Uzayın fethi, insanlığın en önemli ve çığır açan başarılarından biri haline geldi. Fırlatma araçlarının yaratılması ve fırlatılmaları için altyapı, dünyanın önde gelen ülkelerinden muazzam çabalar gerektirdi. Zamanımızda, uzaya düzinelerce uçuş gerçekleştirebilen tamamen yeniden kullanılabilir fırlatma araçları yaratma eğilimi var. Bunların geliştirilmesi ve işletilmesi, yalnızca devletler veya büyük şirketler tarafından (yine devletin desteğiyle) tahsis edilebilecek çok büyük kaynaklar gerektiriyor.
XXI yüzyılın başında, elektronik bileşenlerin iyileştirilmesi ve minyatürleştirilmesi, kütlesi 1-100 aralığında olan küçük boyutlu uydular ("mikro uydular" ve "nano uydular" olarak adlandırılır) oluşturmayı mümkün kılmıştır. kilogram. Son zamanlarda, "pikosatellitler" (100 g ila 1 kg ağırlığında) ve "femto uyduları" (100 g'dan az ağırlığında) hakkında konuşuyoruz. Bu tür uydular, farklı müşterilerden grupaj kargo olarak veya "büyük" uzay aracına (SC) geçen bir yük olarak fırlatılabilir. Bu fırlatma yöntemi her zaman uygun değildir, çünkü nanouydu üreticileri (aşağıda bu tanımı ultra küçük uzay araçlarının tüm boyutları için kullanacağız), ana kargonun fırlatılması için müşterilerin programına ve ayrıca fırlatma yörüngelerindeki farklılıklar.
Bu, yaklaşık 1-100 kg ağırlığındaki uzay aracını fırlatabilen ultra küçük fırlatma araçlarına olan talebin ortaya çıkmasına neden oldu.
DARPA ve KB "MiG"
Karadan, havadan ve denizden fırlatılan birçok ultra hafif fırlatma aracı projesi vardı ve geliştiriliyor. Özellikle, Amerikan ajansı DARPA, ultra küçük uzay aracının hızlı fırlatılması sorunu üzerinde aktif olarak çalışıyordu. Özellikle, bir F-15E avcı uçağından fırlatmak ve 45 kg'a kadar olan uyduları düşük referans yörüngesine fırlatmak için tasarlanmış küçük boyutlu bir roket oluşturmanın planlandığı çerçevesinde 2012 yılında başlatılan ALASA projesini hatırlayabilirsiniz. (LEO).
Roket üzerine kurulan roket motoru, monopropilen, azot oksit ve asetilen dahil olmak üzere NA-7 monopropellant üzerinde çalışmak zorundaydı. Fırlatma maliyeti 1 milyon doları geçmeyecekti. Muhtemelen yakıtla ilgili sorunlar, özellikle kendiliğinden yanması ve patlama eğilimi ile bu projeye son verdi.
Benzer bir proje Rusya'da da yürütülüyordu. 1997 yılında, MiG tasarım bürosu, KazKosmos (Kazakistan) ile birlikte dönüştürülmüş bir MiG-31I önleyici (Ishim) kullanarak bir faydalı yük (PN) fırlatma sistemi geliştirmeye başladı. Proje, MiG-31D'nin uydu karşıtı bir modifikasyonunun oluşturulması için temel alınarak geliştirildi.
Yaklaşık 17.000 metre yükseklikte ve 3.000 km / s hızda fırlatılan üç aşamalı roketin, 300 kilometre yükseklikte yörüngeye 160 kg ağırlığında ve yörüngeye 120 kg ağırlığında bir yük taşıması gerekiyordu. 600 kilometre yükseklikte.
90'ların sonlarında ve 2000'lerin başında Rusya'daki zor mali durum, geliştirme sürecinde teknik engellerin ortaya çıkması mümkün olsa da, bu projenin metalde gerçekleştirilmesine izin vermedi.
Ultra hafif fırlatma araçlarının birçok başka projesi vardı. Ayırt edici özelliği, projelerin devlet yapıları veya büyük (pratik olarak "devlet") şirketleri tarafından geliştirilmesi olarak düşünülebilir. Savaş uçakları, bombardıman uçakları veya ağır nakliye uçakları gibi karmaşık ve pahalı platformlar genellikle fırlatma platformları olarak kullanılmak zorundaydı.
