Nowoczesne i zaawansowane lotnicze systemy startu lotniczego
Wystrzelenie rakiety Pegasus z samolotu Stargazer, marzec 2006. Zdjęcie wykonane przez NASA
Od połowy ubiegłego wieku w różnych krajach opracowywana jest koncepcja systemu lotniczego z startem lotniczym. Zapewnia wyprowadzanie ładunku na orbitę za pomocą rakiety nośnej wystrzelonej z samolotu lub innego statku powietrznego. Ta metoda startu nakłada ograniczenia na masę ładunku, ale jest ekonomiczna i łatwa w przygotowaniu. W różnych okresach proponowano wiele projektów startów z powietrza, a niektóre osiągnęły nawet pełną operacyjność.
Powietrzny „Pegaz”
Najbardziej udany jak dotąd projekt wystrzeliwanego z powietrza systemu kosmicznego (ASS) został uruchomiony pod koniec lat osiemdziesiątych. Amerykańska korporacja Orbital Science (obecnie część Northrop Grumman) z udziałem Scaled Composites opracowała system Pegasus oparty na pojeździe nośnym o tej samej nazwie.
Trzystopniowa rakieta Pegasus ma długość 16,9 mi masę startową 18,5 t. Wszystkie stopnie są wyposażone w silniki na paliwo stałe. Pierwszy stopień, który odpowiada za lot w atmosferze, wyposażony jest w skrzydło typu delta. Aby pomieścić ładunek, znajduje się przedział o długości 2,1 mi średnicy 1,18 m. Masa ładunku - 443 kg.
Pegasus XL na wieszaku transportowym. Zdjęcie NASA
W 1994 roku wprowadzono rakietę Pegasus XL o długości 17,6 m i masie 23,13 t. Zwiększając rozmiar i masę wprowadzono nowe silniki. Produkt XL charakteryzuje się zwiększoną mocą i charakterystyką lotu, co pozwala na osiąganie wyższych orbit lub przenoszenie cięższego ładunku.
Zmodyfikowany bombowiec B-52H był pierwotnie używany jako nośnik rakiety Pegasus. Następnie liniowiec Lockheed L-1011 został przebudowany na lotniskowiec. Samolot o własnej nazwie Stargazer otrzymał zewnętrzne zawieszenie na jedną rakietę i różne urządzenia do kontroli startu.
Starty AKC Pegasus są przeprowadzane z kilku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych i poza nimi. Metoda uruchamiania jest dość prosta. Samolot transportowy wlatuje w dany obszar i zajmuje wysokość 12 tys. metrów, po czym następuje zrzucenie pocisku. Pegasus ślizga się przez kilka sekund, a następnie odpala pierwszy stopień. Całkowity czas pracy trzech silników wynosi 220 sekund. To wystarczy, aby wystrzelić ładunek na niskie orbity okołoziemskie.
Test startowy LauncherOne, lipiec 2019 r. Zdjęcie: Virgin Orbit
Pierwszy start rakiety Pegasus z B-52H miał miejsce w kwietniu 1990 roku. W 1994 roku oddano do użytku nowy samolot transportowy. Od początku lat dziewięćdziesiątych rocznie przeprowadza się kilka startów w celu wyniesienia na orbitę pewnych kompaktowych i lekkich pojazdów. Do jesieni 2019 roku AKS Pegasus wykonał 44 loty, z czego tylko 5 zakończyło się wypadkiem lub częściowym sukcesem. Koszt wystrzelenia wynosi od 40 do 56 milionów dolarów, w zależności od rodzaju rakiety i innych czynników.
Najnowszy LauncherOne
Od końca XNUMX roku amerykańska firma Virgin Galactic pracuje nad projektem AKC LauncherOne. Przez długi czas trwały prace rozwojowe i poszukiwanie potencjalnych klientów. W drugiej połowie X wieku firma deweloperska miała problemy, przez co harmonogram projektu musiał zostać zrewidowany.
System LauncherOne zbudowany jest wokół rakiety o tej samej nazwie. Ten dwuetapowy produkt ma ponad 21 m długości i waży ok. 30 t. Rakieta jest wyposażona w silniki N3 i N4 wykorzystujące naftę i ciekły tlen. Całkowity czas pracy silników wynosi 540 sek. Rakieta LauncherOne może wynieść 230 kg ładunku na orbitę o wysokości 500 km. Opracowywana jest trójstopniowa modyfikacja rakiety o zwiększonej wydajności.
Początkowo planowano wystrzelenie pojazdu nośnego za pomocą specjalnego samolotu White Knight Two, ale w 2015 roku z tego zrezygnowano. Nowym przewoźnikiem był przeprojektowany samolot pasażerski Boeing 747-400 o własnej nazwie Cosmic Girl. Pylon do umieszczenia LauncheraOne jest zainstalowany pod lewą częścią sekcji środkowej.
Pierwszy udany lot LauncherOne, 17 stycznia 2021 r. Zdjęcie: Virgin Orbit
Firma deweloperska twierdzi, że LauncherOne AKS można obsługiwać na dowolnym odpowiednim lotnisku. Miejsce startu rakiety jest wybierane zgodnie z wymaganymi parametrami orbity. Z punktu widzenia zasad startu i lotu rozwój Virgin Galactic nie różni się od innych kompleksów startowych. Koszt takiej operacji to 12 milionów dolarów.
