Die verowering van die buitenste ruimte het een van die belangrikste en epogmakende prestasies van die mensdom geword. Die skep van lanseervoertuie en die infrastruktuur vir die bekendstelling daarvan het geweldige pogings van die voorste lande ter wêreld vereis. In ons tyd is daar 'n neiging om ten volle herbruikbare lanseervoertuie te skep wat tientalle vlugte die ruimte in kan voer. Hulle ontwikkeling en werking verg steeds groot hulpbronne, wat slegs deur state of groot korporasies toegewys kan word (weer, met die steun van die staat).
Aan die begin van die XXI eeu het die verbetering en miniatuur van elektroniese komponente dit moontlik gemaak om klein satelliete (die sogenaamde "mikrosatelliete" en "nanosatelliete") te maak, waarvan die massa in die reeks van 1-100 is kg. Onlangs praat ons van 'picosatelliete' (weeg van 100 g tot 1 kg) en 'femto -satelliete' (minder as 100 g). Sulke satelliete kan as groepsvrag van verskillende kliënte gelanseer word of as 'n laai na 'groot' ruimtetuig (SC). Hierdie bekendstellingsmetode is nie altyd gerieflik nie, aangesien vervaardigers van nanosatelliete (in die volgende sal ons hierdie benaming vir alle afmetings van ultra-klein ruimtetuie gebruik) moet aanpas by die skedule van kliënte vir die bekendstelling van die hoofvrag, asook as gevolg van verskille in die lanseerbane.
Dit het daartoe gelei dat die vraag na ultra-klein lanseervoertuie na vore gekom het wat ruimtetuie van ongeveer 1-100 kg kan opskiet.
DARPA en KB "MiG"
Daar is en word baie projekte van ultraligte lanseervoertuie ontwikkel - met grond-, lug- en see -lanseer. In die besonder werk die Amerikaanse agentskap DARPA aktief aan die probleem van die vinnige bekendstelling van ultra-klein ruimtetuie. In die besonder kan ons onthou van die ALASA-projek, wat in 2012 van stapel gestuur is, binne die raamwerk wat beplan is om 'n klein vuurpyl te skep wat ontwerp is om van 'n F-15E-vegvliegtuig af te skiet en satelliete van tot 45 kg in 'n lae verwysingsbaan te lanseer. (LEO).
Die vuurpylmotor wat op die vuurpyl geïnstalleer is, moes op 'n NA-7 monopropellant werk, insluitend monopropileen, stikstofoksied en asetileen. Die bekendstellingskoste beloop nie meer as $ 1 miljoen nie. Vermoedelik was dit probleme met brandstof, veral met die spontane verbranding en die neiging tot ontploffing, wat 'n einde aan hierdie projek gemaak het.
'N Soortgelyke projek is in Rusland uitgewerk. In 1997 het die MiG-ontwerpburo, saam met KazKosmos (Kazakhstan), begin met die ontwikkeling van 'n ladingstelsel (PN) met behulp van 'n omskepte MiG-31I-afsneller (Ishim). Die projek is ontwikkel op grond van die grondslag vir die skep van 'n antisatellietmodifikasie van die MiG-31D.
Die drie-trap-vuurpyl, wat op 'n hoogte van ongeveer 17 000 meter en 'n spoed van 3 000 km / h gelanseer is, was veronderstel om 'n vragvrag van 160 kg in 'n wentelbaan van 300 kilometer te lewer, en 'n vragvrag van 120 kg in 'n wentelbaan op 'n hoogte van 600 kilometer.
Die moeilike finansiële situasie in Rusland aan die einde van die 90's en vroeë 2000's het hierdie projek nie in metaal laat realiseer nie, hoewel dit moontlik is dat tegniese struikelblokke in die ontwikkelingsproses kan ontstaan.
Daar was baie ander projekte van ultraligte lanseervoertuie. Hulle onderskeidende kenmerk kan beskou word as die ontwikkeling van projekte deur staatstrukture of groot (feitlik "staats") korporasies. Komplekse en duur platforms soos vegvliegtuie, bomwerpers of swaar vervoervliegtuie moes dikwels as lanseerplatforms gebruik word.
