Kosmose vallutamisest on saanud inimkonna üks olulisemaid ja epohhiloovamaid saavutusi. Kanderaketite ja nende käivitamiseks vajaliku infrastruktuuri loomine nõudis maailma juhtivatelt riikidelt tohutuid jõupingutusi. Meie ajal on kalduvus luua täielikult korduvkasutatavaid kanderakette, mis on võimelised sooritama kümneid lende kosmosesse. Nende arendamine ja toimimine nõuab endiselt tohutuid ressursse, mida saavad eraldada ainult riigid või suurkorporatsioonid (jällegi riigi toel).
XXI sajandi alguses võimaldas elektrooniliste komponentide täiustamine ja miniaturiseerimine luua väikese suurusega satelliite (nn "mikrosatelliidid" ja "nanosatelliidid"), mille mass jääb vahemikku 1-100 kg. Hiljuti räägime "pikosatelliitidest" (kaaluga 100 g kuni 1 kg) ja "femto satelliitidest" (kaaluga alla 100 g). Selliseid satelliite saab käivitada erinevate klientide koondkoormana või kandekoormana "suurtele" kosmoselaevadele (SC). See stardimeetod ei ole alati mugav, kuna nanopaateliitide tootjad (edaspidi kasutame seda nimetust üliväikeste kosmoseaparaatide kõigi mõõtmete puhul) peavad kohanema klientide ajagraafikuga põhilasti käivitamiseks, samuti erinevused stardiorbiitidel.
See on toonud kaasa nõudluse tekkimise ülipisikeste kanderaketite järele, mis suudavad käivitada umbes 1–100 kg kaaluvaid kosmoseaparaate.
DARPA ja KB "MiG"
Arendati ja arendatakse palju ülikergseid kanderakette - nii maa-, õhu- kui ka merelennuga. Eelkõige töötas Ameerika agentuur DARPA aktiivselt üliväikeste kosmoseaparaatide kiire käivitamise probleemi kallal. Eelkõige võib meenutada 2012. aastal käivitatud ALASA projekti, mille raames kavatseti luua väikesemahuline rakett, mis on ette nähtud lendamiseks hävitajast F-15E ja madalate võrdlusorbiitide saatmiseks kuni 45 kg kaaluvate satelliitide saatmiseks. (LEO).
Raketile paigaldatud rakettmootor pidi töötama NA-7 monopropellandiga, sealhulgas monopropüleeni, dilämmastikoksiidi ja atsetüleeniga. Käivitamise maksumus ei tohiks ületada 1 miljonit dollarit. Arvatavasti lõpetasid selle projekti probleemid kütusega, eelkõige selle isesüttimise ja plahvatusohtlikkusega.
Sarnast projekti arendati Venemaal. 1997. aastal alustas MiG projekteerimisbüroo koos KasKosmosega (Kasahstan) väljatöötatud kasuliku koormuse (PN) käivitussüsteemi, kasutades ümberehitatud MiG-31I pealtkuulajat (Ishim). Projekt töötati välja MiG-31D satelliidivastase modifikatsiooni loomise aluse alusel.
Kolmeastmeline rakett, mis käivitati umbes 17 000 meetri kõrgusel ja kiirusel 3000 km / h, pidi 300 kilomeetri kõrgusel orbiidile kandma 160 kg kaaluva kandevõime ja orbiidile 120 kg kaaluva kandevõime. 600 kilomeetri kõrgusel.
Venemaa raske finantsolukord 90ndate lõpus ja 2000ndate alguses ei võimaldanud seda projekti metallist realiseerida, kuigi on võimalik, et arendusprotsessis võivad tekkida tehnilised takistused.
Oli ka palju teisi ülikergete kanderakettide projekte. Nende eripäraks võib pidada projektide väljatöötamist riigistruktuuride või suurte (praktiliselt "riigi") korporatsioonide poolt. Stardiplatvormidena tuli sageli kasutada keerukaid ja kalleid platvorme, nagu hävitajad, pommitajad või raskeveokid.
