Osvajanje vesolja je postalo eden najpomembnejših in epohalnih dosežkov človeštva. Ustvarjanje izstrelitvenih nosilcev in infrastrukture za njihovo izstrelitev sta zahtevala ogromna prizadevanja vodilnih držav sveta. V našem času obstaja težnja po ustvarjanju lansirnih nosilcev za večkratno uporabo, ki bi lahko izvajali več deset letov v vesolje. Njihov razvoj in delovanje še vedno zahteva ogromna sredstva, ki jih lahko dodelijo le države ali velike korporacije (spet s podporo države).
V začetku XXI stoletja sta izboljšava in miniaturizacija elektronskih komponent omogočila ustvarjanje majhnih satelitov (tako imenovanih "mikrosatelitov" in "nanosatelitov"), katerih masa je v razponu od 1 do 100 kg V zadnjem času govorimo o "pikosatelitih" (tehtajo od 100 g do 1 kg) in "femto satelitih" (tehtajo manj kot 100 g). Takšni sateliti se lahko izstrelijo kot zbirni tovor različnih strank ali kot prenosni tovor na "velika" vesoljska plovila (SC). Ta način izstrelitve ni vedno primeren, saj se morajo proizvajalci nanostelitov (v nadaljevanju bomo to oznako uporabljali za vse dimenzije ultra majhnih vesoljskih plovil) prilagoditi urniku strank za izstrelitev glavnega tovora, pa tudi zaradi razlike v izstrelitvenih orbitah.
To je povzročilo povpraševanje po ultra majhnih nosilnih raketah, ki lahko izstrelijo vesoljska plovila, težka približno 1-100 kg.
DARPA in KB "MiG"
Razvijali so se in se razvijajo številni projekti ultralahkih raketnih nosilcev - s kopnim, zrakom in morjem. Zlasti ameriška agencija DARPA se je aktivno ukvarjala s problemom hitrega izstrelitve ultra majhnih vesoljskih plovil. Zlasti se lahko spomnimo projekta ALASA, ki se je začel leta 2012, v okviru katerega je bilo načrtovano ustvariti raketo majhne velikosti, namenjeno za izstrelitev iz lovca F-15E in izstrelitev satelitov, težkih do 45 kg, v nizko referenčno orbito (LEV).
Raketni motor, nameščen na raketi, je moral delovati na monopropelantu NA-7, vključno z monopropilenom, dušikovim oksidom in acetilenom. Stroški izstrelitve ne smejo presegati 1 milijona dolarjev. Domnevno so se temu projektu končale težave z gorivom, zlasti s samim zgorevanjem in nagnjenostjo k eksploziji.
Podoben projekt so pripravljali v Rusiji. Leta 1997 je oblikovalski urad MiG skupaj s KazKosmosom (Kazahstan) začel razvijati sistem za izstrelitev koristnega tovora (PN) s predelanim prestreznikom MiG-31I (Ishim). Projekt je bil razvit na podlagi temeljev za ustvarjanje protisatelitske modifikacije MiG-31D.
Tristopenjska raketa, ki je bila izstreljena na nadmorski višini približno 17.000 metrov in hitrosti 3.000 km / h, naj bi v orbito na višini 300 kilometrov prinesla tovor, ki tehta 160 kg, in v orbito, ki tehta 120 kg na nadmorski višini 600 kilometrov.
Težke finančne razmere v Rusiji v poznih 90 -ih in v začetku 2000 -ih niso omogočile realizacije tega projekta v kovini, čeprav je možno, da se v razvojnem procesu pojavijo tehnične ovire.
Bilo je še veliko drugih projektov ultralahkih raketnih nosilcev. Njihova posebnost se lahko šteje za razvoj projektov s strani državnih struktur ali velikih (praktično "državnih") korporacij. Kot izstrelitvene platforme so pogosto morali uporabljati kompleksne in drage platforme, kot so lovci, bombniki ali težka transportna letala.
Vse to je skupaj zapletlo razvoj in povečalo stroške kompleksov, zdaj pa je vodstvo pri ustvarjanju ultralahkih raketnih nosilcev prešlo v roke zasebnih podjetij.
Raketni laboratorij
Eden najuspešnejših in najbolj znanih projektov ultralahkih raket lahko štejemo za lansirno raketo "Electron" ameriško-novozelandskega podjetja Rocket Lab. Ta dvostopenjska raketa z maso 12,550 kg lahko izstreli 250 kg PS ali 150 kg PS v sončno sinhrono orbito (SSO) z nadmorsko višino 500 kilometrov v LEO. Družba namerava na leto izstreliti do 130 raket.
