Kosmoso užkariavimas tapo vienu svarbiausių ir epochą lemiančių žmonijos laimėjimų. Paleidimo raketų ir jų paleidimo infrastruktūros sukūrimas pareikalavo milžiniškų pirmaujančių pasaulio šalių pastangų. Mūsų laikais yra tendencija sukurti visiškai pakartotinai naudojamas raketas, galinčias atlikti dešimtis skrydžių į kosmosą. Jų vystymui ir veikimui dar reikia milžiniškų išteklių, kuriuos gali skirti tik valstybės ar didelės korporacijos (vėlgi, remiamos valstybės).
XXI amžiaus pradžioje patobulinus ir miniatiūrizavus elektroninius komponentus, buvo galima sukurti mažo dydžio palydovus (vadinamuosius „mikrosatelitus“ir „nanopalydovus“), kurių masė yra 1–100 kilogramas. Pastaruoju metu kalbame apie „pikosatelitus“(sveriančius nuo 100 g iki 1 kg) ir „femto palydovus“(sveriančius mažiau nei 100 g). Tokie palydovai gali būti paleidžiami kaip įvairių klientų grupinis krovinys arba kaip krovinys „dideliems“erdvėlaiviams (SC). Šis paleidimo būdas ne visada yra patogus, nes nanopalydovų gamintojai (toliau naudosime šį žymėjimą visiems itin mažų erdvėlaivių matmenims) turi prisitaikyti prie klientų tvarkaraščio paleisti pagrindinį krovinį, taip pat dėl paleidimo orbitų skirtumai.
Dėl to atsirado itin mažų raketų, galinčių paleisti maždaug 1–100 kg sveriančius erdvėlaivius, paklausa.
DARPA ir KB „MiG“
Buvo ir yra kuriama daug ultralengvųjų raketų projektų - su paleidimu ant žemės, oru ir jūra. Visų pirma, amerikiečių agentūra DARPA aktyviai dirbo spręsdama greito itin mažų erdvėlaivių paleidimo problemą. Visų pirma galima prisiminti ALASA projektą, pradėtą 2012 m., Kurio metu buvo planuojama sukurti mažo dydžio raketą, skirtą paleisti iš naikintuvo F-15E ir paleisti iki 45 kg sveriančius palydovus į žemos atskaitos orbitą. (LEO).
Raketoje sumontuotas raketinis variklis turėjo veikti su NA-7 monopropeliantu, įskaitant monopropileną, azoto oksidą ir acetileną. Paleidimo kaina neturėjo viršyti 1 mln. Tikėtina, kad būtent su degalais susijusios problemos, ypač dėl savaiminio degimo ir polinkio sprogti, nutraukė šį projektą.
Panašus projektas buvo rengiamas Rusijoje. 1997 m. „MiG“projektavimo biuras kartu su „KazKosmos“(Kazachstanas) pradėjo kurti naudingos apkrovos (PN) paleidimo sistemą, naudodamas pakeistą „MiG-31I“perėmėją (Ishim). Projektas buvo sukurtas remiantis pagrindu sukurti „MiG-31D“modifikaciją prieš palydovą.
Trijų pakopų raketa, paleista maždaug 17 000 metrų aukštyje ir 3 000 km / h greičiu, turėjo suteikti naudingąją apkrovą, sveriančią 160 kg į orbitą 300 kilometrų aukštyje, o naudingą svorį-į orbitą. 600 kilometrų aukštyje.
Sunki finansinė padėtis Rusijoje 90 -ųjų pabaigoje ir 2000 -ųjų pradžioje neleido šio projekto realizuoti metalu, nors gali būti, kad kūrimo procese gali atsirasti techninių kliūčių.
Buvo daug kitų ultralengvųjų raketų projektų. Jų skiriamuoju bruožu galima laikyti valstybinių struktūrų ar didelių (praktiškai „valstybinių“) korporacijų vykdomą projektų plėtrą. Sudėtingos ir brangios platformos, tokios kaip naikintuvai, bombonešiai ar sunkiojo transporto lėktuvai, dažnai turėjo būti naudojamos kaip paleidimo platformos.