Kõik see koos raskendas arendust ja suurendas komplekside maksumust ning nüüd on juhtimine ülikergete kanderaketite loomisel läinud eraettevõtete kätte.
Raketi labor
Üht kergemate rakettide edukamat ja tuntumat projekti võib pidada Ameerika-Uus-Meremaa ettevõtte Rocket Lab kanderaketiks "Electron". See kaheastmeline rakett massiga 12 550 kg on võimeline lendama 250 kg PS või 150 kg PS päikesesünkroonsele orbiidile (SSO), mille kõrgus on 500 kilomeetrit, LEO-sse. Ettevõte kavatseb käivitada kuni 130 raketti aastas.
Raketi konstruktsioon on valmistatud süsinikkiust; petrooleumi ja hapniku kütusepaaril kasutatakse vedelkütusega reaktiivmootoreid (LRE). Kujunduse lihtsustamiseks ja kulude vähendamiseks kasutab see jõuallikana liitium-polümeerpatareid, pneumaatilisi juhtimissüsteeme ja survestatud heeliumiga töötavat süsteemi kütuste paakidest väljatõrjumiseks. Vedelkütusega rakettmootorite ja muude raketikomponentide tootmisel kasutatakse aktiivselt lisatehnoloogiaid.
Võib märkida, et Rocket Labi esimene rakett oli meteoroloogiline rakett Kosmos-1 (maoori keeles Atea-1), mis on võimeline tõstma 2 kg kasulikku koormust umbes 120 kilomeetri kõrgusele.
Lin Industrial
Rocket Labi Vene “analoogi” võib nimetada ettevõtteks “Lin Industrial”, mis arendab projekte nii lihtsaima suborbitaalse raketi jaoks, mis on võimeline jõudma 100 km kõrgusele, kui ka kanderakettide jaoks, mis on ette nähtud kandevõime edastamiseks LEO -le ja SSO -le.
Kuigi suborbitaalsete rakettide (peamiselt meteoroloogiliste ja geofüüsikaliste rakettide) turul domineerivad tahkekütusel töötavate mootoritega lahendused, ehitab Lin Industrial oma suborbitaalraketti, mis põhineb petrooleumi ja vesinikperoksiidiga töötavatel vedelkütuse rakettmootoritel. Suure tõenäosusega on see tingitud asjaolust, et Lin Industrial näeb oma peamist arengusuunda kanderaketi kommertslikul orbiidilelaskmisel ning vedelat raketikütust kasutavat suborbitaalset raketti kasutatakse suurema tõenäosusega tehniliste lahenduste väljatöötamiseks.
Lin Industriali põhiprojekt on ülikerge kanderakett Taimyr. Esialgu nägi projekt ette moodulipaigutuse koos moodulite seeriaparalleelse paigutusega, mis võimaldab moodustada kanderakett koos võimalusega väljastada 10–180 kg kaaluv kandevõime LEO-le. Rakendatud kanderaketi miinimummassi muutmine pidi olema tagatud universaalsete raketiüksuste (UBR)-URB-1, URB-2 ja URB-3 ning kolmanda astme RB-2 raketiüksuse arvu muutmisega.
Kanderaketi Taimyr mootorid peavad töötama petrooleumi ja kontsentreeritud vesinikperoksiidiga; kütus tuleb tarnida survestatud heeliumiga. Eeldatakse, et disain kasutab laialdaselt komposiitmaterjale, sealhulgas süsinikkiust tugevdatud plasti ja 3D-trükitud komponente.
Hiljem loobus ettevõte Lin Industrial modulaarsest skeemist - kanderaketist sai kaheastmeline sammude järjestikune paigutus, mille tulemusel hakkas kanderaketi Taimyr välimus sarnanema kanderaketi Electron välimusega. Rocket Lab. Samuti asendati kokkusurutud heeliumi nihutussüsteem kütusevarustusega, kasutades patareidega töötavaid elektripumpasid.