Zasnova rakete je izdelana iz ogljikovih vlaken; reaktivni motorji na tekoče gorivo (LRE) se uporabljajo na gorivnem paru kerozin + kisik. Za poenostavitev in znižanje stroškov zasnove uporablja litij-polimerne baterije kot vir energije, pnevmatske krmilne sisteme in sistem za iztiskanje goriva iz rezervoarjev, ki delujejo na stisnjen helij. Pri proizvodnji raketnih motorjev na tekoče gorivo in drugih raketnih komponent se aktivno uporabljajo aditivne tehnologije.
Opozoriti je treba, da je bila prva raketa iz Rocket Laba meteorološka raketa Kosmos-1 (Atea-1 v jeziku maori), ki je lahko dvignila 2 kg tovora na višino približno 120 kilometrov.
Lin Industrial
Ruski "analog" Rocket Laba lahko imenujemo podjetje "Lin Industrial", ki razvija projekte tako za najpreprostejšo suborbitalno raketo, ki lahko doseže višino 100 km, kot tudi za nosilne rakete, ki so namenjene oddajanju tovora LEO in SSO.
Čeprav na trgu suborbitalnih raket (predvsem na primer meteoroloških in geofizikalnih raket) prevladujejo rešitve z motorji na trda goriva, Lin Industrial gradi svojo suborbitalno raketo na osnovi raketnih motorjev na tekoče gorivo, ki jih poganjajo kerozin in vodikov peroksid. Najverjetneje je to posledica dejstva, da Lin Industrial svojo glavno smer razvoja vidi v komercialnem izstrelitvi nosilne rakete v orbito, suborbitalno raketo s tekočim pogonom pa bo bolj verjetno uporabljeno za razvoj tehničnih rešitev.
Glavni projekt Lin Industrial je lahka lansirna naprava Taimyr. Sprva je projekt predvideval modularno postavitev s serijsko vzporedno razporeditvijo modulov, ki omogoča oblikovanje nosilne rakete z možnostjo oddajanja nosilnosti, težke od 10 do 180 kg, v LEO. Spremembo najmanjše mase izstreljene rakete je bilo treba zagotoviti s spremembo števila univerzalnih raketnih enot (UBR)-URB-1, URB-2 in URB-3 ter tretje stopnje raketne enote RB-2.
Motorji nosilne rakete Taimyr morajo delovati na kerozin in koncentrirani vodikov peroksid; gorivo je treba dovajati s premikom s stisnjenim helijem. Pričakuje se, da bo zasnova široko uporabljala kompozitne materiale, vključno s plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni, in 3D-tiskanimi komponentami.
Kasneje je podjetje Lin Industrial opustilo modularno shemo - lansirna naprava je postala dvostopenjska z zaporednim razporejanjem stopnic, zaradi česar je videz nosilne rakete Taimyr začel spominjati na videz nosilne rakete Electron. Raketni laboratorij. Prav tako je bil sistem za izpodrivanje stisnjenega helija zamenjan z dovodom goriva z uporabo električnih črpalk na baterije.
Prvi zagon Taimyr LV je načrtovan leta 2023.
IHI Aerospace
Eno najbolj zanimivih izredno lahkih izstrelitvenih nosilcev je japonska tristranska raketa s trdnim pogonom SS-520 proizvajalca IHI Aerospace, ki je nastala na podlagi geofizikalne rakete S-520 z dodajanjem tretje stopnje in ustrezno izboljšavo vgrajenih sistemov. Višina rakete SS-520 je 9,54 metra, premer 0,54 metra, izstrelitvena teža 2600 kg. Masa tovora, dostavljena LEO, je približno 4 kg.
Telo prve stopnje je iz jekla visoke trdnosti, druga stopnja je iz kompozita ogljikovih vlaken, pokrov glave je iz steklenih vlaken. Vse tri stopnje so trdno gorivo. Krmilni sistem SS-520 LV se ob ločitvi prve in druge stopnje občasno vklopi, preostali čas pa se raketa stabilizira z vrtenjem.
3. februarja 2018 je SS-520-4 LV uspešno izstrelil kockasto maso TRICOM-1R z maso 3 kilograme, namenjeno dokazovanju možnosti ustvarjanja vesoljskih plovil iz potrošniških elektronskih komponent. V času izstrelitve je bil SS-520-4 LV najmanjša raketa na svetu, ki je vpisana v Guinnessovo knjigo rekordov.
Ustvarjanje ultra majhnih raketnih nosilcev na osnovi meteoroloških in geofizikalnih raket na trda goriva je lahko precej obetavna smer. Takšne rakete so enostavne za vzdrževanje, lahko jih hranite dlje časa v stanju, ki zagotavlja njihovo pripravo na izstrelitev v najkrajšem možnem času.
