С начала столетия освоение космоса кардинально изменилось благодаря беспрецедентному росту коммерческого авиакосмического пространства (или NewSpace). С целью использования новых технологий и снижения затрат на запуск полезных нагрузок в космос выдвигаются некоторые действительно инновационные и новые идеи. Это включает в себя идею использования воздушных шаров для доставки ракет на очень большие высоты, а затем запускает полезные грузы на желаемые орбиты.
Эта концепция, также известная как «Rockoons», определила полностью автономную и многократно используемую систему запуска Leo Aerospace, которая состоит из высотного аэростата (аэростата) и платформы запуска ракет. В связи с первыми коммерческими запусками, запланированными на следующий год, компания планирует использовать эту систему для предоставления услуг регулярного запуска на рынке микроспутников (aka. CubeSat) в ближайшие годы.
Концепция Rockoon является одной из многих систем воздушного запуска, которые были исследованы и проверены с начала космической эры. В отличие от обычных ракет, которые полагаются на огромное количество ракетного топлива для достижения скорости эвакуации и отправки полезных нагрузок на орбиту, системы запуска по воздуху полагаются на сравнительно экономически эффективный способ транспортировки полезной нагрузки на большую высоту, где она затем может быть отправлена на низкую Землю. Орбита (LEO).
Это уменьшает количество необходимого ракетного топлива, но также включает запуск ракеты с высот, где сопротивление воздуха ниже и требуется меньше силы, чтобы избежать гравитации Земли. Все это позволяет использовать гораздо меньшие и более легкие ракеты-носители, что приводит к значительному снижению затрат. Этот метод особенно эффективен, когда речь идет о небольших полезных нагрузках, таких как микроспутники, которые становятся все более распространенными.
Сегодня большинство систем запуска воздушного пространства, которые используются, включают самолеты, доставляющие ракеты или космические корабли с ракетными двигателями для запуска на высоту, такие как SpaceShipTwo Virgin Galactic, LauncherOne Virgin Orbit или авианосец Stratolaunch. Тем не менее, базирующаяся в Лос-Анджелесе компания Leo Aerospace решила исследовать столь же достоверный метод, основанный на использовании платформы «легче воздуха» (LTA) для доставки полезных грузов в космос.
Как рассказал Space Magazine по электронной почте Дейн Руди, соучредитель и генеральный директор Leo Aerospace:
«С точки зрения физики первого порядка, запуск воздушного шара является очень элегантным решением для обеспечения эффективного и экономичного запуска для небольших полезных нагрузок. Кроме того, эта архитектура значительно сокращает объем необходимой инфраструктуры запуска, обеспечивая полностью мобильное решение ».
Центральными компонентами этой системы запуска являются стартовая платформа Regulus Orbital и Орбитальная ракета. Платформа Regulus обеспечивает автономное управление полетом через серию горелок (которые гарантируют, что аэростат остается плавучим) и систему управления вращением бипропеллентных двигателей, которые установлены на изолированном корпусе из композитного материала.
Между тем, Orbital Rocket - это миниатюрная трехступенчатая ракета-носитель, которая прикреплена к платформе с помощью привода и направляющей. Как только аэростат достигнет высоты развертывания 18 000 метров (60 000 футов), ракета запустится и доставит полезную нагрузку на желаемую орбиту. Согласно странице профилей компании, система будет способна выполнять несколько видов доставок на разных высотах.
«Стоимость разработки и производства баллонной системы на несколько порядков меньше, чем при использовании самолета», - сказал Руди. «По сравнению с другими баллонными системами, в которых используется подъемный газ, наша архитектура горячего воздуха полностью и быстро используется повторно. Мы можем провести десятки запусков с единой системой, прежде чем потребуется переоборудование ».
Они будут варьироваться от суборбитальных миссий - где полезные нагрузки отправляются на высоту более 100 км (62 мили) - до орбитальных миссий, где CubeSats будет отправляться на солнечно-синхронную орбиту (SSO) в 550 км (340 миль). Еще одна возможность, которую они обязательно упомянут, включает доставку гуманитарной помощи или оборудования для экстренной связи в отдаленные районы, которые недоступны для самолетов, дронов или других летательных аппаратов.