Bütün bunlar birlikte geliştirmeyi karmaşıklaştırdı ve komplekslerin maliyetini artırdı ve şimdi ultra hafif fırlatma araçlarının yaratılmasındaki liderlik özel şirketlerin eline geçti.
roket laboratuvarı
Ultra hafif roketlerin en başarılı ve tanınmış projelerinden biri, Amerikan-Yeni Zelanda şirketi Rocket Lab'ın "Elektron" fırlatma aracı olarak kabul edilebilir. 12.550 kg kütleye sahip bu iki aşamalı roket, 250 kg PS veya 150 kg PS'yi LEO'ya 500 kilometre yükseklikte güneş senkronize yörüngeye (SSO) fırlatabilir. Şirket, yılda 130'a kadar füze fırlatmayı planlıyor.
Roketin tasarımı karbon fiberden yapılmıştır, bir yakıt çifti gazyağı + oksijen üzerinde sıvı yakıtlı jet motorları (LRE) kullanılır. Tasarımın maliyetini basitleştirmek ve azaltmak için, güç kaynağı olarak lityum-polimer piller, pnömatik kontrol sistemleri ve sıkıştırılmış helyum üzerinde çalışan tanklardan yakıtı değiştirmek için bir sistem kullanır. Sıvı yakıtlı roket motorlarının ve diğer roket bileşenlerinin imalatında katkı teknolojileri aktif olarak kullanılmaktadır.
Rocket Lab'den gelen ilk roketin, 2 kg yükü yaklaşık 120 kilometre yüksekliğe kaldırabilen Kosmos-1 meteorolojik roketi (Maori dilinde Atea-1) olduğu belirtilebilir.
Lin Endüstriyel
Roket Laboratuvarı'nın Rus “analoğu”, hem 100 km yüksekliğe ulaşabilen en basit suborbital roket için projeler geliştiren hem de LEO ve SSO'ya yük vermek için tasarlanmış araçlar geliştiren “Lin Industrial” şirketi olarak adlandırılabilir.
Suborbital füzeler (öncelikle meteorolojik ve jeofizik roketler gibi) pazarına katı yakıtlı motorlarla çözümler hakim olsa da, Lin Industrial, suborbital roketini gazyağı ve hidrojen peroksit yakıtlı sıvı yakıtlı roket motorlarına dayalı olarak inşa ediyor. Büyük olasılıkla bunun nedeni, Lin Industrial'ın ana gelişme yönünü fırlatma aracının yörüngeye ticari olarak fırlatılmasında görmesi ve sıvı yakıtlı yörünge altı roketinin teknik çözümler geliştirmek için kullanılmasının daha olası olmasıdır.
Lin Industrial'ın ana projesi Taimyr ultra hafif fırlatma aracıdır. Başlangıçta, proje, 10 ila 180 kg ağırlığındaki bir yükü LEO'ya çıkarma olasılığı olan bir fırlatma aracının oluşturulmasına izin veren, modüllerin seri-paralel düzenine sahip modüler bir düzen sağladı. Fırlatılan fırlatma aracının minimum kütlesindeki değişiklik, evrensel füze birimlerinin (UBR) - URB-1, URB-2 ve URB-3 ve üçüncü aşama RB-2 roket biriminin sayısı değiştirilerek sağlanacaktı.
Taimyr fırlatma aracının motorları kerosen ve konsantre hidrojen peroksit üzerinde çalışmalı; yakıt, sıkıştırılmış helyum ile yer değiştirme yoluyla sağlanmalıdır. Tasarımın, karbon fiber takviyeli plastikler ve 3D baskılı bileşenler de dahil olmak üzere kompozit malzemeleri yaygın olarak kullanması bekleniyor.
Daha sonra, Lin Industrial şirketi modüler şemayı terk etti - fırlatma aracı, sıralı bir adım düzenlemesi ile iki aşamalı hale geldi, bunun sonucunda Taimyr fırlatma aracının görünümü, Elektron fırlatma aracının görünümüne benzemeye başladı. Roket Laboratuvarı. Ayrıca, sıkıştırılmış helyum üzerindeki yer değiştirme sistemi, pillerle çalışan elektrikli pompalar kullanılarak yakıt beslemesi ile değiştirildi.