Stroški raketnega motorja lahko znašajo približno 50% stroškov rakete in ni verjetno, da bi bilo mogoče doseči številko manj kot 30%, tudi če upoštevamo uporabo aditivnih tehnologij. V raketah na trda goriva se kriogeni oksidant ne uporablja, kar zahteva posebne pogoje skladiščenja in točenja goriva tik pred izstrelitvijo. Hkrati se za proizvodnjo polnil s trdnim gorivom razvijajo tudi aditivne tehnologije, ki omogočajo "tiskanje" polnil goriva potrebne konfiguracije.
Kompaktne dimenzije ultralahkih lansirnih nosilcev poenostavljajo njihov transport in omogočajo izstrelitve z različnih točk planeta, da se doseže zahtevani nagib orbite. Za ultralahka lansirna vozila je potrebna veliko enostavnejša izstrelitvena platforma kot za "velike" rakete, zaradi česar je mobilna.
Ali obstajajo projekti takšnih raket v Rusiji in na kakšni podlagi jih je mogoče izvesti?
V ZSSR so izdelali veliko število meteoroloških raket-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 in geofizikalne rakete-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "navpično", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Mnogi od teh modelov so temeljili na vojaškem razvoju balističnih raket ali protiraket. V letih aktivnega raziskovanja zgornje atmosfere je število izstrelitev doseglo 600-700 raket na leto.
Po razpadu ZSSR se je število izstrelkov in tipov raket radikalno zmanjšalo. Trenutno Roshydromet uporablja dva kompleksa-MR-30 z raketo MN-300, ki jo je razvil NPO Typhoon / OKB Novator, in meteorološko raketo MERA, ki jo je razvilo podjetje KBP JSC.
MR-30 (MN-300)
Raketa kompleksa MR-30 omogoča dvigovanje 50-150 kg znanstvene opreme na višino 300 kilometrov. Dolžina rakete MN-300 je 8012 mm s premerom 445 mm, izstrelitvena teža je 1558 kg. Stroški enega izstrelitve rakete MN-300 so ocenjeni na 55-60 milijonov rubljev.
Na podlagi rakete MN-300 se preučuje možnost izdelave ultra majhne nosilne rakete IR-300 z dodajanjem druge stopnje in zgornje stopnje (pravzaprav tretje stopnje). To je pravzaprav predlagano, da se ponovi precej uspešna izkušnja izvajanja japonske ultralahke nosilne rakete SS-520.
Hkrati nekateri strokovnjaki izražajo mnenje, da ker je največja hitrost rakete MN-300 približno 2000 m / s, potem za pridobitev prve vesoljske hitrosti okoli 8000 m / s, ki je potrebna za postavitev nosilne rakete v orbito, lahko zahteva preveč resno revizijo prvotnega projekta., kar je v bistvu razvoj novega izdelka, kar lahko privede do povečanja stroškov izstrelitve za skoraj vrstni red in ga naredi nedonosnega v primerjavi s konkurenti.
MERITEV
Meteorološka raketa MERA je zasnovana za dvig tovora, ki tehta 2-3 kg, na višino 110 kilometrov. Masa rakete MERA je 67 kg.
Na prvi pogled je meteorološka raketa MERA popolnoma neprimerna za uporabo kot podlaga za ustvarjanje ultralahke rakete, hkrati pa obstajajo nekatere nianse, ki omogočajo izpodbijanje tega stališča.
Meteorološka raketa MERA je dvostopenjski dvokaliber in le prva stopnja opravlja pospeševalno funkcijo, druga-po ločitvi, leti po vztrajnosti, zaradi česar je ta kompleks podoben protiletalskim vodenim projektilom (SAM) Tunguske in Kompleksi protiletalskih raket in topov Pantsir (ZRPK). Pravzaprav je na podlagi raket za raketne sisteme zračne obrambe teh kompleksov nastala meteorološka raketa MERA.
Prva stopnja je sestavljeno telo z nabojem trdnega goriva. V 2,5 sekundah prva stopnja pospeši meteorološko raketo do hitrosti 5M (hitrosti zvoka), kar je približno 1500 m / s. Premer prve stopnje je 170 mm.
Prva stopnja meteorološke rakete MERA, izdelana z navijanjem kompozitnega materiala, je izredno lahka (v primerjavi z jeklenimi in aluminijastimi konstrukcijami podobnih dimenzij) - njena teža je le 55 kg. Poleg tega bi morali biti njegovi stroški bistveno nižji od rešitev iz ogljikovih vlaken.