Pierwszy start LauncherOne odbył się 25 maja 2020 roku. Po odłączeniu od nośnika rakieta uruchomiła silnik i zaczęła lecieć. Wkrótce potem nastąpiła awaria orurowania utleniacza pierwszego stopnia, co spowodowało wyłączenie silnika N3. Rakieta wpadła do oceanu.
17 stycznia 2017 roku Virgin Orbit wykonał swój pierwszy udany start. Zmodyfikowana rakieta wystartowała nad Pacyfikiem i wysłała 10 satelitów CubeSat na niską orbitę. Są kontrakty na trzy kolejne starty. Wcześniej istniało zamówienie od firmy komunikacyjnej OneWeb, ale te premiery są przekładane na czas nieokreślony lub mogą zostać anulowane.
Potencjalni konkurenci
Nowe projekty AKC wystrzeliwane z powietrza są obecnie opracowywane w kilku krajach. Jednocześnie największa liczba projektów jest oferowana w USA, gdzie przedsiębiorczy programiści mogą otrzymać poważne wsparcie od NASA. W innych krajach sytuacja wygląda inaczej – i na razie nie prowadzi to do zauważalnego sukcesu.
Myśliwiec Rafale z pociskiem MLA. Grafika Dassault Aviation
Od końca XNUMX roku Francja, reprezentowana przez Dassault i Astrium, rozwija AKS Aldebaran. Początkowo rozważano kilka koncepcji pocisków o różnych metodach wystrzeliwania i tylko MLA (Micro Launcher Airborne), kompaktowy pocisk o ładowności kilkudziesięciu kilogramów, nadający się do użycia z myśliwcem Rafale, został dalej rozwinięty.
Projekt Aldebarana MLA trwa już kilka lat, ale testy jeszcze się nie rozpoczęły. Co więcej, zarówno termin testów, jak i sama przyszłość projektu pozostają pod znakiem zapytania.
Ciekawą koncepcję czołgów zaproponowała amerykańska firma Generation Orbit. Jego projekt GOLauncher-1/X-60A przewiduje budowę jednostopniowej rakiety na paliwo ciekłe, nadającej się do podwieszenia pod samolot Learjet 35. Ma ona rozwijać prędkość hipersoniczną i wykonywać loty suborbitalne. W przyszłości możliwe jest uzyskanie zdolności orbitalnych. X-60A jest postrzegany jako platforma do różnych badań.
Wystrzelenie rakiety X-60A. Grafika US Air Force/Generation Orbit
Na początku ostatniej dekady Generation Orbit otrzymało wsparcie Pentagonu. W 2014 roku prototyp rakiety X-60A odbył swój pierwszy lot eksportowy pod standardowym lotniskowcem. Od tego czasu nie pojawiały się doniesienia o lotach testowych. Jest prawdopodobne, że dział wojskowy i wykonawca nadal się rozwijają, ale z tego czy innego powodu nie mogą jeszcze rozpocząć pełnoprawnych testów w locie.
W naszym kraju powstało kilka różnego rodzaju projektów AKC; ich materiały były wielokrotnie pokazywane na różnych wystawach. Na przykład w projekcie MAKS zaproponowano wykorzystanie samolotu An-225 i samolotu kosmicznego z zewnętrznym zbiornikiem paliwa. W oparciu o samolot An-124 opracowano również projekt Air Launch. Miał przenosić kontener zrzutowy z pociskiem Polet. Oba projekty nie mogły zostać ukończone z wielu powodów.
Perspektywy kierunku
Jak widać, w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat koncepcja startu z powietrza do lotu na orbitę wzbudziła zainteresowanie, co prowadzi do regularnego pojawiania się nowych projektów. W tym samym czasie nie wszystkie tego rodzaju opracowania docierają przynajmniej do testów, nie mówiąc już o pełnoprawnym działaniu. Do tej pory tylko Pegasus był w stanie doprowadzić go do regularnych lotów, a LauncherOne może wkrótce odnieść taki sukces.
Złożony „Air start” oparty na An-124. Grafika GRC im. Makeeva
Taka awaria startu lotniczego wiąże się z kilkoma obiektywnymi ograniczeniami. Nośność takiego czołgu nie przekracza jeszcze kilkuset kilogramów i jest bezpośrednio uzależniona od masy startowej rakiety, która z kolei jest określana zgodnie z charakterystyką lotniskowca. Oszczędność paliwa spowodowana startem w powietrzu generalnie nie rozwiązuje tego problemu.
Jednak systemy wystrzeliwane z powietrza mają swoje zalety. Okazuje się, że są wygodnym środkiem do wystrzelenia małego ładunku na niskie orbity. Mniejsza ładowność pozwala na szybszy odbiór całego ładunku i skraca czas oczekiwania klientów. Jednocześnie możliwe staje się rozłożenie relatywnie niskiego kosztu uruchomienia na większą liczbę klientów. Jednak twórcy i producenci miniaturowej technologii kosmicznej nie wykazali jeszcze należytego zainteresowania istniejącym czołgami.
Doświadczenia zagraniczne pokazują, że wystrzeliwane z powietrza systemy kosmiczne mają pewne zalety w stosunku do innych technologii rakietowych i kosmicznych i mogą skuteczniej rozwiązywać indywidualne problemy. Można przypuszczać, że w przyszłości ta klasa technologii nie zniknie, a nawet będzie się rozwijać. W rezultacie na rynku startów kosmicznych ostatecznie powstanie nowa nisza, która zainteresuje producentów technologii rakietowych i potencjalnych klientów.
informacja