Taimyr LV'nin ilk lansmanının 2023 için yapılması planlanıyor.
IHI Havacılık
En ilginç ultra hafif fırlatma araçlarından biri, IHI Aerospace tarafından üretilen, S-520 jeofizik roketi temelinde oluşturulan ve yerleşik sistemlerin üçüncü bir aşamasını ve buna karşılık gelen iyileştirmesini ekleyerek oluşturulan Japon SS-520 üç aşamalı katı yakıtlı rokettir. SS-520 roketinin yüksekliği 9,54 metre, çapı 0,54 metre, fırlatma ağırlığı 2600 kg. LEO'ya teslim edilen yük kütlesi yaklaşık 4 kg'dır.
İlk aşamanın gövdesi yüksek mukavemetli çelikten, ikinci aşama karbon fiber kompozitten, kafa kaplaması ise fiberglastan yapılmıştır. Her üç aşama da katı yakıttır. SS-520 LV'nin kontrol sistemi, birinci ve ikinci aşamaların ayrılması sırasında periyodik olarak açılır ve zamanın geri kalanında roket rotasyonla stabilize edilir.
3 Şubat 2018'de SS-520-4 LV, tüketici elektroniği bileşenlerinden uzay aracı yaratma olasılığını göstermek için tasarlanmış 3 kilogramlık bir TRICOM-1R küp uydusunu başarıyla fırlattı. Lansman sırasında, SS-520-4 LV, Guinness Rekorlar Kitabı'na kayıtlı dünyanın en küçük fırlatma aracıydı.
Katı yakıtlı meteorolojik ve jeofizik roketlere dayalı ultra küçük fırlatma araçlarının yaratılması oldukça umut verici bir yön olabilir. Bu tür füzelerin bakımı kolaydır, mümkün olan en kısa sürede fırlatmaya hazırlanmalarını sağlayacak bir durumda uzun süre saklanabilir.
Bir roket motorunun maliyeti, bir roketin maliyetinin yaklaşık %50'si kadar olabilir ve katkı teknolojilerinin kullanımı dikkate alındığında bile %30'dan daha az bir rakama ulaşmak pek mümkün değildir. Katı yakıtlı fırlatma araçlarında, fırlatmadan hemen önce özel depolama ve yakıt ikmali koşulları gerektiren kriyojenik bir oksitleyici kullanılmaz. Aynı zamanda, katı yakıt yüklerinin üretimi için, gerekli konfigürasyonun yakıt ücretlerinin "yazdırılmasına" izin veren katkı teknolojileri de geliştirilmektedir.
Ultra hafif fırlatma araçlarının kompakt boyutları, nakliyelerini basitleştirir ve gerekli yörünge eğimini elde etmek için gezegenin çeşitli noktalarından fırlatmaya izin verir. Ultra hafif fırlatma araçları için, "büyük" roketlerden çok daha basit bir fırlatma platformu gereklidir, bu da onu mobil hale getirir.
Rusya'da bu tür füzelerin projeleri var mı ve bunlar hangi temelde uygulanabilir?
SSCB'de önemli sayıda meteorolojik roket üretildi - MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 ve jeofizik roketler - R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Dikey", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Bu tasarımların çoğu, balistik füzeler veya füzesavarlardaki askeri gelişmelere dayanıyordu. Üst atmosferin aktif keşfi yıllarında, fırlatma sayısı yılda 600-700 rokete ulaştı.
SSCB'nin çöküşünden sonra, fırlatma sayısı ve füze türleri kökten azaldı. Şu anda, Roshydromet iki kompleks kullanıyor - NPO Typhoon / OKB Novator tarafından geliştirilen MN-300 roketli MR-30 ve KBP JSC tarafından geliştirilen meteorolojik füze MERA.
MR-30 (MN-300)
MR-30 kompleksinin füzesi, 50-150 kg bilimsel ekipmanın 300 kilometre yüksekliğe kaldırılmasını sağlar. MN-300 roketinin uzunluğu 8012 mm, 445 mm çapında, fırlatma ağırlığı 1558 kg. MN-300 roketinin bir lansmanının maliyetinin 55-60 milyon ruble olduğu tahmin ediliyor.