Na podlagi tega je mogoče domnevati, da je na podlagi prve stopnje meteorološke rakete MERA mogoče razviti enoten raketni modul (URM), ki je zasnovan za serijsko oblikovanje stopenj ultralahkih raketnih nosilcev
Pravzaprav bosta dva takšna modula, ki se bosta razlikovala po šobi raketnega motorja, optimizirani za delovanje v ozračju ali v vakuumu. Trenutno naj bi bil največji premer ohišij, ki jih JSC KBP izdela po metodi navijanja, 220 mm. Možno je, da obstaja tehnična izvedljivost izdelave sestavljenih ohišij večjega premera in dolžine.
Po drugi strani je možno, da bi bila optimalna rešitev izdelava trupov, katerih velikost bo poenotena s katerim koli strelivom za raketni sistem protizračne obrambe Pantsir, vodenimi raketami kompleksa Hermes ali meteorološkimi raketami MERA, ki bodo znižati stroške posameznega izdelka s povečanjem obsega serijske izdaje iste vrste izdelkov.
Stopnice nosilne rakete je treba zaposliti iz URM, pritrjene vzporedno, ločevanje stopenj pa bo izvedeno prečno - vzdolžna ločitev URM v stopnji ni predvidena. Domnevamo lahko, da bodo stopnice takšne lansirne naprave v primerjavi z monoblokovnim telesom večjega premera imele veliko parazitsko maso. To deloma drži, vendar majhna teža ohišja iz kompozitnih materialov omogoča v veliki meri izravnati to pomanjkljivost. Lahko se izkaže, da bo ohišje velikega premera, izdelano po podobni tehnologiji, veliko težje in dražje za izdelavo, njegove stene pa morajo biti precej debelejše, da se zagotovi potrebna togost konstrukcije kot pri priključenih URM-jih po paketu, tako da bo na koncu veliko monoblokov in rešitve paketov bodo primerljive po nižjih stroških slednjih. Zelo verjetno je, da bo jekleno ali aluminijasto monoblok ohišje težje od pakiranega sestavljenega ohišja.
Vzporedno povezavo URM lahko izvedemo z uporabo ploščatih kompozitnih rezkanih elementov, ki se nahajajo v zgornjem in spodnjem delu stopnice (na mestih zožitve telesa URM). Po potrebi se lahko uporabijo dodatni estrihi iz kompozitnih materialov. Da bi zmanjšali stroške konstrukcije, tehnoloških in poceni industrijskih materialov, je treba čim bolj uporabljati lepila z visoko trdnostjo.
Podobno lahko stopnje NN medsebojno povežemo s sestavljenimi cevastimi ali ojačevalnimi elementi, konstrukcija pa je lahko neločljiva, ko so stopnje ločene, se nosilni elementi lahko kontrolirano uničijo s piro naboji. Poleg tega se za večjo zanesljivost lahko piro naboji nahajajo v več zaporedno nameščenih točkah nosilne konstrukcije in sprožijo tako z električnim vžigom kot z neposrednim vžigom iz plamena motorjev višje stopnje, ko so vklopljeni (za streljanje spodnja stopnja, če električni vžig ni deloval).
Nosilec lahko upravljate na enak način kot na japonskem ultralahkem nosilcu SS-520. Možnost namestitve sistema za nadzor radijskih ukazov, podobnega tistemu, ki je nameščen na raketnem sistemu protizračne obrambe Pantsir, se lahko obravnava tudi tako, da popravi izstrelitev rakete vsaj na delu poti leta (in po možnosti v vseh fazah let). Potencialno bo to zmanjšalo količino drage opreme na krovu rakete za enkratno uporabo, in sicer tako, da jo bo prenesla v krmilno vozilo za večkratno uporabo.
Predvidevamo lahko, da bo končni izdelek ob upoštevanju nosilne konstrukcije, povezovalnih elementov in krmilnega sistema lahko LEO dostavil tovor, ki tehta od nekaj kilogramov do nekaj deset kilogramov (odvisno od števila enotnih raketnih modulov). v fazah) in tekmujejo z japonskimi ultralahkimi SS-LV.520 in drugimi podobnimi ultralahkimi izstrelitvenimi vozili, ki so jih razvila ruska in tuja podjetja.
Za uspešno komercializacijo projekta ocenjeni stroški izstrelitve lahke nosilne rakete MERA-K ne smejo presegati 3,5 milijona dolarjev (to so stroški izstrelitve za nosilno raketo SS-520).
Poleg komercialnih aplikacij se lahko lansirna naprava MERA-K uporablja tudi za nujni umik vojaških vesoljskih plovil, katerih velikost in teža se bosta postopoma zmanjševala.
Tudi razvoj, pridobljen med implementacijo rakete MERA-K, je mogoče uporabiti za ustvarjanje naprednega orožja, na primer hipersoničnega kompleksa s konvencionalno bojno glavo v obliki kompaktnega jadralnega padala, ki ga po izstrelitvi izpustijo. vozila do zgornje točke poti.
