Daniel Marín blogja

Az űrrakéták repülőgépről történő indításának gondolata meglehetősen régi. Az elmúlt évtizedekben több tucat olyan projekt készült, amely képes műholdak orbitális pályára állítására a légi indítórendszerek segítségével, de csak az észak-amerikai Orbital vállalat Pegasus XL-jének sikerült megvilágosodnia. És miért ez a megszállottság ez a kíváncsi módszer? Nagyon egyszerű, mert a légcseppek elég elegáns módszerek a hordozórakéta energiaveszteségének minimalizálására. Nézzük meg röviden, hogyan.

indít

Amikor rakétát indítunk az űrbe, számos tényező hátráltatja a jármű teljesítményét. A legfontosabb a gravitációs veszteségeknek köszönhető, vagyis annak az energiának, amelyet a rakétának kell befektetnie a Föld gravitációs kútjának elhagyásába. Minél több időt töltünk a rakéta keringési sebességre gyorsításával, annál nagyobbak a veszteségek, ezért a korai szakaszban nagyobb tolóerővel rendelkező indító rendszerek hatékonyabbak. Általában egy rakéta 1–1,5 km/s sebességet veszít a Föld gravitációjával szemben, ezért sokkal több üzemanyagot kell szállítania, mint amire szüksége lenne, ha nulláról gyorsulna el a gravitációs kútnál. Ennek a tényezőnek a csökkentése érdekében az lenne az ideális megoldás, ha a rakéta a lehető legrövidebb ideig függőleges úton maradna, és vízszintes helyzetbe kerülne, amint felszáll, de ez a követelmény ütközik egy másik tényezővel, például a légköri súrlódással.

És ez az, hogy a légköri súrlódás egy másik probléma, amelyet figyelembe kell venni, bár az a furcsa körülmény fordul elő, hogy a nagyobb rakéták kevésbé érintettek, mint a kicsiek (a súrlódás a felszíntől függ, de a rakéta tömege a térfogattól függ). Annak ellenére, hogy a légköri súrlódás nem okoz nagyon komoly energiaveszteséget (kb. 150 m/s), a hordozórakétákat úgy kell megtervezni, hogy azok ellenálljanak a hőnek és a feszültségeknek, amelyek a maximális hőmérsékleten való áthaladás során jelentkeznek. dinamikus nyomás (Max Q), követelmények, amelyek a rendszer végtömegének növekedését eredményezik. A súrlódás miatti energiaveszteség csökkentése érdekében a rakéták függőleges pályát követnek, amíg el nem hagyják a Föld légkörének nagy részét, és csak ezután változtatják meg a pályájukat, amíg el nem érik a vízszintes szintet, hatékonyabban minimalizálják a Föld gravitációs kútja által okozott veszteségeket.

Az energiahatékonyság csökkenésének harmadik tényezője az, hogy rakétát indított el az Egyenlítőtől eltérő szélességi fokon lévő bázisról. A pályaindítás ideális az, ha a Föld forgását a lehető legjobban kihasználjuk a jármű hasznos terhelésének növelése érdekében (hacsak nem akarunk eljutni egy poláris pályára). És ha geostacionárius pályára akarunk jutni (itt van a műholdas indító üzlet), akkor rendkívül érdekeltek vagyunk, hogy kihasználjuk ezt a kis extra lökést, amelyet a Föld nyújt számunkra. Ha felszállunk az Egyenlítőből, további 300-400 m/s sebességet adhatunk rakétánknak.

Ezért, ha egy szubszonikus síkból 10 kilométeres magasságban rakétát indítunk, mindezeket a veszteségeket jelentősen csökkenthetjük. A nagyobb indítási magasság kisebb gravitációs veszteségeket jelent, és az alacsonyabb légköri sűrűség drámai módon csökkenti a súrlódást (az alacsony sűrűség további további előnye, hogy az első fokozatú motorok fúvókái hatékonyabban megtervezhetők). Ezenkívül a repülőgép akár az Egyenlítőtől is elindíthatja a rakétát, ha szeretnénk, bár valójában ki is használhatjuk az esetleges pályákat. Ebben az esetben a korlátozások a földi infrastruktúrára összpontosulnak (megfigyelő állomások, biztonsági előírások, indulási repülőterek stb.).