Visa tai kartu apsunkino plėtrą ir padidino kompleksų kainą, o dabar lyderystė kuriant itin lengvas raketas perėjo į privačių įmonių rankas.
Raketų laboratorija
Vienu iš sėkmingiausių ir žinomiausių itin lengvų raketų projektų galima laikyti Amerikos ir Naujosios Zelandijos kompanijos „Rocket Lab“paleidimo raketą „Electron“. Ši dviejų pakopų raketa, kurios masė yra 12 550 kg, gali paleisti 250 kg PS arba 150 kg PS į saulės sinchroninę orbitą (SSO), esančią 500 kilometrų aukštyje, į LEO. Bendrovė planuoja paleisti iki 130 raketų per metus.
Raketos konstrukcija pagaminta iš anglies pluošto; skystojo kuro reaktyviniai varikliai (LRE) naudojami žibalo ir deguonies kuro porai. Siekiant supaprastinti ir sumažinti projekto kainą, jis naudoja ličio polimerų baterijas kaip energijos šaltinį, pneumatines valdymo sistemas ir degalų išstūmimo iš bakų sistemą, veikiančią suspaustu heliu. Gaminant skystuosius raketinius raketinius variklius ir kitus raketų komponentus, aktyviai naudojamos priedų technologijos.
Galima pastebėti, kad pirmoji raketa iš „Rocket Lab“buvo meteorologinė raketa „Kosmos-1“(maorių kalba „Atea-1“), galinti iškelti 2 kg naudingos apkrovos į maždaug 120 kilometrų aukštį.
Lin Industrial
Rusijos „Rocket Lab“„analogą“galima pavadinti įmone „Lin Industrial“, kuri kuria projektus ir pačiai paprasčiausiai suborbitalinei raketai, galinčiai pasiekti 100 km aukštį, ir raketoms, skirtoms perduoti naudingąsias apkrovas LEO ir SSO.
Nors suborbitinių raketų (visų pirma tokių kaip meteorologinės ir geofizinės raketos) rinkoje dominuoja sprendimai su kietojo kuro varikliais, „Lin Industrial“savo suborbitalinę raketą kuria remdamasi skysto kuro raketų varikliais, varomais žibalo ir vandenilio peroksido. Labiausiai tikėtina, kad taip yra dėl to, kad „Lin Industrial“pagrindinė plėtros kryptis mato komercinį paleidimo raketos paleidimą į orbitą, o skystą kurą skleidžianti suborbitinė raketa greičiausiai bus naudojama kuriant techninius sprendimus.
Pagrindinis „Lin Industrial“projektas yra „Taimyr“ultralengvoji paleidimo priemonė. Iš pradžių projekte buvo numatytas modulinis išdėstymas su serijiniu lygiagrečiu modulių išdėstymu, kuris leidžia suformuoti raketą su galimybe perduoti naudingąją apkrovą nuo 10 iki 180 kg į LEO. Minimalios paleistos raketos masės pasikeitimas turėjo būti užtikrintas keičiant universalių raketų vienetų (UBR)-URB-1, URB-2 ir URB-3-skaičių ir trečios pakopos RB-2 raketų bloką.
Raketos „Taimyr“varikliai turi veikti žibalu ir koncentruotu vandenilio peroksidu; degalai turi būti tiekiami išstumiant suspaustą helį. Tikimasi, kad dizainas plačiai naudos kompozicines medžiagas, įskaitant anglies pluoštu sustiprintą plastiką ir 3D spausdintus komponentus.
Vėliau bendrovė „Lin Industrial“atsisakė modulinės schemos - paleidimo priemonė tapo dviejų pakopų, nuosekliai išdėstant žingsnius, todėl „Taimyr“raketos išvaizda pradėjo panašėti į nešančiosios raketos „Electron“išvaizdą. Raketų laboratorija. Be to, suspausto helio išstūmimo sistema buvo pakeista degalų tiekimu naudojant elektrinius siurblius, maitinamus baterijomis.