Dit alles saam het die ontwikkeling bemoeilik en die koste van die komplekse verhoog, en nou is die leiding in die skepping van ultraligte lanseervoertuie in die hande van private ondernemings.
Raketlaboratorium
Een van die suksesvolste en bekendste projekte van ultraligte vuurpyle kan beskou word as die 'Electron'-lanseervoertuig van die Amerikaans-Nieu-Seelandse maatskappy Rocket Lab. Hierdie tweestadige vuurpyl met 'n massa van 12,550 kg is in staat om 250 kg PS of 150 kg PS in 'n sonsinkroniese wentelbaan (SSO) met 'n hoogte van 500 kilometer na LEO af te skiet. Die maatskappy beplan om tot 130 missiele per jaar te lanseer.
Die ontwerp van die vuurpyl is gemaak van koolstofvesel; vloeibare dryfmotors (LRE) word gebruik op 'n brandstofpaar keroseen + suurstof. Om die ontwerpkoste te vereenvoudig en te verminder, gebruik dit litium-polimeerbatterye as 'n kragbron, pneumatiese beheerstelsels en 'n stelsel om brandstof uit tenks te verplaas, wat op saamgeperste helium werk. By die vervaardiging van vuurpyl-enjins met vloeistofdryf en ander vuurpylkomponente word addisionele tegnologieë aktief gebruik.
Daar kan op gelet word dat die eerste vuurpyl van Rocket Lab die Kosmos-1-meteorologiese vuurpyl was (Atea-1 in die Maori-taal), wat 2 kg vrag tot 'n hoogte van ongeveer 120 kilometer kon oplig.
Lin Industrial
Die Russiese "analoog" van Rocket Lab kan die onderneming "Lin Industrial" genoem word, wat projekte ontwikkel vir beide die eenvoudigste suborbitale vuurpyl wat 'n hoogte van 100 km kan bereik, en lanseervoertuie wat ontwerp is om vragte na LEO en SSO te stuur.
Alhoewel die mark vir suborbitale missiele (hoofsaaklik soos meteorologiese en geofisiese vuurpyle) oorheers word deur oplossings met soliede brandstofmotors, bou Lin Industrial sy suborbitale vuurpyl op grond van vuurpyl -enjins wat met kerosine en waterstofperoksied aangedryf word. Dit is waarskynlik te wyte aan die feit dat Lin Industrial sy belangrikste ontwikkelingsrigting sien in die kommersiële bekendstelling van die lanseringsvoertuig in 'n wentelbaan, en dat die suborbitale vuurpyl met vloeibare dryf meer geneig sal wees om tegniese oplossings te ontwikkel.
Die hoofprojek van Lin Industrial is die Taimyr ultraligte lanseervoertuig. Aanvanklik het die projek voorsiening gemaak vir 'n modulêre uitleg met 'n reeks-parallelle rangskikking van modules, wat die vorming van 'n lanseervoertuig moontlik maak met die moontlikheid om 'n vrag van 10 tot 180 kg te weeg na LEO. Die verandering in die minimum massa van die gelanseerde lanseervoertuig sou verseker word deur die aantal universele missieleenhede (UBR)-URB-1, URB-2 en URB-3 en die derde fase RB-2-vuurpyl-eenheid te verander.
Die enjins van die Taimyr -lanseervoertuig moet op kerosine en gekonsentreerde waterstofperoksied werk; die brandstof moet deur verplasing met saamgeperste helium voorsien word. Die ontwerp sal na verwagting wyd saamgestelde materiale gebruik, insluitend koolstofveselversterkte plastiek en 3D-gedrukte komponente.
Later het die Lin Industrial -onderneming die modulêre skema laat vaar - die lanseervoertuig het 'n tweefase geword, met 'n opeenvolgende rangskikking van stappe, waardeur die voorkoms van die Taimyr -lanseervoertuig begin lyk het soos die voorkoms van die lanseervoertuig deur Rocket Lab. Die verplasingstelsel op saamgeperste helium is ook vervang deur brandstoftoevoer deur gebruik te maak van elektriese pompe wat deur batterye aangedryf word.