Akkor megérthetjük az érdeklődést e jellemzők rendszerének kidolgozása iránt. Jelenleg az a probléma, hogy megfelelő indítópályát - vagyis repülőgépet - kell találni. Rakétát lehet indítani a repülőgép tetejéről vagy aljáról, vagy egy alátámasztó alátámasztásról, de természetesen, ha nincs szörnyű repülőnk, rakétánk tömegét (és hasznos teherét) komolyan korlátozzák a választott jellemzői repülőgép.

Más szavakkal, a légi indítórendszereket egyszerűen ki lehet fejleszteni, amikor kis, alacsonyan keringő műholdakról van szó (LEO). Például a Pegasus XL csak 443 kg-ot képes LEO-ba rakni a Lockheed L-1011 TriStar szubszonikus repülőgépek használatával indítóállomásként. Mint azonban már megjegyeztük, a vállalkozás a geostacionárius pályán van, nem a LEO-n. Tehát hogyan indíthatunk el egy nagy rakétát a levegőből? Az ideális az lenne, ha lenne egy óriási szuperszonikus repülőgép (vagy ami még jobb, hiperszonikus), amely szállíthatja hordozórakétánkat, de sajnos nincs ilyen rendszer üzemben. A Jakovlev cég a 90-es években javasolta a projektet Diana-Burlak, más néven HAAL (High Altitude Aerial Launch), az Orbital Pegasus-hoz hasonló rendszer, de platformként használja a Tupolev Tu-160 szuperszonikus bombázót. 1,7 Mach-nál és 14 kilométer magasan utazva Burlak 1130 kg-ot tudott volna elhelyezni a LEO-ban. Ami egyáltalán nem rossz, de mégsem elegendő a geostacionárius műholdas piac számára. Az orosz-kazah projekt Ishim rakéták indítását is mérlegelte egy módosított MiG-31-ből, bár ebben az esetben kis mikroszatellitekről van szó.


Isim projekt.

Ezért rövid távon az egyetlen költséghatékony megoldás az, ha a jelenleg üzemben lévő repülőgépekre összpontosítunk. Nagy méretének és teljesítményének köszönhetően a Antonov An-124 Ruslan ez az ideális jelölt, aki indítóállomásként szolgálhat. Az An-124 hatalmas rakterével rakétát lehet szállítani. Amint eléri a kívánt magasságot, a hordozórakétát a hátsó rakományajtón át dobják. Röviddel ezután ejtőernyőt vet be, hogy stabilizálja és lassítsa leereszkedését, és ekkor beindítja motorjait. És voilà, a légcsepp-rendszerünk már működik.

Ez a rendszer sokkal kevésbé hatékonynak tűnhet, mint a rakéta elindítása a gép állványáról. És valóban az, de nem sokkal kevesebb. Ahhoz, hogy teljes mértékben kihasználhassa a légcsepp előnyeit, a rakétának szárnyakat kell használnia (például a Pegasus XL-hez), és vízszintesen 25 ° -nál kell felszállnia. Ilyen módon körülbelül 490 m/s előnye lenne a hagyományos talajszállással szemben. Ejtőernyővel ellátott repülőgép esetén az előny 365 m/s-ra csökken. Ezek az adatok szerénynek tűnhetnek az alacsony pálya eléréséhez szükséges majdnem 8 km/s-hez képest, de nem szabad megfeledkeznünk a rakétaegyenletről. Ez az extra 365 m/s lehetővé teszi számunkra, hogy egy adott rakományhoz sokkal kisebb hordozórakétát tervezzünk.

Valójában a rakéta repülőgépből ejtőernyővel történő indítása nem új koncepció, és a Szovjetunió és az Egyesült Államok már a 70-es években komolyan tanulmányozta ennek a rendszernek a megvalósíthatóságát, bár a cél az ICBM-ek, nem pedig a műholdak indítása volt.


A C-5-ös Minuteman rakéta telepítési tesztje 1974-ben (USAF).

De ez az orosz cég Vozdushni Start (Воздушный Старт/Air Launch) amelyik a legközelebb állt egy ilyen kereskedelmi indító rendszer létrehozásához. A Vozdushni Start 1999 óta hirdeti azt az ötletet, hogy egy kissé módosított An-124 repülőgépet (Antonov An-124-100VS néven) rakéta kilövésére használnak. Polyot a készülék rakteréből. A hordozórakéta képes lenne 3900 kg LEO-ban vagy 650 kg geostacionárius pályán (vagy 1500 kg geostacionárius transzferpályán) elhelyezni. Nem sok, igaz, de elég magas kibocsátási arány mellett a rendszer nyereséges lehet.