Kosmosā uz meteoroloģiskās raķetes: īpaši mazu kosmosa nesējraķešu projekti

Kosmosā uz meteoroloģiskās raķetes: īpaši mazu kosmosa nesējraķešu projekti
Kosmosā uz meteoroloģiskās raķetes: īpaši mazu kosmosa nesējraķešu projekti
Anonim
Attēls

Kosmosa iekarošana ir kļuvusi par vienu no svarīgākajiem un laikmetu radošajiem cilvēces sasniegumiem. Nesējraķešu un to palaišanas infrastruktūras izveide prasīja milzīgus centienus no vadošajām pasaules valstīm. Mūsu laikā ir tendence radīt pilnībā atkārtoti izmantojamas nesējraķetes, kas spēj veikt desmitiem lidojumu kosmosā. To attīstībai un darbībai joprojām nepieciešami milzīgi resursi, kurus var piešķirt tikai valstis vai lielās korporācijas (atkal ar valsts atbalstu).

Attēls

XXI gadsimta sākumā elektronisko komponentu uzlabošana un miniaturizācija ļāva izveidot maza izmēra satelītus (tā sauktie "mikrosatelīti" un "nanosatelīti"), kuru masa ir robežās no 1 līdz 100 Kilograms. Nesen mēs runājam par "pikosatellītiem" (kas sver no 100 g līdz 1 kg) un "femto satelītiem" (sver mazāk par 100 g). Šādus satelītus var palaist kā saliktu kravu no dažādiem klientiem vai kā pārejošu kravu "lieliem" kosmosa kuģiem (SC). Šī palaišanas metode ne vienmēr ir ērta, jo nanosatellītu ražotājiem (turpmāk mēs izmantosim šo apzīmējumu visiem īpaši mazo kosmosa kuģu izmēriem) jāpielāgojas klientu grafikam galvenās kravas palaišanai, kā arī palaišanas orbītu atšķirības.

Tas ir radījis pieprasījumu pēc īpaši mazām nesējraķetēm, kas spēj palaist aptuveni 1–100 kg smagus kosmosa kuģus.

DARPA un KB "MiG"

Tika un tiek izstrādāti daudzi īpaši vieglu nesējraķešu projekti - ar palaišanu uz zemes, gaisā un jūrā. Jo īpaši amerikāņu aģentūra DARPA aktīvi strādāja pie īpaši mazu kosmosa kuģu ātras palaišanas problēmas. Jo īpaši var atcerēties 2012. gadā aizsākto ALASA projektu, kura ietvaros tika plānots izveidot maza izmēra raķeti, kas paredzēta startēšanai no iznīcinātāja F-15E un zemas atskaites orbītā palaišanai līdz 45 kg smagus satelītus. (LEO).

Kosmosā uz meteoroloģiskās raķetes: īpaši mazu kosmosa nesējraķešu projekti

Raķetē uzstādītajam raķešu dzinējam bija jādarbojas ar monopropelānu NA-7, ieskaitot monopropilēnu, slāpekļa oksīdu un acetilēnu. Palaišanas izmaksas nedrīkstēja pārsniegt 1 miljonu ASV dolāru. Jādomā, ka problēmas ar degvielu, jo īpaši ar tās spontānu sadegšanu un tieksmi eksplodēt, izbeidza šo projektu.

Līdzīgs projekts tika izstrādāts Krievijā. 1997. gadā MiG projektēšanas birojs kopā ar KazKosmos (Kazahstāna) sāka izstrādāt kravnesības (PN) palaišanas sistēmu, izmantojot pārveidotu MiG-31I pārtvērēju (Ishim). Projekts tika izstrādāts, pamatojoties uz pamatu, lai izveidotu MiG-31D modeli pret satelītu.

Trīspakāpju raķetei, kas tika palaista aptuveni 17 000 metru augstumā un ar ātrumu 3000 km / h, vajadzēja nodrošināt 160 kg smagu kravu orbītā 300 kilometru augstumā un 120 kg smagu kravu orbītā. 600 kilometru augstumā.

Attēls

Grūtā finansiālā situācija Krievijā 90. gadu beigās un 2000. gadu sākumā neļāva šo projektu realizēt metālā, lai gan iespējams, ka attīstības procesā var rasties tehniski šķēršļi.

