כיבוש החלל החיצון הפך לאחד ההישגים החשובים ועושים התקופה של האנושות. יצירת רכבי שיגור והתשתית להשקתם דרשו מאמצים אדירים מהמדינות המובילות בעולם. בזמננו, יש נטייה ליצור רכבי שיגור לשימוש חוזר לחלוטין המסוגלים לבצע עשרות טיסות לחלל. הפיתוח והפעולה שלהם עדיין דורשים משאבים עצומים, אותם ניתן להקצות רק על ידי מדינות או תאגידים גדולים (שוב, בתמיכת המדינה).
בתחילת המאה ה- XXI, השיפור והמיניאטור של הרכיבים האלקטרוניים איפשר ליצור לוויינים בגודל קטן (מה שמכונה "מיקרו-סאטליטים" ו"ננו-סאטלטים "), שהמסה שלהם היא בטווח של 1-100. ק"ג. לאחרונה אנו מדברים על "פיקוסאטליטים" (במשקל של 100 גרם עד 1 ק"ג) ועל "לווייני פמטו" (במשקל של פחות מ -100 גרם). לוויינים כאלה יכולים להיות משוגרים כמטען קיבוצי מלקוחות שונים או כמטען עובר לחלליות "גדולות" (SC). שיטת שיגור זו אינה תמיד נוחה, שכן יצרני הננו-סלוניות (להלן נשתמש בייעוד זה לכל הממדים של חלליות קטנות במיוחד) צריכים להסתגל ללוח הזמנים של הלקוחות להשקת המטען הראשי, כמו גם בשל הבדלים במסלולי השיגור.
זה הוביל להתעוררות הביקוש לכלי שיגור קטנים במיוחד המסוגלים לשגר חלליות במשקל של כ -1-100 ק ג.
DARPA ו- KB "MiG"
היו ופותחים פרויקטים רבים של רכבי שיגור אולטרה -קלים - עם שיגור קרקעי, אוויר וים. בפרט, הסוכנות האמריקאית DARPA עבדה באופן פעיל על בעיית השיגור המהיר של חלליות קטנות במיוחד. בפרט, אפשר להיזכר בפרויקט ALASA, שהושק בשנת 2012, במסגרתו תוכנן ליצור רקטה בגודל קטן שנועדה לשגר מלוחם F-15E ולשגר לוויינים במשקל של עד 45 ק ג למסלול התייחסות נמוך. (מַזַל אַריֵה).
מנוע הרקטות שהותקן על הרקטה נאלץ לפעול על חד-פלילי NA-7, כולל מונופרופילן, חנקן חמצני ואצטילן. עלות ההשקה לא תעלה על מיליון דולר. יש להניח שבעיות הדלק, במיוחד הבעירה הספונטנית והנטייה להתפוצצות, הביאו לסיום הפרויקט הזה.
פרויקט דומה נערך ברוסיה. בשנת 1997, לשכת התכנון של MiG, יחד עם קזקוסמוס (קזחסטן), החלה בפיתוח מערכת שיגור מטען (PN) באמצעות מיירט מייגד 31I שהוסב (Ishim). הפרויקט פותח על בסיס הבסיס ליצירת שינוי אנטי לוויני של ה- MiG-31D.
הרקטה התלת-שלבית, ששוגרה בגובה של כ -17,000 מטר ומהירות של 3,000 קמ"ש, הייתה אמורה לספק מטען במשקל של 160 ק"ג למסלול בגובה של 300 קילומטרים, ומטען המשקל של 120 ק"ג למסלול בגובה של 600 קילומטרים.
המצב הכלכלי הקשה ברוסיה בסוף שנות ה -90 ותחילת שנות ה -2000 לא איפשר למימוש הפרויקט הזה במתכת, אם כי ייתכן שעלולים להתעורר מכשולים טכניים בתהליך הפיתוח.
היו עוד פרויקטים רבים של רכבי שיגור אולטרה -קלים. התכונה המייחדת שלהם יכולה להיחשב לפיתוח פרויקטים על ידי מבני מדינה או תאגידים גדולים (כמעט "מדינה").פלטפורמות מורכבות ויקרות כמו לוחמים, מפציצים או מטוסי תובלה כבדים היו צריכים לעתים קרובות לשמש כפלטפורמות שיגור.