Taimyr LV esimene käivitamine on kavandatud 2023. aastal.
IHI Aerospace
Üks huvitavamaid ülikergseid kanderakette on IHI Aerospace'i toodetud Jaapani kolmeastmeline tahke raketikütuse rakett SS-520, mis on loodud S-520 geofüüsikalise raketi baasil, lisades sinna kolmanda astme ja vastava pardasüsteemide täiustamise. Raketi SS-520 kõrgus on 9,54 meetrit, läbimõõt 0,54 meetrit, stardi kaal 2600 kg. LEO -le tarnitav kandevõime on umbes 4 kg.
Esimese astme kere on valmistatud ülitugevast terasest, teine etapp on valmistatud süsinikkiust komposiidist, peaümbris on valmistatud klaaskiust. Kõik kolm etappi on tahke kütus. SS-520 LV juhtimissüsteem lülitatakse perioodiliselt sisse esimese ja teise astme eraldamise ajal ning ülejäänud aja jooksul stabiliseeritakse raketi pöörlemisega.
3. veebruaril 2018 käivitas SS-520-4 LV edukalt 3-kilogrammise massiga kuubiku TRICOM-1R, mille eesmärk on näidata tarbeelektroonikakomponentidest kosmoselaevade loomise võimalust. Käivitamise ajal oli SS-520-4 LV maailma väikseim kanderakett, mis on registreeritud Guinnessi rekordite raamatus.
Üliväikeste kanderakettide loomine tahkekütusel meteoroloogilistel ja geofüüsikalistel rakettidel võib olla üsna paljutõotav suund. Selliseid rakette on lihtne hooldada, neid saab pikka aega säilitada seisundis, mis tagab nende ettevalmistamise stardiks võimalikult lühikese aja jooksul.
Raketimootori maksumus võib moodustada umbes 50% raketi maksumusest ja on ebatõenäoline, et isegi lisanditehnoloogiate kasutamist arvesse võttes on võimalik jõuda arvuni alla 30%. Tahkekütusel töötavatel kanderakettidel ei kasutata krüogeenset oksüdeerijat, mis nõuab vahetult enne stardist eritingimusi ladustamiseks ja tankimiseks. Samal ajal töötatakse tahke raketikütuse laengute valmistamiseks välja ka lisatehnoloogiaid, mis võimaldavad nõutava konfiguratsiooniga kütuselaenguid "printida".
Ülikergete kanderakettide kompaktsed mõõtmed lihtsustavad nende transportimist ja võimaldavad starti planeedi erinevatest punktidest, et saavutada vajalik orbiidi kalle. Ülikergete kanderakettide jaoks on vaja palju lihtsamat stardiplatvormi kui "suurte" rakettide puhul, mis muudab selle mobiilseks.
Kas Venemaal on selliste rakettide projekte ja mis alusel neid ellu viia?
NSV Liidus toodeti märkimisväärne arv meteoroloogilisi rakette-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 ja geofüüsikalised raketid-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Vertikaalne", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Paljud neist kavanditest põhinesid sõjalistel arengutel ballistiliste rakettide või rakettide vastaste rakettide valdkonnas. Atmosfääri ülemise osa aktiivse uurimise aastate jooksul ulatus õhkulaskmiste arv 600-700 raketini aastas.
Pärast NSV Liidu kokkuvarisemist vähendati radikaalide ja rakettide arvu radikaalselt. Hetkel kasutab Roshydromet kahte kompleksi-MR-30 koos NPO Typhoon / OKB Novaatori väljatöötatud raketiga MN-300 ja KBP JSC välja töötatud meteoroloogilist raketti MERA.
MR-30 (MN-300)
Kompleksi MR-30 rakett võimaldab tõsta 50–150 kg teaduslikku varustust 300 kilomeetri kõrgusele. Raketi MN-300 pikkus on 8012 mm läbimõõduga 445 mm, stardi kaal 1558 kg. Raketi MN-300 ühe stardi hind on hinnanguliselt 55-60 miljonit rubla.