Die eerste bekendstelling van die Taimyr LV word vir 2023 beplan.
IHI Aerospace
Een van die interessantste ultraligte lanseervoertuie is die Japannese SS-520 drie-trap vaste vuurpyl vervaardig deur IHI Aerospace, geskep op grond van die S-520 geofisiese vuurpyl deur 'n derde fase en ooreenstemmende verfyning van die boordstelsels by te voeg. Die hoogte van die SS-520 vuurpyl is 9,54 meter, die deursnee is 0,54 meter, die lanseringsgewig is 2600 kg. Die vragmassa wat by LEO afgelewer word, is ongeveer 4 kg.
Die liggaam van die eerste fase is gemaak van hoë sterkte staal, die tweede fase is gemaak van koolstofvesel, die kopskuif is van veselglas. Al drie fases is vaste brandstof. Die beheerstelsel van die SS-520 LV word periodiek aangeskakel tydens die skeiding van die eerste en tweede fase, en die res van die tyd word die vuurpyl deur rotasie gestabiliseer.
Op 3 Februarie 2018 het die SS-520-4 LV 'n TRICOM-1R-kubus met 'n massa van 3 kilogram suksesvol gelanseer, wat ontwerp is om die moontlikheid te demonstreer om 'n ruimtetuig te skep uit elektroniese komponente van verbruikers. Ten tyde van die bekendstelling was die SS-520-4 LV die kleinste lanseervoertuig ter wêreld wat in die Guinness Book of Records geregistreer is.
Die skepping van ultra-klein lanseervoertuie wat gebaseer is op meteorologiese en geofisiese vuurpyle met soliede dryf kan 'n baie belowende rigting wees. Sulke missiele is maklik om te onderhou, kan vir 'n lang tyd gestoor word in 'n toestand wat die voorbereiding op die kortste moontlike tyd verseker.
Die koste van 'n vuurpylmotor kan ongeveer 50% van die koste van 'n vuurpyl beloop, en dit is onwaarskynlik dat dit moontlik is om 'n syfer van minder as 30% te bereik, selfs met inagneming van die gebruik van addisionele tegnologie. In lanseervoertuie met vaste dryfmiddels word 'n kryogene oksideermiddel nie gebruik nie, wat spesiale bergings- en brandstofvoorwaardes vereis onmiddellik voor die bekendstelling. Terselfdertyd word addisionele tegnologieë ontwikkel vir die vervaardiging van soliede dryfstowwe, wat brandstofvlakke van die vereiste konfigurasie laat "druk".
Die kompakte afmetings van die ultraligte lanseervoertuie vergemaklik hul vervoer en maak dit moontlik om vanaf verskillende plekke op die planeet te begin om die vereiste wentelhoek te verkry. Vir ultraligte lanseervoertuie is 'n baie eenvoudiger lanseerplatform nodig as vir 'groot' vuurpyle, wat dit mobiliseer.
Is daar projekte van sulke missiele in Rusland en op watter basis kan dit geïmplementeer word?
In die USSR is 'n beduidende aantal meteorologiese vuurpyle vervaardig-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 en geofisiese vuurpyle-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. Baie van hierdie ontwerpe was gebaseer op militêre ontwikkelings in ballistiese missiele of missiele. Gedurende die jare van aktiewe verkenning van die boonste atmosfeer het die aantal lanseerpunte 600-700 vuurpyle per jaar bereik.
Na die ineenstorting van die USSR is die aantal lanseer en missieltipes radikaal verminder. Op die oomblik gebruik Roshydromet twee komplekse-die MR-30 met die MN-300-vuurpyl wat deur die NPO Typhoon / OKB Novator ontwikkel is en die meteorologiese missiel MERA wat deur KBP JSC ontwikkel is.
MR-30 (MN-300)
Die missiel van die MR-30-kompleks bied 50-150 kg wetenskaplike toerusting tot 'n hoogte van 300 kilometer. Die lengte van die MN-300 vuurpyl is 8012 mm met 'n deursnee van 445 mm, die lanseringsgewig is 1558 kg. Die koste van 'n lanseer van die MN-300-vuurpyl word op 55-60 miljoen roebels geraam.