כל אלה יחד סיבכו את הפיתוח והעלו את עלות המתחמים, וכעת המנהיגות ביצירת רכבי שיגור אולטרה -קלים עברה לידי חברות פרטיות.
מעבדת רקטות
אחד הפרויקטים המוצלחים והמוכרים ביותר של רקטות אולטרה-קלות יכול להיחשב כרכב השיגור "אלקטרון" של חברת Rocket Lab האמריקאית-ניו זילנדית. רקטה דו-שלבית במסה של 12,550 ק"ג מסוגלת לשגר 250 ק"ג PS או 150 ק"ג PS למסלול סינכרוני שמש (SSO) בגובה של 500 קילומטרים אל LEO. החברה מתכננת לשגר עד 130 טילים בשנה.
עיצוב הרקטה עשוי מסיבי פחמן; מנועי סילון מונעי נוזלים (LRE) משמשים על זוג דלק של נפט + חמצן. כדי לפשט ולהוזיל את עלות העיצוב, הוא משתמש בסוללות ליתיום-פולימר כמקור כוח, מערכות בקרה פנאומטיות ומערכת לעקירת דלק ממכלים, הפועלים על הליום דחוס. בייצור מנועי טילים מונעים נוזלים ורכיבי טילים אחרים, נעשה שימוש פעיל בטכנולוגיות תוסף.
ניתן לציין כי הרקטה הראשונה ממעבדת Rocket הייתה הרקטה המטאורולוגית Kosmos-1 (Atea-1 בשפה המאורית), המסוגלת להרים 2 ק ג מטען לגובה של כ -120 קילומטרים.
לין תעשייתי
"האנלוגית" הרוסית של רוקט מעבדה יכולה להיקרא החברה "לין תעשייתית", המפתחת פרויקטים הן עבור הרקטה הפנימית הפשוטה ביותר שיכולה להגיע לגובה של 100 ק"מ, ולשיגור כלי רכב שנועדו להעביר מטענים ל- LEO ו- SSO.
למרות ששוק הטילים תת -קרקעיים (בעיקר כגון רקטות מטאורולוגיות וגיאופיסיות) נשלט על ידי פתרונות עם מנועי דלק מוצק, לין תעשייתית בונה את הרקטה התת -אורביטלית שלה המבוססת על מנועי רקטות דלק נוזלי המונעים על ידי נפט ומי חמצן. סביר להניח שזה נובע מהעובדה שלין תעשייתית רואה את כיוון ההתפתחות העיקרי שלה בשיגור מסחרי של רכב השיגור למסלול, ורקטה תת-אורביטלית מונעת נוזלים עשויה לשמש יותר לפיתוח פתרונות טכניים.
הפרויקט העיקרי של לין תעשייתי הוא רכב השיגור האולטרה -קל של טיימיר. בתחילה הפרויקט סיפק פריסה מודולרית עם סידור מקביל של מודולים המאפשרים יצירת רכב שיגור עם אפשרות להוצאת מטען במשקל של 10 עד 180 ק ג ל- LEO. השינוי במסה המינימלית של רכב השיגור המשוגר היה אמור להיות מובטח על ידי שינוי מספר יחידות הטילים האוניברסליות (UBR)-URB-1, URB-2 ו- URB-3 ויחידת הרקטות RB-2 בשלב השלישי.
המנועים של רכב ההשקה של טיימיר חייבים לפעול על נפט ומי חמצן מרוכז; הדלק חייב להיות מסופק עקירה עם הליום דחוס. העיצוב צפוי להשתמש בחומרים מרוכבים נרחבים, כולל פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן ורכיבים מודפסים בתלת-ממד.
מאוחר יותר נטשה חברת לין תעשייתית את התוכנית המודולרית - רכב השיגור הפך לשני שלבים, עם סידור שלבים רצופים, וכתוצאה מכך החלה הופעתו של רכב השיגור טיימיר להידמות למראהו של רכב השיגור האלקטרונים על ידי מעבדת רוקט. כמו כן, מערכת העקירה על הליום דחוס הוחלפה באספקת דלק באמצעות משאבות חשמליות המונעות על ידי סוללות.