Bija daudzi citi īpaši vieglu nesējraķešu projekti. To atšķirīgo iezīmi var uzskatīt par valsts struktūru vai lielu (praktiski "valsts") korporāciju projektu izstrādi.Bieži vien kā palaišanas platformas bija jāizmanto sarežģītas un dārgas platformas, piemēram, iznīcinātāji, bumbvedēji vai smagā transporta lidmašīnas.

Tas viss kopā sarežģīja attīstību un palielināja kompleksu izmaksas, un tagad vadība īpaši vieglu nesējraķešu radīšanā ir nonākusi privātu uzņēmumu rokās.

Raķešu laboratorija

Par vienu no visveiksmīgākajiem un pazīstamākajiem ultravieglo raķešu projektiem var uzskatīt amerikāņu-jaunzēlandiešu kompānijas Rocket Lab nesējraķeti "Electron". Šī divpakāpju raķete, kuras masa ir 12 550 kg, spēj palaist 250 kg PS vai 150 kg PS saules sinhronā orbītā (SSO) ar 500 kilometru augstumu LEO. Uzņēmums plāno palaist līdz 130 raķetēm gadā.

Attēls

Raķetes dizains ir izgatavots no oglekļa šķiedras; šķidro propelentu reaktīvie dzinēji (LRE) tiek izmantoti petrolejas un skābekļa degvielas pārī. Lai vienkāršotu un samazinātu konstrukcijas izmaksas, kā enerģijas avots tiek izmantotas litija polimēru baterijas, pneimatiskās vadības sistēmas un sistēma degvielas pārvietošanai no tvertnēm, kas darbojas ar saspiestu hēliju. Raķešu dzinēju un citu raķešu komponentu ražošanā aktīvi tiek izmantotas piedevu tehnoloģijas.

Attēls

Var atzīmēt, ka pirmā raķete no Rocket Lab bija meteoroloģiskā raķete Kosmos-1 (maoru valodā-Atea-1), kas spēj pacelt 2 kg kravas aptuveni 120 kilometru augstumā.

Attēls

Lin Industrial

Rocket Lab krievu “analogu” var saukt par uzņēmumu “Lin Industrial”, kas izstrādā projektus gan vienkāršākajai suborbitālajai raķetei, kas spēj sasniegt 100 km augstumu, gan nesējraķetēm, kas paredzētas kravas nodošanai LEO un SSO.

Lai gan suborbitālo raķešu tirgū (galvenokārt tādās kā meteoroloģiskās un ģeofiziskās raķetes) dominē risinājumi ar cietā kurināmā dzinējiem, Lin Industrial būvē savu suborbitālo raķeti, kuras pamatā ir šķidrā kurināmā raķešu dzinēji, kurus darbina petroleja un ūdeņraža peroksīds. Visticamāk, tas ir saistīts ar faktu, ka Lin Industrial savu galveno attīstības virzienu saskata nesējraķetes komerciālā palaišanā orbītā, un šķidro propelentu suborbitālo raķeti, visticamāk, izmantos tehnisko risinājumu izstrādei.

Attēls

Lin Industrial galvenais projekts ir ultravieglā nesējraķete Taimyr. Sākotnēji projekts paredzēja moduļu izkārtojumu ar sērijveidīgi paralēlu moduļu izvietojumu, kas ļauj izveidot nesējraķeti ar iespēju LEO izvadīt kravu, kas sver no 10 līdz 180 kg. Izlaišanas nesējraķetes minimālās masas izmaiņas bija jānodrošina, mainot universālo raķešu vienību (UBR) skaitu-URB-1, URB-2 un URB-3 un trešās pakāpes RB-2 raķešu vienību.

Attēls

Nesējraķetes Taimyr dzinējiem jādarbojas ar petroleju un koncentrētu ūdeņraža peroksīdu; degviela jāpiegādā, aizstājot ar saspiestu hēliju. Paredzams, ka dizainā tiks plaši izmantoti kompozītmateriāli, tostarp ar oglekļa šķiedru pastiprinātas plastmasas un 3D drukātas detaļas.

Vēlāk uzņēmums Lin Industrial atteicās no moduļu shēmas - nesējraķete kļuva par divpakāpju, ar secīgu soļu izvietojumu, kā rezultātā nesējraķetes Taimyr izskats sāka līdzināties nesējraķetes Electron izskatam. Raķešu laboratorija. Arī saspiesta hēlija pārvietošanas sistēma tika aizstāta ar degvielas padevi, izmantojot elektriskos sūkņus, kurus darbina baterijas.