MN-300 roketine dayanarak, ikinci bir aşama ve bir üst aşama (aslında üçüncü bir aşama) ekleyerek ultra küçük bir fırlatma aracı IR-300 oluşturma olasılığı düşünülmektedir. Yani, aslında, Japon ultra hafif SS-520 fırlatma aracının uygulanması konusunda oldukça başarılı bir deneyimin tekrarlanması önerilmektedir.
Aynı zamanda, bazı uzmanlar, MN-300 roketinin maksimum hızının yaklaşık 2000 m / s olduğu için, fırlatma aracını koymak için gerekli olan yaklaşık 8000 m / s'lik ilk kozmik hızı elde etmek için gerekli olduğu görüşünü ifade ediyor. yörüngeye, orijinal projenin çok ciddi bir revizyonunu gerektirebilir, esasen yeni bir ürünün geliştirilmesidir, bu da fırlatma maliyetinde neredeyse bir büyüklük sırasına kadar bir artışa yol açabilir ve onu rakiplere kıyasla kârsız hale getirebilir.
ÖLÇÜM
MERA meteorolojik roketi, 2-3 kg ağırlığındaki bir yükü 110 kilometre yüksekliğe kaldırmak için tasarlanmıştır. MERA roketinin kütlesi 67 kg'dır.
İlk bakışta, MERA meteorolojik roketi, ultra hafif bir fırlatma aracı oluşturmak için bir temel olarak kullanım için kesinlikle uygun değildir, ancak aynı zamanda, bu bakış açısına meydan okumayı mümkün kılan bazı nüanslar vardır.
MERA meteorolojik füzesi iki aşamalı bir çift kalibredir ve yalnızca ilk aşama hızlanma işlevini yerine getirir, ikincisi - ayrılmadan sonra, bu kompleksi Tunguska'nın uçaksavar güdümlü füzelerine (SAM) benzer hale getiren atalet ile uçar ve Pantsir uçaksavar füzesi ve top kompleksleri (ZRPK). Aslında, bu komplekslerin hava savunma füze sistemleri için füzeler temelinde, meteorolojik roket MERA oluşturuldu.
İlk aşama, içine katı bir itici yük yerleştirilmiş kompozit bir gövdedir. 2.5 saniyede, ilk aşama meteorolojik roketi yaklaşık 1500 m / s olan 5M (ses hızları) hızına hızlandırır. İlk aşamanın çapı 170 mm'dir.
Kompozit bir malzemenin sarılmasıyla yapılan meteorolojik roket MERA'nın ilk aşaması (benzer boyutlardaki çelik ve alüminyum yapılara kıyasla) son derece hafiftir - ağırlığı sadece 55 kg'dır. Ayrıca maliyeti, karbon fiberden yapılan çözümlerden önemli ölçüde düşük olmalıdır.
Buna dayanarak, MERA meteorolojik roketinin ilk aşamasına dayanarak, ultra hafif fırlatma araçlarının aşamalarının toplu oluşumu için tasarlanmış birleşik bir roket modülünün (URM) geliştirilebileceği varsayılabilir
Aslında, bu tür iki modül olacak, sırasıyla atmosferde veya vakumda çalışmak için optimize edilmiş bir roket motorunun memesinde farklılık gösterecekler. Şu anda, JSC KBP tarafından sarma yöntemiyle üretilen kasaların maksimum çapı, sözde 220 mm'dir. Daha büyük çapta ve uzunlukta kompozit muhafazalar üretmenin teknik bir fizibilitesi olması mümkündür.
Öte yandan, en uygun çözümün, Pantsir hava savunma füzesi sistemi, Hermes kompleksinin güdümlü füzeleri veya MERA meteorolojik roketleri için herhangi bir mühimmatla birleştirilecek olan gövdelerin üretimi olması mümkündür. aynı tür ürünlerin seri sürüm hacmini artırarak tek bir ürünün maliyetini azaltmak.