ההשקה הראשונה של Taimyr LV מתוכננת לשנת 2023.
IHI Aerospace
אחד מכלי השיגור האולטרה-קלים המעניינים ביותר הוא רקטת SS-520 היפנית בת שלושת השלבים המונעת על ידי IHI Aerospace, שנוצרה על בסיס הרקטה הגיאופיזית S-520 על ידי הוספת שלב שלישי ועידון מקביל של המערכות המשולבות. גובה הטיל SS-520 הוא 9.54 מטר, הקוטר 0.54 מטר, משקל השיגור 2600 ק"ג. משקל המטען המועבר ל- LEO הוא כ -4 ק"ג.
גוף השלב הראשון עשוי מפלדה בעלת חוזק גבוה, השלב השני עשוי מרוכב סיבי פחמן, ראיית הראשים עשויה פיברגלס. כל שלושת השלבים הם דלק מוצק. מערכת הבקרה של ה- SS-520 LV מופעלת מעת לעת בזמן הפרדת השלב הראשון והשני, ובשאר הזמן הרקטה מיוצבת על ידי סיבוב.
ב- 3 בפברואר 2018 השיקה ה- SS-520-4 LV בהצלחה קוביית TRICOM-1R במסה של 3 קילוגרם, שנועדה להדגים את האפשרות ליצור חללית מרכיבים אלקטרוניים לצרכן. בזמן ההשקה SS-520-4 LV היה רכב השיגור הקטן ביותר בעולם, שרשום בספר השיאים של גינס.
יצירת כלי שיגור קטנים במיוחד המבוססים על רקטות מטאורולוגיות וגיאופיזיות מונעות מוצק יכולות להיות כיוון מבטיח למדי. טילים כאלה קלים לתחזוקה, ניתנים לאחסון לאורך זמן במצב המבטיח את הכנתם לשיגור בזמן הקצר ביותר האפשרי.
עלות מנוע הרקטות יכולה להיות כ -50% מעלות הרקטה ואין זה סביר שניתן יהיה להגיע לנתון פחות מ -30%, גם אם לוקחים בחשבון את השימוש בטכנולוגיות תוסף. ברכבי שיגור מונעים מוצקים אין שימוש בחמצון קריוגני הדורש תנאי אחסון ותדלוק מיוחדים מיד לפני השיגור. יחד עם זאת, לייצור מטענים מונעים מוצקים, מפותחות גם טכנולוגיות תוסף המאפשרות "הדפסה" של דלקים בתצורה הנדרשת.
הממדים הקומפקטיים של רכבי השיגור האולטרה -קלים מפשטים את הובלתם ומאפשרים שיגור מנקודות שונות של כדור הארץ להשיג את הנטייה המסלול הנדרשת. עבור רכבי שיגור אולטרה -קלים, נדרשת פלטפורמת שיגור פשוטה בהרבה מאשר לרקטות "גדולות", מה שהופך אותה לניידת.
האם יש פרויקטים של טילים כאלה ברוסיה ועל סמך מה ניתן ליישם אותם?
בברית המועצות יוצרו מספר משמעותי של רקטות מטאורולוגיות-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 ורקטות גיאופיסיות-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "אנכי", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. רבים מהעיצובים הללו התבססו על התפתחויות צבאיות בטילים בליסטיים או נגד טילים. במהלך שנות החקר הפעיל של האטמוספירה העליונה, מספר השיגורים הגיע ל-600-700 רקטות בשנה.
לאחר קריסת ברית המועצות, מספר השיגורים וסוגי הטילים הופחת באופן קיצוני. כרגע, Roshydromet משתמש בשני מתחמים-ה- MR-30 עם רקטת MN-300 שפותחה על ידי ה- NPO Typhoon / OKB Novator והטיל המטאורולוגי MERA שפותח על ידי KBP JSC.
MR-30 (MN-300)
הטיל של מתחם MR-30 מספק הרמה של 50-150 ק"ג של ציוד מדעי לגובה של 300 קילומטרים. אורכה של הטיל MN-300 הוא 8012 מ"מ בקוטר 445 מ"מ, משקל השיגור הוא 1558 ק"ג. עלות השיגור של רקטת MN-300 מוערכת בכ- 55-60 מיליון רובל.