Raketi MN-300 põhjal kaalutakse võimalust luua ülipisike kanderakett IR-300 teise astme ja ülemise astme (tegelikult kolmanda astme) lisamisega. See tähendab, et tegelikult tehakse ettepanek korrata Jaapani ülikergse kanderaketi SS-520 rakendamise üsna edukat kogemust.
Samal ajal avaldavad mõned eksperdid arvamust, et kuna raketi MN-300 maksimaalne kiirus on umbes 2000 m / s, siis esimese kosmilise kiiruse saamiseks umbes 8000 m / s, mis on vajalik kanderaketi paigaldamiseks orbiidile, võib see nõuda esialgse projekti liiga tõsist läbivaatamist., mis on sisuliselt uue toote väljatöötamine, mis võib kaasa tuua käivituskulude suurenemise peaaegu suurusjärgu võrra ja muuta selle konkurentidega võrreldes kahjumlikuks.
MEETMET
Meteoroloogiline rakett MERA on mõeldud 2-3 kg kaaluva kandekoorma tõstmiseks 110 kilomeetri kõrgusele. Raketi MERA mass on 67 kg.
Esmapilgul on meteoroloogiline rakett MERA absoluutselt sobimatu ülikerge kanderaketi loomise aluseks, kuid samas on mõningaid nüansse, mis võimaldavad seda seisukohta vaidlustada.
MERA meteoroloogiline rakett on kaheastmeline kahekihiline ja ainult esimene etapp täidab kiirendusfunktsiooni, teine-pärast eraldumist lendab inertsist, mis muudab selle kompleksi sarnaseks Tunguska ja õhutõrje juhitavate rakettidega Pantsiri õhutõrjeraketi- ja kahurikompleksid (ZRPK). Tegelikult loodi nende komplekside õhutõrjeraketisüsteemide rakettide põhjal meteoroloogiline rakett MERA.
Esimene etapp on komposiitkeha, millesse on paigutatud tahke raketikütuse laeng. 2,5 sekundiga kiirendab esimene etapp meteoroloogilise raketi kiiruseks 5M (helikiirused), mis on umbes 1500 m / s. Esimese astme läbimõõt on 170 mm.
Komposiitmaterjali kerimisel valmistatud meteoroloogilise raketi MERA esimene etapp on äärmiselt kerge (võrreldes sarnaste mõõtmetega teras- ja alumiiniumkonstruktsioonidega) - selle kaal on vaid 55 kg. Samuti peaks selle maksumus olema oluliselt madalam kui süsinikkiust valmistatud lahendustel.
Selle põhjal võib eeldada, et meteoroloogilise raketi MERA esimese etapi põhjal saab välja töötada ühtse raketimooduli (URM), mis on ette nähtud ülikergete kanderakettide etappide partii moodustamiseks
Tegelikult on selliseid mooduleid kaks, need erinevad raketimootori düüsi poolest, vastavalt optimeeritud töötamiseks atmosfääris või vaakumis. Hetkel on JSC KBP poolt mähiste meetodil toodetud kestade maksimaalne läbimõõt väidetavalt 220 mm. Võimalik, et suurema läbimõõdu ja pikkusega komposiitkorpuste tootmine on tehniliselt teostatav.
Teisest küljest on võimalik, et optimaalne lahendus oleks laevakerede valmistamine, mille suurus ühendatakse mis tahes laskemoonaga Pantsiri õhutõrjeraketisüsteemi jaoks, Hermesi kompleksi juhitavate rakettide või MERA meteoroloogiliste rakettidega. vähendada ühe toote maksumust, suurendades sama tüüpi toodete seeriaväljalaske mahtu.
