiszorító rendszert használ. A folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművek és más rakétaalkatrészek gyártásában aktívan alkalmaznak adalékanyag-technológiákat.
Megjegyzendő, hogy a Rocket Lab első rakétája a Kosmos-1 meteorológiai rakéta (maori nyelven Atea-1) volt, amely képes 2 kg hasznos teher emelésére mintegy 120 kilométeres magasságba.
Lin Industrial
A Rocket Lab orosz „analógja” nevezhető „Lin Industrial” vállalatnak, amely projekteket dolgoz ki mind a legegyszerűbb szuborbitális rakéta számára, amely képes elérni a 100 km -es magasságot, mind pedig a hordozórakéták számára, amelyek a hasznos teher LEO és SSO számára történő kiadására szolgálnak.
Bár a szuborbitális rakéták (elsősorban a meteorológiai és geofizikai rakéták) piacát a szilárd tüzelőanyaggal működő megoldások uralják, a Lin Industrial a kerozint és a hidrogén -peroxidot tápláló folyékony üzemanyagú rakétahajtóművekre építi szuborbitális rakétáját. Ez nagy valószínűséggel annak tudható be, hogy a Lin Industrial fő fejlődési irányát a hordozórakéta pályára állításában látja, a folyékony hajtóanyagú szuborbitális rakétát pedig inkább technikai megoldások fejlesztésére használják.
A Lin Industrial fő projektje a Taimyr ultrakönnyű hordozórakéta. A projekt kezdetben egy moduláris elrendezést biztosított a modulok sorozatos párhuzamos elrendezésével, amely lehetővé teszi egy hordozórakéta kialakítását azzal a lehetőséggel, hogy a 10-180 kg súlyú hasznos terhelést LEO-ra bocsátja ki. A kilövő hordozórakéta minimális tömegének változását az univerzális rakétaegységek (UBR)-URB-1, URB-2 és URB-3, valamint a harmadik fokozatú RB-2 rakétaegység számának megváltoztatásával kellett biztosítani.
A Taimyr hordozórakéta motorjainak kerozinnal és tömény hidrogén -peroxidon kell működniük; az üzemanyagot sűrített héliummal kiszorítva kell ellátni. A tervek szerint széles körben használnak kompozit anyagokat, beleértve a szénszállal megerősített műanyagokat és a 3D nyomtatott alkatrészeket.
Később a Lin Industrial vállalat felhagyott a moduláris rendszerrel - a hordozórakéta kétlépcsős lett, a lépések sorrendjében, aminek következtében a Taimyr hordozórakéta megjelenése hasonlítani kezdett az Electron hordozórakéta megjelenésével Rocket Lab. Ezenkívül a sűrített hélium elmozdulási rendszerét üzemanyag -ellátással helyettesítették, akkumulátorokkal működtetett elektromos szivattyúkkal.
A Taimyr LV első bevezetését 2023 -ra tervezik.
IHI Aerospace
Az egyik legérdekesebb ultrakönnyű hordozórakéta az IHI Aerospace által gyártott japán SS-520 háromfokozatú szilárd hajtóanyagú rakéta, amelyet az S-520 geofizikai rakéta alapján hoztak létre egy harmadik fokozat hozzáadásával és a fedélzeti rendszerek megfelelő finomításával. Az SS-520 rakéta magassága 9,54 méter, átmérője 0,54 méter, kilövési súlya 2600 kg. A LEO -hoz szállított hasznos tömeg körülbelül 4 kg.
Az első szakasz karosszériája nagy szilárdságú acélból, a második szakasz szénszálas kompozitból, a fejburkolat üvegszálból készül. Mindhárom szakasz szilárd tüzelőanyag. Az SS-520 LV vezérlőrendszere rendszeresen bekapcsol, amikor az első és a második szakasz elválik, és a többi idő alatt a rakéta forgással stabilizálódik.
2018. február 3-án az SS-520-4 LV sikeresen piacra dobott egy 3 kilogramm tömegű TRICOM-1R kockát, amelynek célja az volt, hogy bemutassa az űrhajók fogyasztói elektronikai alkatrészekből történő létrehozásának lehetőségét. Az induláskor az SS-520-4 LV volt a világ legkisebb hordozórakéta, amelyet a Guinness Rekordok Könyvébe jegyeztek.
A szilárd hajtóanyagú meteorológiai és geofizikai rakétákon alapuló ultrakis hordozórakéták létrehozása meglehetősen ígéretes irány lehet. Az ilyen rakéták könnyen karbantarthatók, hosszú ideig tárolhatók olyan állapotban, amely a lehető legrövidebb időn belül biztosítja az indításra való felkészülést.