על בסיס רקטת MN-300, נשקלת האפשרות ליצור רכב שיגור קטן במיוחד מסוג IR-300 על ידי הוספת שלב שני ושלב עליון (למעשה שלב שלישי). כלומר, למעשה, מוצע לחזור על החוויה המוצלחת למדי של יישום רכב השיגור האולטרה-קל SS-520 היפני.
יחד עם זאת, כמה מומחים מביעים את הדעה שמכיוון שהמהירות המרבית של רקטת MN-300 היא כ -2000 מ / ש, אז כדי להשיג את המהירות הקוסמית הראשונה של כ -8000 מ ' / ש, הנחוצה להנחת רכב השיגור. במסלול, הוא עשוי לדרוש בדיקה רצינית מדי של הפרויקט המקורי. שהוא בעצם פיתוח של מוצר חדש, שיכול להוביל לעלייה בעלות ההשקה כמעט בסדר גודל ולהפוך אותו ללא רווחי בהשוואה למתחרים.
מידה
הרקטה המטאורולוגית MERA מיועדת להרים מטען במשקל 2-3 ק"ג לגובה של 110 קילומטרים. משקל רקטת MERA הוא 67 ק"ג.
במבט ראשון, הרקטה המטאורולוגית MERA ממש לא מתאימה לשימוש כבסיס ליצירת רכב שיגור אולטרה -קל, אך יחד עם זאת, ישנם כמה ניואנסים המאפשרים לערער על נקודת מבט זו.
הטיל המטאורולוגי MERA הוא ביברלי דו-שלבי, ורק השלב הראשון מבצע את פונקציית ההאצה, השני-לאחר ההפרדה, עף באינרציה, מה שהופך את המתחם הזה לדומה לטילים המודרכים נגד מטוסים (SAM) של הטונגוסקה ו מתחמי טילים ותותחים מסוג Pantsir נגד מטוסים (ZRPK). למעשה, על בסיס טילים למערכות טילי ההגנה האווירית של מתחמים אלה, נוצרה הרקטה המטאורולוגית MERA.
השלב הראשון הוא גוף מורכב עם מטען דחף מוצק המונח בו. תוך 2.5 שניות, השלב הראשון מאיץ את הרקטה המטאורולוגית למהירות של 5M (מהירויות צליל), שהם בערך 1500 מ ' / שניות. קוטר השלב הראשון הוא 170 מ מ.
השלב הראשון של הרקטה המטאורולוגית MERA, שנעשה על ידי פיתול חומר מרוכב, הוא קל במיוחד (בהשוואה למבני פלדה ואלומיניום בממדים דומים) - משקלו הוא 55 ק ג בלבד. כמו כן, עלותו צריכה להיות נמוכה משמעותית מהפתרונות העשויים מסיבי פחמן.
על סמך זה ניתן להניח כי על בסיס השלב הראשון של הרקטה המטאורולוגית MERA, ניתן לפתח מודול רקטות מאוחד (URM), המיועד ליצירת קבוצות של שלבי שיגור אולטרה קליל
למעשה, יהיו שני מודולים כאלה, הם יהיו שונים בזרבובית של מנוע רקטות, המותאמים בהתאמה, להפעלה באטמוספירה או בחלל ריק. כרגע, הקוטר המרבי של המעטפות המיוצרות על ידי JSC KBP בשיטת הסלילה הוא כביכול 220 מ מ. יתכן שישנה היתכנות טכנית לייצור בתים מרוכבים בקוטר ואורך גדולים יותר.
מאידך גיסא, הפתרון האופטימלי יהיה ייצור קליפות, שגודלם יתאחד עם כל תחמושת למערכת טילי ההגנה האווירית פנציר, טילים מונחים של מתחם הרמס או רקטות מטאורולוגיות MERA, אשר להפחית את עלות המוצר היחיד על ידי הגדלת נפח המהדורה הסדרתית של אותו סוג מוצרים.