Kanderaketi etapid tuleks värvata URM -ist, kinnitada paralleelselt, samal ajal kui etappide eraldamine toimub põiki - URM -i pikisuunaline eraldamine etapis ei ole ette nähtud. Võib eeldada, et sellise kanderaketi etappidel on suurem parasiitmass võrreldes suurema läbimõõduga monoblokkidega. See on osaliselt tõsi, kuid komposiitmaterjalidest korpuse väike kaal võimaldab selle puuduse suures osas tasandada. Võib selguda, et suure läbimõõduga korpust, mis on valmistatud sarnast tehnoloogiat kasutades, on palju keerulisem ja kulukam valmistada ning selle seinad tuleb konstruktsiooni vajaliku jäikuse tagamiseks palju paksemaks muuta kui ühendatud URM-ide oma. paketi kaupa, nii et lõpuks on palju monoblokke ja paketi lahendused on võrreldavad viimase madalama hinnaga. Ja on väga tõenäoline, et terasest või alumiiniumist monoblokk on raskem kui pakitud komposiit.
URM -i paralleelset ühendamist saab teostada lamedate komposiit freesitud elementide abil, mis asuvad astme ülemises ja alumises osas (URM -i keha kitsendamise kohtades). Vajadusel võib kasutada täiendavaid komposiitmaterjalidest tasanduskihte. Struktuuri, tehnoloogiliste ja odavate tööstusmaterjalide kulude vähendamiseks tuleks kasutada nii palju kui võimalik ülitugevaid liime.
Sarnaselt saab LV-astmeid omavahel ühendada torukujuliste või tugevdavate komposiit-elementidega ning struktuur võib olla lahutamatu, kui astmed on eraldatud, võivad kandvad elemendid pürolaengute abil kontrollitavalt hävitada. Veelgi enam, töökindluse suurendamiseks võib pürolaenguid paigutada kandekonstruktsiooni mitmesse järjestikku asetsevasse punkti ning neid saab käivitada nii elektrisüüte kui ka kõrgema astme mootorite leegi otsese süütamise teel, kui need on sisse lülitatud (pildistamiseks) alumine aste, kui elektriline süüde ei töötanud).
Kanderaketti saab juhtida samamoodi nagu Jaapani ülikergse kanderaketi SS-520 puhul. Võimalust paigaldada raadiokäskude juhtimissüsteem, mis on sarnane Pantsiri õhutõrjeraketisüsteemile, võib pidada ka kanderaketi stardi parandamiseks vähemalt osal lennutrajektooril (ja võib -olla kõikidel lennuetappidel) lend). Võimalik, et see vähendab ühekordselt kasutatava raketi pardal oleva kalli varustuse hulka, kandes selle „korduvkasutatavale” juhtimissõidukile.
Võib eeldada, et tugikonstruktsiooni, ühenduselementide ja juhtimissüsteemi arvesse võttes suudab lõpptoode tarnida LEO -le kasulikku koormust, mis kaalub mitu kilogrammi kuni mitukümmend kilogrammi (sõltuvalt ühtsete rakettmoodulite arvust) etappidel) ja konkureerida Jaapani ülikerge SS-LV-ga 520 ja teiste sarnaste ülikergete kanderaketitega, mille on välja töötanud Venemaa ja välismaised ettevõtted.
Projekti edukaks turustamiseks ei tohiks ülikerge kanderaketi MERA-K käivitamise eeldatav maksumus ületada 3,5 miljonit dollarit (see on kanderakett SS-520 stardikulud).
Lisaks kommertsrakendustele saab kanderaketti MERA-K kasutada sõjaväe kosmoseaparaatide hädaolukorras väljaviimiseks, mille suurus ja kaal vähenevad samuti järk-järgult.
Samuti saab kanderaketi MERA-K rakendamise käigus saadud arenguid kasutada täiustatud relvade loomiseks, näiteks tavalise lõhkepeaga hüpersoonilise kompleksi kompaktse purilennuki kujul, mis langetatakse pärast stardi käivitamist. sõiduk trajektoori ülemisse punkti.