Attēls

Pirmā Taimyr LV palaišana ir plānota 2023. gadā.

IHI Aerospace

Viena no interesantākajām īpaši vieglajām nesējraķetēm ir japāņu SS-520 trīs pakāpju cietā propelenta raķete, ko ražo IHI Aerospace, kas izveidota, pamatojoties uz ģeofizisko raķeti S-520, pievienojot trešo pakāpi un attiecīgi uzlabojot borta sistēmas. Raķetes SS-520 augstums ir 9,54 metri, diametrs ir 0,54 metri, palaišanas svars ir 2600 kg. LEO piegādātā kravnesība ir aptuveni 4 kg.

Attēls

Pirmā posma korpuss ir izgatavots no augstas stiprības tērauda, ​​otrais posms ir izgatavots no oglekļa šķiedras kompozītmateriāla, galvas apvalks ir izgatavots no stikla šķiedras. Visi trīs posmi ir cietais kurināmais. SS-520 LV vadības sistēma periodiski tiek ieslēgta pirmā un otrā posma atdalīšanas laikā, bet pārējā laikā raķete tiek stabilizēta ar rotāciju.

2018. gada 3. februārī SS-520-4 LV veiksmīgi palaida 3 kilogramu masas kubiku TRICOM-1R, kas paredzēts, lai demonstrētu iespēju izveidot kosmosa kuģi no patēriņa elektronikas komponentiem. Palaišanas brīdī SS-520-4 LV bija mazākā nesējraķete pasaulē, kas ir reģistrēta Ginesa rekordu grāmatā.

Attēls

Ļoti mazu virzienu var radīt īpaši mazu nesējraķešu izveide, kuras pamatā ir meteoroloģiskās un ģeofiziskās raķetes ar cietu propelentu. Šādas raķetes ir viegli kopjamas, tās var ilgstoši uzglabāt tādā stāvoklī, kas nodrošina to sagatavošanu palaišanai pēc iespējas īsākā laikā.

Raķešu dzinēja izmaksas var būt aptuveni 50% no raķetes izmaksām, un maz ticams, ka būs iespējams sasniegt skaitli, kas ir mazāks par 30%, pat ņemot vērā piedevu tehnoloģiju izmantošanu. Cietā propelenta nesējraķetēs netiek izmantots kriogēns oksidētājs, kam tieši pirms palaišanas nepieciešami īpaši uzglabāšanas un uzpildīšanas apstākļi. Tajā pašā laikā cietā propelenta lādiņu ražošanai tiek izstrādātas arī piedevu tehnoloģijas, kas ļauj "izdrukāt" nepieciešamās konfigurācijas degvielas lādiņus.

Īpaši vieglās nesējraķetes kompaktie izmēri vienkāršo to transportēšanu un ļauj startēt no dažādiem planētas punktiem, lai iegūtu vajadzīgo orbītas slīpumu. Īpaši vieglām nesējraķetēm ir nepieciešama daudz vienkāršāka palaišanas platforma nekā "lielajām" raķetēm, kas padara to mobilu.

Vai Krievijā ir šādu raķešu projekti un uz kāda pamata tos var īstenot?

PSRS tika ražots ievērojams skaits meteoroloģisko raķešu-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 un ģeofiziskās raķetes-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Vertical", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Daudzi no šiem projektiem bija balstīti uz militāriem sasniegumiem ballistiskajās raķetēs vai pretraķetēs. Aktīvās augšējās atmosfēras izpētes gados palaišanas skaits sasniedza 600-700 raķetes gadā.

Attēls

Pēc PSRS sabrukuma radikāli tika samazināts palaišanas un raķešu veidu skaits. Šobrīd Roshydromet izmanto divus kompleksus-MR-30 ar NPO Typhoon / OKB Novator izstrādāto raķeti MN-300 un KBP AS izstrādāto meteoroloģisko raķeti MERA.

MR-30 (MN-300)

Kompleksa MR-30 raķete nodrošina 50-150 kg zinātniskā aprīkojuma pacelšanu 300 kilometru augstumā. Raķetes MN-300 garums ir 8012 mm ar diametru 445 mm, palaišanas svars ir 1558 kg. Vienas raķetes MN-300 palaišanas izmaksas tiek lēstas 55-60 miljonu rubļu apmērā.