יש לגייס את שלבי רכב השיגור מה- URM, להדק במקביל, בעוד הפרדת השלבים תתבצע לרוחב - ההפרדה האורך של ה- URM בשלב לא ניתנת. ניתן להניח כי לשלביו של רכב שיגור כזה תהיה מסה טפילית גדולה בהשוואה לגוף מונו -בלוק בקוטר גדול יותר. זה נכון בחלקו, אך משקלו הנמוך של המארז העשוי מחומרים מרוכבים מאפשר במידה רבה לרמות חסרון זה. יתברר כי מארז בקוטר גדול, שנעשה בטכנולוגיה דומה, יהיה הרבה יותר קשה ויקר לייצור, וקירותיו יצטרכו להיות עבים הרבה יותר כדי להבטיח את קשיחות המבנה הדרושה מזו של URM המחוברים. על ידי חבילה, כך שבסופו של דבר יש הרבה מונובלוק ופתרונות החבילה יהיו דומים במחיר נמוך יותר של האחרון. וסביר מאוד שמארז מונובלוק מפלדה או אלומיניום יהיה כבד יותר מאשר מארז מרוכב ארוז.
ניתן לבצע חיבור מקביל של ה- URM באמצעות אלמנטים טחונים מרוכבים שטוחים הממוקמים בחלקים העליונים והתחתונים של המדרגה (בנקודות היצרות של גוף ה- URM). במידת הצורך ניתן להשתמש במגהשים נוספים העשויים מחומרים מרוכבים. כדי להפחית את עלות המבנה, חומרים תעשייתיים טכנולוגיים וזולים, יש להשתמש בדבקים בעלי חוזק גבוה ככל האפשר.
באופן דומה, ניתן לחבר את שלבי ה- LV על ידי רכיבים צינוריים או מחזקים מורכבים, והמבנה יכול להיות בלתי ניתן להפרדה, כאשר השלבים נפרדים, ניתן להרוס את האלמנטים נושאי העומס על ידי מטענים של פירו באופן מבוקר.יתר על כן, כדי להגביר את האמינות, ניתן לאתר מטעני פירו במספר נקודות ממוקמות ברצף של המבנה התומך ולהתחיל הן על ידי הצתה חשמלית והן הצתה ישירה מלהבת המנועים של הבמה הגבוהה יותר, כאשר הם מופעלים (לירי השלב התחתון אם ההצתה החשמלית לא עבדה).
ניתן לשלוט על רכב השיגור באותו אופן שבו הוא מתבצע על רכב השיגור האולטרה-קליל היפני SS-520. האפשרות להתקין מערכת בקרת פיקוד רדיו, דומה לזו המותקנת במערכת הטילים ההגנה האווירית פנציר, יכולה להיחשב גם לתיקון שיגור רכב השיגור לפחות בחלק ממסלול הטיסה (ואולי בכל שלבי הטיסה). באופן פוטנציאלי, הדבר יקטין את כמות הציוד היקר על גבי רקטה חד פעמית על ידי נשיאתו לרכב שליטה "רב פעמי".
ניתן להניח כי בהתחשב במבנה התומך, באלמנטים המחברים ובמערכת הבקרה, המוצר הסופי יוכל להעביר מטען במשקל של מספר קילוגרמים למספר עשרות קילוגרמים ל- LEO (תלוי במספר מודולי הטילים המאוחדים בשלבים) ולהתחרות עם ה- SS-LV 520 האולטרה-קליפ היפני ורכבי שיגור אולטרה-קלים דומים אחרים שפותחו על ידי חברות רוסיות וזרות.
למסחור מוצלח של הפרויקט, עלות ההשקה המשוערת של רכב השיגור האולטרה-קל MERA-K לא תעלה על 3.5 מיליון דולר (זוהי עלות ההשקה של רכב השיגור SS-520).
בנוסף ליישומים מסחריים, ניתן להשתמש בכלי השיגור MERA-K לנסיגה חירומית של חלליות צבאיות, שגם גודלן ומשקלן יקטן בהדרגה.
כמו כן, ניתן להשתמש בפיתוחים שהתקבלו במהלך יישום רכב השיגור MERA-K ליצירת נשק מתקדם, למשל, קומפלקס היפרסוני עם ראש נפץ קונבנציונאלי בדמות רחפן קומפקטי, שמוטט לאחר השקת השיגור. הרכב לנקודה העליונה של המסלול.