Op grond van die MN-300-vuurpyl word die moontlikheid oorweeg om 'n ultra-klein lanseervoertuig IR-300 te skep deur 'n tweede en 'n boonste fase (in werklikheid 'n derde fase) by te voeg. Dit word in werklikheid voorgestel om die taamlik suksesvolle ervaring met die implementering van die Japannese ultraligte lanseringsvoertuig SS-520 te herhaal.
Terselfdertyd spreek sommige kenners die mening uit dat aangesien die maksimum snelheid van die MN-300-vuurpyl ongeveer 2000 m / s is, om die eerste kosmiese snelheid van ongeveer 8000 m / s te verkry, wat nodig is om die lanseervoertuig te plaas in 'n wentelbaan, kan dit 'n te ernstige hersiening van die oorspronklike projek vereis.
MAAT
Die meteorologiese vuurpyl MERA is ontwerp om 'n vragvrag van 2-3 kg tot 'n hoogte van 110 kilometer op te lig. Die massa van die MERA -vuurpyl is 67 kg.
Op die eerste oogopslag is die meteorologiese vuurpyl MERA absoluut ongeskik om te gebruik as basis vir die skep van 'n ultraligte lanseervoertuig, maar terselfdertyd is daar 'n paar nuanses wat dit moontlik maak om hierdie standpunt uit te daag.
Die meteorologiese missiel MERA is 'n tweestadige bibber, en slegs die eerste fase verrig die versnellingsfunksie, die tweede-na skeiding vlieg dit traag, wat hierdie kompleks soortgelyk maak aan die rakette teen lugvliegtuie (SAM) van die Tunguska en Pantsir raket- en kanonkomplekse (ZRPK). Op die basis van missiele vir die lugafweermissielstelsels van hierdie komplekse is die meteorologiese vuurpyl MERA geskep.
Die eerste fase is 'n saamgestelde liggaam met 'n soliede dryfmiddel wat daarin geplaas word. In 2,5 sekondes versnel die eerste fase die meteorologiese vuurpyl tot 'n spoed van 5M (klanksnelhede), wat ongeveer 1500 m / s is. Die deursnee van die eerste fase is 170 mm.
Die eerste fase van die meteorologiese vuurpyl MERA, gemaak deur die opwikkeling van 'n saamgestelde materiaal, is uiters lig (in vergelyking met staal- en aluminiumstrukture van soortgelyke afmetings) - die gewig is slegs 55 kg. Die koste daarvan moet ook aansienlik laer wees as oplossings van koolstofvesel.
Op grond hiervan kan aanvaar word dat op grond van die eerste fase van die meteorologiese vuurpyl MERA 'n verenigde vuurpylmodule (URM) ontwikkel kan word wat ontwerp is vir bondelvorming van stadiums van ultraligte lanseervoertuie
In werklikheid sal daar twee sulke modules wees; hulle sal verskil in die spuitstuk van 'n vuurpylmotor, onderskeidelik geoptimaliseer vir werking in die atmosfeer of in 'n vakuum. Op die oomblik is die maksimum deursnee van die omhulsels wat deur JSC KBP vervaardig is volgens die wikkelingsmetode vermoedelik 220 mm. Dit is moontlik dat daar 'n tegniese haalbaarheid bestaan om saamgestelde huise met 'n groter deursnee en lengte te vervaardig.
Aan die ander kant is dit moontlik dat die optimale oplossing die vervaardiging van rompe is, waarvan die grootte verenig sal word met enige ammunisie vir die Pantsir -lugafweermissielstelsel, geleide missiele van die Hermes -kompleks of MERA -meteorologiese vuurpyle. verminder die koste van 'n enkele produk deur die volume van die reeksprodukte van dieselfde tipe produkte te verhoog.