A rakétamotor költsége a rakéta költségeinek körülbelül 50% -a lehet, és nem valószínű, hogy az additív technológiák alkalmazását is figyelembe véve sikerül elérni a 30% -nál kisebb értéket. A szilárd hajtóanyagú hordozórakétáknál nem alkalmaznak kriogén oxidálószert, amely különleges tárolási és tankolási körülményeket igényel közvetlenül az indítás előtt. Ugyanakkor a szilárd hajtógáz -töltetek gyártásához olyan additív technológiákat is fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik a szükséges konfigurációjú üzemanyag -töltetek "nyomtatását".
Az ultrakönnyű hordozórakéták kompakt méretei leegyszerűsítik szállításukat, és lehetővé teszik a bolygó különböző pontjairól történő indítást, hogy elérjék a szükséges pálya dőlést. Az ultrakönnyű hordozórakétákhoz sokkal egyszerűbb indítóplatformra van szükség, mint a "nagy" rakétákhoz, ami mobilitást tesz lehetővé.
Vannak -e ilyen rakétákkal kapcsolatos projektek Oroszországban, és milyen alapon hajthatók végre?
A Szovjetunióban jelentős számú meteorológiai rakétát állítottak elő-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 és geofizikai rakéták-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Függőleges", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. E tervek nagy része a ballisztikus rakéták vagy rakéták elleni katonai fejlesztéseken alapult. A felső légkör aktív feltárásának éveiben a kilövések száma elérte az évi 600-700 rakétát.
A Szovjetunió összeomlása után radikálisan csökkent a kilövések és rakétatípusok száma. Jelenleg a Roshydromet két komplexet használ-az MR-30-at az NPN Typhoon / OKB Novator által kifejlesztett MN-300 rakétával és a KBP JSC által kifejlesztett MERA meteorológiai rakétát.
MR-30 (MN-300)
Az MR-30 komplex rakétája 50-150 kg tudományos berendezés emelését teszi lehetővé 300 kilométeres magasságban. Az MN-300 rakéta hossza 8012 mm, átmérője 445 mm, a kilövő súlya 1558 kg. Az MN-300 rakéta egy indításának költségeit 55-60 millió rubelre becsülik.
Az MN-300 rakéta alapján mérlegelik annak lehetőségét, hogy egy második és egy felső (valójában egy harmadik fokozat) hozzáadásával ultra-kicsi IR-300 hordozórakétát hozzanak létre. Vagyis azt javasolják, hogy ismételjék meg a japán ultrakönnyű SS-520 hordozórakéta megvalósításának meglehetősen sikeres tapasztalatait.
Ugyanakkor egyes szakértők azt a véleményt nyilvánítják, hogy mivel az MN-300 rakéta maximális sebessége körülbelül 2000 m / s, akkor az első kozmikus sebesség eléréséhez körülbelül 8000 m / s, ami szükséges a hordozórakéta elhelyezéséhez pályára állítása esetén szükség lehet az eredeti projekt túl komoly felülvizsgálatára., ami lényegében egy új termék kifejlesztése, ami az indítási költségek majdnem nagyságrendi növekedéséhez vezethet, és veszteségessé teheti a versenytársakhoz képest.
INTÉZKEDÉS
A MERA meteorológiai rakétát úgy tervezték, hogy 2-3 kg súlyú rakományt 110 kilométeres magasságba emeljen. A MERA rakéta tömege 67 kg.
Első ránézésre a MERA meteorológiai rakéta abszolút alkalmatlan az ultra -könnyű hordozórakéta létrehozásának alapjául, ugyanakkor vannak olyan árnyalatok, amelyek lehetővé teszik ennek a nézőpontnak a megkérdőjelezését.
A MERA meteorológiai rakéta kétlépcsős bikaliber, és csak az első szakasz hajtja végre a gyorsítási funkciót, a második-az elválás után, tehetetlenségből repül, ami ezt a komplexumot a Tunguska és a légvédelmi irányított rakétákhoz (SAM) hasonlóvá teszi. Pantsir légvédelmi rakéta- és ágyúkomplexumok (ZRPK). Valójában ezeknek a komplexumoknak a légvédelmi rakétarendszereihez való rakéták alapján hozták létre a MERA meteorológiai rakétát.
Az első szakasz egy összetett test, amelyben szilárd hajtóanyag -töltet van elhelyezve. Az első szakasz 2,5 másodperc alatt felgyorsítja a meteorológiai rakétát 5 M (hangsebesség) sebességre, ami körülbelül 1500 m / s. Az első szakasz átmérője 170 mm.
A kompozit anyag feltekerésével készült MERA meteorológiai rakéta első szakasza rendkívül könnyű (a hasonló méretű acél- és alumíniumszerkezetekhez képest) - súlya mindössze 55 kg. Emellett költségeinek lényegesen alacsonyabbnak kell lenniük, mint a szénszálas oldatoké.