Attēls

Pamatojoties uz raķeti MN-300, tiek apsvērta iespēja izveidot īpaši mazu nesējraķeti IR-300, pievienojot otro pakāpi un augšējo pakāpi (patiesībā trešo pakāpi). Tas ir, patiesībā tiek ierosināts atkārtot diezgan veiksmīgo Japānas īpaši vieglā nesējraķetes SS-520 ieviešanas pieredzi.

Tajā pašā laikā daži eksperti pauž viedokli, ka, tā kā raķetes MN-300 maksimālais ātrums ir aptuveni 2000 m / s, tad, lai iegūtu pirmo kosmisko ātrumu aptuveni 8000 m / s, kas nepieciešams nesējraķetes novietošanai orbītā, tas var prasīt pārāk nopietnu sākotnējā projekta pārskatīšanu., kas būtībā ir jauna produkta izstrāde, kas var izraisīt palaišanas izmaksu pieaugumu gandrīz par kārtu un padarīt to nerentablu salīdzinājumā ar konkurentiem.

MĒRS

MERA meteoroloģiskā raķete ir paredzēta, lai paceltu 2-3 kg smagu kravu 110 kilometru augstumā. Raķetes MERA masa ir 67 kg.

Attēls
Attēls

No pirmā acu uzmetiena meteoroloģiskā raķete MERA ir absolūti nepiemērota izmantošanai par pamatu, lai izveidotu īpaši vieglu nesējraķeti, taču tajā pašā laikā ir dažas nianses, kas ļauj apstrīdēt šo viedokli.

MERA meteoroloģiskā raķete ir divpakāpju bikalibērs, un tikai pirmais posms veic paātrinājuma funkciju, otrais-pēc atdalīšanas lido pēc inerces, kas padara šo kompleksu līdzīgu Tunguskas un pretgaisa vadāmajām raķetēm (SAM). Pantsir pretgaisa raķešu un lielgabalu kompleksi (ZRPK). Faktiski, pamatojoties uz šo kompleksu pretgaisa aizsardzības raķešu sistēmu raķetēm, tika izveidota meteoroloģiskā raķete MERA.

Pirmais posms ir salikts korpuss, kurā ir ievietots cieta propelenta lādiņš. 2,5 sekundēs pirmais posms paātrina meteoroloģisko raķeti līdz 5M (skaņas ātruma) ātrumam, kas ir aptuveni 1500 m / s. Pirmā posma diametrs ir 170 mm.

Attēls

Meteoroloģiskās raķetes MERA pirmais posms, kas izgatavots, vijot kompozītmateriālu, ir ārkārtīgi viegls (salīdzinājumā ar līdzīga izmēra tērauda un alumīnija konstrukcijām) - tā svars ir tikai 55 kg. Turklāt tā izmaksām vajadzētu būt ievērojami zemākām nekā risinājumiem, kas izgatavoti no oglekļa šķiedras.

Pamatojoties uz to, var pieņemt, ka, pamatojoties uz meteoroloģiskās raķetes MERA pirmo posmu, var izstrādāt vienotu raķešu moduli (URM), kas paredzēts īpaši vieglu nesējraķešu pakāpju partijas veidošanai

Faktiski būs divi šādi moduļi, tie atšķirsies ar raķešu dzinēja sprauslu, attiecīgi optimizēti darbam atmosfērā vai vakuumā. Pašlaik a / s KBP ar tinumu metodi ražoto apvalku maksimālais diametrs ir 220 mm. Iespējams, ka ir tehniska iespēja izgatavot kompozītmateriālu korpusus ar lielāku diametru un garumu.

No otras puses, iespējams, ka optimālais risinājums būtu korpusu izgatavošana, kuru izmēri tiks apvienoti ar jebkuru munīciju pretgaisa aizsardzības raķešu sistēmai Pantsir, Hermes kompleksa vadāmām raķetēm vai MERA meteoroloģiskajām raķetēm. samazināt viena produkta izmaksas, palielinot tāda paša veida produktu sērijveida izlaišanas apjomu.