Die stadiums van die lanseervoertuig moet uit die URM gewerf word, parallel vasgemaak word, terwyl die skeiding van die fases dwars sal plaasvind - die lengteskeiding van die URM in die fase word nie verskaf nie. Daar kan aanvaar word dat die stadiums van so 'n lanseervoertuig 'n groot parasitiese massa sal hê in vergelyking met 'n monoblokbak met 'n groter deursnee. Dit is deels waar, maar die lae gewig van die omhulsel van saamgestelde materiale maak dit moontlik om hierdie nadeel grootliks te vergelyk. Dit kan blyk dat 'n omhulsel met 'n groot deursnee, gemaak met 'n soortgelyke tegnologie, baie moeiliker en duurder sal wees om te vervaardig, en die mure daarvan moet baie dikker gemaak word om die nodige styfheid van die struktuur te verseker as die van URM's wat verbind is deur 'n pakket, sodat daar uiteindelik baie monoblok is en pakketoplossings teen laer koste van laasgenoemde vergelyk kan word. En dit is hoogs waarskynlik dat 'n staal- of aluminiumblokkas swaarder sal wees as 'n saamgestelde verpakking.
Parallelle verbinding van die URM kan uitgevoer word met behulp van plat saamgestelde gefreesde elemente in die boonste en onderste dele van die trap (op die punte van vernouing van die URM -liggaam). Indien nodig, kan ekstra dekvloere van saamgestelde materiale gebruik word. Om die koste van die struktuur, tegnologiese en goedkoop industriële materiale te verminder, moet hoë sterkte kleefmiddels soveel as moontlik gebruik word.
Net so kan die LV-fases onderling verbind word deur saamgestelde buisvormige of versterkende elemente, en kan die struktuur nie skeibaar wees nie, as die stadiums geskei word, kan die draende elemente op 'n beheerde wyse deur pyroladings vernietig word. Om die betroubaarheid te verhoog, kan pyro -ladings boonop op verskeie opeenvolgende plekke van die ondersteunende struktuur geleë wees, en kan begin word deur elektriese ontsteking en direkte ontsteking uit die vlam van die enjins van die hoër stadium, wanneer hulle aangeskakel word (vir skiet die onderste stadium as die elektriese ontsteking nie werk nie).
Die lanseervoertuig kan op dieselfde manier beheer word as op die Japannese ultraligte lanseerdervoertuig SS-520. Die opsie om 'n radioopdragbeheerstelsel te installeer, soortgelyk aan die wat op die Pantsir -lugafweermissielstelsel geïnstalleer is, kan ook oorweeg word om die lansering van die lanseervoertuig ten minste op 'n deel van die vliegbaan (en moontlik in alle stadiums van die vlug). Dit kan moontlik die hoeveelheid duur toerusting aan boord van 'n eenmalige vuurpyl verminder deur dit na 'n 'herbruikbare' bestuurvoertuig te bring.
Daar kan aanvaar word dat, met inagneming van die ondersteunende struktuur, verbindingselemente en die beheerstelsel, die eindproduk 'n vrag van verskeie kilogram tot etlike tientalle kilogram aan LEO kan lewer (afhangende van die aantal verenigde vuurpylmodules) in die fases) en kompeteer met die Japannese ultraligte SS-LV. 520 en ander soortgelyke ultraligte lanseervoertuie wat deur Russiese en buitelandse ondernemings ontwikkel is.
Vir die suksesvolle kommersialisering van die projek, moet die beraamde koste vir die bekendstelling van die ultraligte lanseervoertuig nie $ 3,5 miljoen oorskry nie (dit is die lanseerkoste vir die SS-520 lanseervoertuig).
Benewens kommersiële toepassings, kan die MERA-K-lanseervoertuig ook gebruik word vir die onttrekking van militêre ruimtetuie, waarvan die grootte en gewig ook geleidelik sal afneem.
Die ontwikkelings wat tydens die implementering van die MERA-K-lanseervoertuig verkry is, kan ook gebruik word om gevorderde wapens te skep, byvoorbeeld 'n hipersoniese kompleks met 'n konvensionele slagkop in die vorm van 'n kompakte sweeftuig wat na die bekendstelling van die lanseer laat val word. voertuig na die boonste punt van die baan.