Ennek alapján feltételezhető, hogy a MERA meteorológiai rakéta első lépcsője alapján egy egységes rakétamodul (URM) fejleszthető ki, amelyet ultrakönnyű hordozórakéták szakaszainak szakaszos kialakítására terveztek
Valójában két ilyen modul lesz, ezek különböznek a rakétahajtómű fúvókájától, a légkörben vagy vákuumban való működésre optimalizálva. Jelenleg a JSC KBP által tekercseléssel gyártott burkolatok maximális átmérője 220 mm. Lehetséges, hogy nagyobb átmérőjű és hosszúságú kompozit házak gyártása technikailag megvalósítható.
Másrészt lehetséges, hogy az optimális megoldás a hajótestek gyártása lenne, amelyek méretét egyesítik a Pantsir légvédelmi rakétarendszerhez szükséges lőszerekkel, a Hermes komplexum irányított rakétáival vagy a MERA meteorológiai rakétákkal. csökkentheti egyetlen termék költségét azáltal, hogy növeli az azonos típusú termékek soros kiadásának mennyiségét.
A hordozórakéta lépcsőit az URM -ből kell toborozni, párhuzamosan rögzíteni, míg a szakaszok elválasztását keresztirányban kell elvégezni - az URM hosszirányú elválasztása a szakaszban nem biztosított. Feltételezhető, hogy egy ilyen hordozórakéta lépcsőinek nagy parazita tömege lesz a nagyobb átmérőjű monoblokktesthez képest. Ez részben igaz, de a kompozit anyagokból készült tok kis súlya lehetővé teszi ennek a hátránynak a kiegyenlítését. Kiderülhet, hogy egy hasonló technológiával készült nagy átmérőjű tok gyártása sokkal nehezebb és drágább lesz, és a falakat sokkal vastagabbá kell tenni, hogy biztosítsák a szerkezet merevségét, mint a csatlakoztatott URM-ekénél. csomaggal, így a végén sok monoblokk van, és a csomagmegoldások összehasonlíthatók lesznek az utóbbi alacsonyabb költségeivel. És nagyon valószínű, hogy az acél vagy alumínium monoblokk nehezebb lesz, mint a csomagolt kompozit.
Az URM párhuzamos csatlakoztatása a lépcső felső és alsó részén (az URM test szűkületének pontjain) elhelyezkedő lapos kompozit maróelemek segítségével végezhető el. Szükség esetén kompozit anyagokból készült további esztrichek is használhatók. A szerkezet, a technológiai és olcsó ipari anyagok költségeinek csökkentése érdekében lehetőleg nagy szilárdságú ragasztókat kell használni.
Hasonlóképpen, az LV fokozatok összeköthetők összetett csőszerű vagy megerősítő elemekkel, és a szerkezet nem lehet szétválasztani, amikor a fokozatokat elválasztják, a teherhordó elemeket a piro töltések szabályozott módon megsemmisíthetik. Ezenkívül a megbízhatóság növelése érdekében a piro töltéseket a tartószerkezet több egymást követő pontján lehet elhelyezni, és mind elektromos gyújtással, mind a magasabb fokozat motorjainak lángjából történő közvetlen gyújtással indíthatják be, amikor be vannak kapcsolva (forgatáshoz az alsó fokozat, ha az elektromos gyújtás nem működött).
A hordozórakéta ugyanúgy vezérelhető, mint a japán SS-520 ultrakönnyű hordozórakétán. A Pantsir légvédelmi rakétarendszeréhez hasonló rádióparancs -vezérlő rendszer telepítésének lehetősége is tekinthető a hordozórakéta indításának korrigálására legalább a repülési pálya egy részén (és esetleg az A repülés). Ez potenciálisan csökkenti az egyszer használatos rakéta fedélzetén lévő drága berendezések mennyiségét azáltal, hogy egy „újrafelhasználható” vezérlőjárműhöz viszi.
Feltételezhető, hogy figyelembe véve a tartószerkezetet, az összekötő elemeket és a vezérlőrendszert, a végtermék képes lesz több kilogramm és több tíz kilogramm közötti hasznos teher szállítására a LEO -nak (az egyesített rakétamodulok számától függően) szakaszban), és versenyezhet a japán ultrakönnyű SS-LV. 520-mal és más hasonló ultrakönnyű hordozórakétákkal, amelyeket orosz és külföldi cégek fejlesztettek ki.
A projekt sikeres kereskedelmi forgalmazása érdekében az ultrakönnyű MERA-K hordozórakéta indításának becsült költsége nem haladhatja meg a 3,5 millió dollárt (ez az SS-520 hordozórakéta indítási költsége).
A kereskedelmi alkalmazások mellett a MERA-K hordozórakéta katonai űreszközök vészhelyzeti kivonására használható, amelyek mérete és súlya is fokozatosan csökken.
Ezenkívül a MERA-K hordozórakéta megvalósítása során elért fejlesztések fejlett fegyverek létrehozására is felhasználhatók, például egy hiperszonikus komplexum hagyományos robbanófejjel kompakt vitorlázógép formájában, amelyet az indítás után leejtettek. járművel a pálya felső pontjáig.