Nesējraķetes posmi būtu jāpieņem darbā no URM, jāpiestiprina paralēli, savukārt posmu atdalīšana tiks veikta šķērsvirzienā - URM gareniskā atdalīšana posmā nav paredzēta. Var pieņemt, ka šādas nesējraķetes posmiem būs liela parazitārā masa salīdzinājumā ar lielāka diametra monobloku korpusu. Daļēji tā ir taisnība, taču no kompozītmateriāliem izgatavotā korpusa mazais svars ļauj lielā mērā izlīdzināt šo trūkumu. Var izrādīties, ka liela diametra korpusu, kas izgatavots, izmantojot līdzīgu tehnoloģiju, būs daudz grūtāk un dārgāk izgatavot, un tā sienas būs jāpadara daudz biezākas, lai nodrošinātu nepieciešamo konstrukcijas stingrību nekā savienoto URM ar paketi, lai galu galā būtu daudz monobloku, un iepakojuma risinājumi būs salīdzināmi par pēdējo cenu. Un ir ļoti iespējams, ka tērauda vai alumīnija monobloku korpuss būs smagāks nekā iepakots salikts korpuss.

Attēls

URM paralēlo pieslēgšanu var veikt, izmantojot plakanus kompozītmateriālus frēzētus elementus, kas atrodas pakāpiena augšējā un apakšējā daļā (URM korpusa sašaurināšanās vietās). Ja nepieciešams, var izmantot papildu segumus, kas izgatavoti no kompozītmateriāliem. Lai samazinātu izmaksas struktūrā, tehnoloģiskos un lētus rūpnieciskos materiālus, pēc iespējas jāizmanto augstas stiprības līmes.

Līdzīgi LV posmus var savstarpēji savienot ar saliktiem cauruļveida vai pastiprinošiem elementiem, un konstrukcija var būt neatdalāma, kad posmi ir atdalīti, nesošos elementus var kontrolētā veidā iznīcināt ar piro lādiņiem.Turklāt, lai palielinātu uzticamību, piro lādiņus var izvietot vairākos secīgi izvietotos atbalsta konstrukcijas punktos, un tos var iedarbināt gan ar elektrisko aizdedzi, gan tiešu aizdedzi no augstākās pakāpes dzinēju liesmas, kad tie ir ieslēgti (šaušanai) apakšējā pakāpe, ja elektriskā aizdedze nedarbojās).

Attēls

Nesējraķeti var vadīt tādā pašā veidā, kā tas tiek darīts ar japāņu īpaši vieglu nesējraķeti SS-520. Var uzskatīt arī iespēju uzstādīt radio komandvadības sistēmu, līdzīgu tai, kas uzstādīta pretgaisa aizsardzības raķešu sistēmai Pantsir, lai varētu koriģēt nesējraķetes palaišanu vismaz daļā lidojuma trajektorijas (un, iespējams, visos lidojuma posmos) lidojums). Potenciāli tas samazinās dārgās iekārtas daudzumu vienreiz lietojamā raķetē, pārnesot to uz “atkārtoti lietojamu” kontroles transportlīdzekli.

Var pieņemt, ka, ņemot vērā nesošo konstrukciju, savienojošos elementus un vadības sistēmu, galaprodukts spēs piegādāt LEO kravnesību no vairākiem kilogramiem līdz vairākiem desmitiem kilogramu (atkarībā no vienoto raķešu moduļu skaita) posmos) un sacensties ar japāņu īpaši vieglajiem SS-LV. 520 un citiem līdzīgiem īpaši viegliem nesējraķetēm, ko izstrādājuši Krievijas un ārvalstu uzņēmumi.

Veiksmīgai projekta komercializācijai paredzamās ultravieglas nesējraķetes MERA-K palaišanas izmaksas nedrīkst pārsniegt 3,5 miljonus ASV dolāru (tās ir nesējraķetes SS-520 palaišanas izmaksas).

Papildus komerciāliem lietojumiem nesējraķeti MERA-K var izmantot militāro kosmosa kuģu avārijas izvešanai, kuru izmēri un svars arī pakāpeniski samazināsies.

Tāpat nesējraķetes MERA-K ieviešanas laikā iegūtos sasniegumus var izmantot, lai radītu progresīvus ieročus, piemēram, hiperskaņas kompleksu ar parasto kaujas galviņu kompakta planiera veidā, kas tiek nomests pēc palaišanas uzsākšanas. transportlīdzekli līdz trajektorijas augšējam punktam.

Populārs ar tēmu