Pirmasis „Taimyr LV“paleidimas planuojamas 2023 m.
IHI Aerospace
Viena įdomiausių itin lengvų raketų yra japoniška SSH-520 trijų pakopų raketinė raketa, kurią gamina „IHI Aerospace“, sukurta remiantis S-520 geofizine raketa, pridedant trečią pakopą ir atitinkamai patobulinus borto sistemas. Raketos SS-520 aukštis yra 9,54 metro, skersmuo-0,54 metro, paleidimo svoris-2600 kg. Į LEO pristatoma naudingosios apkrovos masė yra apie 4 kg.
Pirmojo etapo korpusas pagamintas iš didelio stiprumo plieno, antrasis-iš anglies pluošto kompozito, galvos apdangalas-iš stiklo pluošto. Visi trys etapai yra kietasis kuras. SS-520 LV valdymo sistema periodiškai įjungiama pirmojo ir antrojo pakopų atskyrimo metu, o likusį laiką raketą stabilizuoja sukimasis.
2018 m. Vasario 3 d. SS-520-4 LV sėkmingai paleido 3 kilogramų masės kubiką TRICOM-1R, skirtą pademonstruoti galimybę sukurti erdvėlaivius iš plataus vartojimo elektroninių komponentų. Paleidimo metu SS-520-4 LV buvo mažiausia nešančioji raketa pasaulyje, įregistruota Gineso rekordų knygoje.
Itin mažų raketų, pagrįstų kietojo kuro meteorologinėmis ir geofizinėmis raketomis, sukūrimas gali būti gana perspektyvi kryptis. Tokias raketas lengva prižiūrėti, jas galima ilgai laikyti tokios būklės, kad būtų užtikrintas jų paruošimas paleidimui per trumpiausią įmanomą laiką.
Raketų variklio kaina gali sudaryti apie 50% raketos kainos ir mažai tikėtina, kad pavyks pasiekti mažesnį nei 30% skaičių, net ir atsižvelgiant į priedų technologijų naudojimą. Kietojo raketinio kuro nešančiosiose mašinose nenaudojamas kriogeninis oksidatorius, kuriam prieš pat paleidimą reikia specialių laikymo ir degalų papildymo sąlygų. Tuo pačiu metu, gaminant kietųjų degalų užtaisus, taip pat kuriamos papildomos technologijos, leidžiančios „atspausdinti“reikiamos konfigūracijos degalus.
Kompaktiški itin lengvų raketų matmenys supaprastina jų transportavimą ir leidžia paleisti iš įvairių planetos taškų, kad būtų pasiektas reikiamas orbitos polinkis. Ypač lengvoms raketoms reikia daug paprastesnės paleidimo platformos nei „didelėms“raketoms, todėl ji yra mobili.
Ar Rusijoje yra tokių raketų projektų ir kokiu pagrindu jie gali būti įgyvendinti?
SSRS buvo pagaminta nemažai meteorologinių raketų-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 ir geofizinės raketos-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, „Vertikalios“, K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Daugelis šių projektų buvo pagrįsti balistinių raketų ar priešraketinių raketų kariniais pasiekimais. Aktyvaus viršutinės atmosferos tyrinėjimo metais paleidimų skaičius pasiekė 600–700 raketų per metus.
Žlugus SSRS, paleidimo ir raketų tipų skaičius buvo radikaliai sumažintas. Šiuo metu „Roshydromet“naudoja du kompleksus-MR-30 su raketa MN-300, kurią sukūrė NPO Typhoon / OKB Novator, ir meteorologinę raketą MERA, kurią sukūrė KBP JSC.
MR-30 (MN-300)
Komplekso MR-30 raketa leidžia pakelti 50–150 kg mokslinės įrangos į 300 kilometrų aukštį. Raketos MN-300 ilgis yra 8012 mm, skersmuo-445 mm, paleidimo svoris-1558 kg. Vienos raketos MN-300 paleidimo kaina yra 55–60 milijonų rublių.