Компания также планирует использовать планеры и дроны, которые могут быть развернуты с их аэростатов, предлагая таким образом другие профили миссии, такие как мониторинг беспилотников, научные эксперименты и услуги связи. Помимо того, что пусковая система является более экономичным средством размещения небольших полезных нагрузок на орбите, она также обладает очень компактными возможностями.
Из-за этого ракета, аэростат и оборудование, необходимые для его надувания, могут быть помещены в стандартный транспортный контейнер, загружены в полуприцеп и затем отправлены туда, где это необходимо. Кабина прицепа также служит начальной станцией связи для запуска. Этот уровень мобильности и гибкости является одной из характеристик, которые могут сделать аэростатные платформы эффективными для оказания экстренной помощи и оказания помощи. Как сказал Руди:
«Мы начинаем раскрывать множество различных вариантов использования для многоразовой и автономной аэростатной платформы, которую мы разрабатываем. Он полностью мобильный и помещается в стандартный транспортный контейнер, что облегчает его транспортировку и хранение. Кроме того, он прост в эксплуатации и невероятно надежен. В отличие от подъема газовых баллонов, наша система может работать с отверстием размером с автомобиль в материале баллона. Наши сотрудники с радостью используют эти возможности для быстрого развертывания комплектов датчиков в зонах бедствий после урагана или для предоставления предметов первой необходимости в труднодоступных местах. Было невероятно работать с такими группами, как отделение «Космические и высотные эксперименты», чтобы выявлять и решать такие сложные проблемы ».
Все это позволяет таким компаниям, как Leo Aerospace и другим, которые придерживаются концепции «легче воздуха», эффективно использовать преимущества роста рынка спутниковой связи. Ожидается, что между распространением микроспутников (aka. CubeSats) и появлением сервисов запуска с малой нагрузкой (таких как Rocketlab и Virgin Orbit) этот рынок в ближайшие годы взорвется.
Но что отличает Leo Aerospace, так это то, как они сфокусированы на доставке спутников, которые весят менее 25 кг (55 фунтов). Как объяснил Руди, для микросателлитов, попадающих в этот диапазон, пока нет специального решения. Как правило, CubeSats вынуждены «ездить» на ракетах-носителях, где они занимают свободное место вместе с более тяжелыми полезными нагрузками.
Это то, что Руди и его коллеги надеются исправить:
«Это очень удивительно, учитывая, что, по прогнозам, почти половина всех спутников в ближайшие 10 лет попадет в этот сегмент. Мы упорно трудились, чтобы захватить и сохранить преимущество первопроходца в 25кг сегменте. Мы провели самые обширные операции и тестирование нашего автомобиля. Кроме того, мы продвинулись в регулятивной работе благодаря нашим тесным отношениям с FAA и активному членству в Федерации коммерческих космических полетов. И, наконец, наша система специально разработана для того, чтобы предоставить нашим клиентам возможность запуска и с достаточно высокой частотой, чтобы удовлетворить невероятный спрос ».
К концу 2018 года компания успешно завершила кампанию по запуску и тестированию и получила финансирование через Национальный научный фонд и фирму венчурного капитала. В 2020 году они надеются полностью пройти полетную квалификацию своей платформы, выполнив свой первый полет, за которым последуют коммерческие операции и, возможно, даже контракты с НАСА.
«Эти коммерческие операции станут нашим выходом на рынок высотных платформ стоимостью $ 2,6 млрд. С широким кругом гражданских, оборонных и коммерческих клиентов», - сказал Руди. «Мы работали с NASA JPL, чтобы изучить несколько различных вариантов использования. Одним из примеров является перенос марсианских въездных транспортных средств в верхние слои атмосферы на Земле и сброс их для сбора данных и проверки аэродинамических характеристик ».
С момента своего скромного начала полномасштабная коммерциализация космоса в последние годы развивалась стремительными темпами. Низкая орбита Земли (LEO), вероятно, станет очень оживленным местом в ближайшем будущем, несмотря на снижение затрат на запуск, разработку небольших полезных нагрузок и рост числа коммерческих провайдеров запуска, способных вместить меньшие полезные нагрузки!