Fırlatma aracının aşamaları URM'den alınmalı, paralel olarak sabitlenmeli, aşamaların ayrılması enine gerçekleştirilecektir - aşamada URM'nin uzunlamasına ayrılması sağlanmamıştır. Böyle bir fırlatma aracının aşamalarının, daha büyük çaplı bir monoblok gövdeye kıyasla büyük bir parazitik kütleye sahip olacağı varsayılabilir. Bu kısmen doğru, ancak kompozit malzemelerden yapılmış kasanın düşük ağırlığı, bu dezavantajı büyük ölçüde düzeltmeyi mümkün kılıyor. Benzer bir teknoloji kullanılarak yapılan geniş çaplı bir kasanın üretilmesi çok daha zor ve pahalı olacağı ve yapının gerekli sağlamlığını sağlamak için duvarlarının bağlı URM'lerinkinden çok daha kalın yapılması gerekeceği ortaya çıkabilir. bir paket ile, böylece sonunda çok sayıda monoblok var ve paket çözümleri, ikincisinin daha düşük bir maliyetiyle karşılaştırılabilir olacaktır. Çelik veya alüminyum monoblok bir kasanın, paketlenmiş bir kompozit kasadan daha ağır olması kuvvetle muhtemeldir.
URM'nin paralel bağlantısı, basamağın üst ve alt kısımlarında (URM gövdesinin daralma noktalarında) bulunan düz kompozit öğütülmüş elemanlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Gerekirse, kompozit malzemelerden yapılmış ek şaplar kullanılabilir. Yapıdaki maliyeti azaltmak için teknolojik ve ucuz endüstriyel malzemeler, mümkün olduğunca yüksek mukavemetli yapıştırıcılar kullanılmalıdır.
Benzer şekilde, AG kademeleri kompozit boru veya takviye elemanları ile birbirine bağlanabilir ve yapı ayrılmaz olabilir, kademeler ayrıldığında yük taşıyan elemanlar kontrollü bir şekilde piro şarjları ile tahrip edilebilir. Ayrıca, güvenilirliği artırmak için, piro şarjları, destekleyici yapının sıralı olarak yerleştirilmiş birkaç noktasına yerleştirilebilir ve hem elektrikli ateşleme hem de açıldıklarında daha yüksek kademedeki motorların alevinden doğrudan ateşleme ile başlatılabilir (çekim için). elektrikli ateşleme çalışmıyorsa alt aşama).
Fırlatma aracı, Japon ultra hafif fırlatma aracı SS-520'de olduğu gibi kontrol edilebilir. Pantsir hava savunma füze sistemine kurulana benzer bir telsiz komuta kontrol sistemi kurma seçeneği de, fırlatma aracının en azından uçuş yörüngesinin bir kısmında (ve muhtemelen uçuş yörüngesinin tüm aşamalarında) fırlatılmasını düzeltmek için düşünülebilir. uçuş). Potansiyel olarak bu, tek kullanımlık bir roketi “tekrar kullanılabilir” bir kontrol aracına taşıyarak gemideki pahalı ekipmanın miktarını azaltacaktır.
Destekleyici yapı, bağlantı elemanları ve kontrol sistemi dikkate alındığında, nihai ürünün birkaç kilogramdan birkaç on kilograma kadar bir yükü LEO'ya (birleşik roket modüllerinin sayısına bağlı olarak) teslim edebileceği varsayılabilir. Aşamalarda) ve Rus ve yabancı şirketler tarafından geliştirilen Japon ultra hafif SS-LV.520 ve diğer benzer ultra hafif fırlatma araçlarıyla rekabet edecek.
Projenin başarılı bir şekilde ticarileştirilmesi için, ultra hafif MERA-K fırlatma aracının fırlatılmasının tahmini maliyeti 3,5 milyon doları geçmemelidir (bu, SS-520 fırlatma aracının fırlatma maliyetidir).
MERA-K fırlatma aracı, ticari uygulamaların yanı sıra, boyutu ve ağırlığı da giderek azalacak olan askeri uzay aracının acil geri çekilmesi için kullanılabilecek.
Ayrıca, MERA-K fırlatma aracının uygulanması sırasında elde edilen gelişmeler, örneğin, fırlatmanın başlatılmasından sonra düşürülen kompakt bir planör şeklinde geleneksel bir savaş başlığına sahip hipersonik bir kompleks gibi gelişmiş silahlar oluşturmak için kullanılabilir. araç yörüngenin üst noktasına.