Remiantis raketa MN-300, svarstoma galimybė sukurti itin mažą raketą IR-300, pridedant antrą pakopą ir viršutinę pakopą (iš tikrųjų trečią pakopą). Tai yra, iš tikrųjų siūloma pakartoti gana sėkmingą Japonijos itin lengvosios raketos SS-520 įgyvendinimo patirtį.
Tuo pačiu metu kai kurie ekspertai išreiškia nuomonę, kad kadangi didžiausias raketos MN-300 greitis yra apie 2000 m / s, tada norint pasiekti pirmąjį kosminį greitį apie 8000 m / s, kuris yra būtinas norint paleisti raketą į orbitą, gali tekti per daug rimtai peržiūrėti pradinį projektą. Tai iš esmės yra naujo produkto sukūrimas, dėl kurio paleidimo kaina gali padidėti beveik eilės tvarka ir tapti nepelninga, palyginti su konkurentais.
PRIEMONĖ
Meteorologinė raketa MERA skirta pakelti 2-3 kg sveriantį naudingą krovinį į 110 kilometrų aukštį. Raketos MERA masė yra 67 kg.
Iš pirmo žvilgsnio meteorologinė raketa MERA yra visiškai netinkama naudoti kaip pagrindas sukurti itin lengvą raketą, tačiau tuo pat metu yra keletas niuansų, leidžiančių ginčyti šį požiūrį.
MERA meteorologinė raketa yra dviejų pakopų bikalibras, ir tik pirmoji pakopa atlieka pagreičio funkciją, antroji-po atskyrimo skraido inercijos dėka, todėl šis kompleksas panašus į priešlėktuvines raketas (SAM) iš Tunguskos ir „Pantsir“priešlėktuvinių raketų ir patrankų kompleksai (ZRPK). Tiesą sakant, remiantis šių kompleksų oro gynybos raketų sistemų raketomis, buvo sukurta meteorologinė raketa MERA.
Pirmasis etapas yra sudėtinis korpusas, kuriame yra kietojo raketinio kuro krūvis. Per 2,5 sekundės pirmasis etapas pagreitina meteorologinę raketą iki 5M (garso greičio) greičio, tai yra apie 1500 m / s. Pirmojo etapo skersmuo yra 170 mm.
Pirmasis meteorologinės raketos MERA etapas, pagamintas vyniojant kompozicinę medžiagą, yra itin lengvas (lyginant su panašių matmenų plieninėmis ir aliuminio konstrukcijomis) - jos svoris yra tik 55 kg. Be to, jo kaina turėtų būti žymiai mažesnė nei tirpalų, pagamintų iš anglies pluošto.
Remiantis tuo, galima daryti prielaidą, kad remiantis pirmuoju meteorologinės raketos MERA etapu galima sukurti vieningą raketų modulį (URM), skirtą ultralengvųjų raketų pakopų formavimui
Tiesą sakant, bus du tokie moduliai, jie skirsis raketinio variklio antgaliu, atitinkamai optimizuotu darbui atmosferoje arba vakuume. Šiuo metu didžiausias apvijos metodu UAB „KBP“pagamintų apvalkalų skersmuo yra 220 mm. Gali būti, kad yra techninių galimybių gaminti didesnio skersmens ir ilgio sudėtinius korpusus.
Kita vertus, gali būti, kad optimalus sprendimas būtų korpusų gamyba, kurių dydis bus suvienytas su bet kokia „Pantsir“oro gynybos raketų sistemos amunicija, „Hermes“komplekso valdomosiomis raketomis ar MERA meteorologinėmis raketomis. sumažinti vieno produkto kainą, padidinus tos pačios rūšies produktų serijinio išleidimo apimtį.
Raketos pakopos turėtų būti įdarbintos iš URM, tvirtinamos lygiagrečiai, o pakopos bus atskirtos skersai - išilginis URM atskyrimas etape nėra numatytas. Galima daryti prielaidą, kad tokios nešančiosios raketos pakopos turės didelę parazitinę masę, lyginant su didesnio skersmens monoblokiniu korpusu. Tai iš dalies tiesa, tačiau mažas korpuso, pagaminto iš kompozicinių medžiagų, svoris leidžia iš esmės išlyginti šį trūkumą. Gali pasirodyti, kad didelio skersmens korpusą, pagamintą naudojant panašią technologiją, bus daug sunkiau ir brangiau pagaminti, o jo sienos turės būti padarytos daug storesnės, kad būtų užtikrintas būtinas konstrukcijos standumas nei prijungtų URM. pagal paketą, kad galų gale būtų daug monoblokų, o paketų sprendimai bus palyginami už mažesnę pastarojo kainą. Ir labai tikėtina, kad plieninis arba aliuminis viengubas korpusas bus sunkesnis nei supakuotas.
Lygiagretus URM prijungimas gali būti atliekamas naudojant plokščius sudėtinius frezuotus elementus, esančius viršutinėje ir apatinėje laiptelio dalyse (URM korpuso susiaurėjimo vietose). Jei reikia, gali būti naudojami papildomi lygintuvai, pagaminti iš kompozicinių medžiagų. Siekiant sumažinti konstrukcijos, technologinių ir pigių pramoninių medžiagų sąnaudas, reikia kiek įmanoma naudoti didelio stiprumo klijus.
Panašiai KS pakopas galima tarpusavyje sujungti kompoziciniais vamzdiniais arba sutvirtinančiais elementais, o konstrukcija gali būti neatsiejama, kai pakopos yra atskirtos, laikantys elementai gali būti kontroliuojamai sunaikinti piro krūviais. Be to, siekiant padidinti patikimumą, piro krūviai gali būti išdėstyti keliuose paeiliui esančiuose atraminės konstrukcijos taškuose ir gali būti pradėti tiek elektriniu uždegimu, tiek tiesioginiu uždegimu nuo aukštesnės pakopos variklių liepsnos, kai jie yra įjungti (šaudymui) apatinė pakopa, jei neveikė elektrinis uždegimas).
Raketą galima valdyti taip pat, kaip ir japonišką itin lengvą raketą SS-520. Galimybė įdiegti radijo komandų valdymo sistemą, panašią į tą, kuri buvo sumontuota priešlėktuvinės gynybos raketų sistemoje „Pantsir“, taip pat gali būti svarstoma, ar bent jau skrydžio trajektorijos dalyje (ir galbūt visuose skrydžio etapuose) ištaisyti nešančiosios raketos paleidimą. skrydis). Potencialiai tai sumažins brangios vienkartinės raketos įrangos kiekį, nešant ją į „daugkartinio naudojimo“valdymo transporto priemonę.
Galima daryti prielaidą, kad, atsižvelgiant į atraminę konstrukciją, jungiamuosius elementus ir valdymo sistemą, galutinis produktas LEO galės pristatyti naudingą krovinį, sveriantį nuo kelių kilogramų iki kelių dešimčių kilogramų (priklausomai nuo vieningų raketų modulių skaičiaus). etapuose) ir konkuruoti su japonų ultralengvuoju SS-LV. 520 ir kitomis panašiomis itin lengvosiomis raketomis, sukurtomis Rusijos ir užsienio kompanijų.
Norint sėkmingai komercializuoti projektą, apskaičiuotos itin lengvos raketos MERA-K paleidimo išlaidos neturėtų viršyti 3,5 mln.
Be komercinės paskirties, MERA-K raketą galima naudoti skubiam karinių erdvėlaivių pašalinimui, kurių dydis ir svoris taip pat palaipsniui mažės.
Be to, pasiekimai, įgyti įgyvendinant raketą MERA-K, gali būti panaudoti kuriant pažangius ginklus, pavyzdžiui, hipergarsinį kompleksą su įprasta kovine galvute kompaktiško sklandytuvo pavidalu, kuris numetamas paleidus startą transporto priemonę iki viršutinio trajektorijos taško.
