Направи дарение на училище!

Американската компания SpaceX е една от няколкото, които разработват ракети за многократна употреба. Снимка: Бил Джелън / Unsplash

Започна надпреварата за разработване на европейска ракета за многократна употреба, която може да осигури автономен и икономичен достъп на Европа до космоса, като същевременно повиши броя и интензитета на изстрелванията.

Ракетите-носители са от съществено значение за извеждането на сателити и космически сонди в космоса. След като изпълнят предназначението си, те обикновено се изхвърлят. Но с очакването на годишния брой нови спътници през следващото десетилетие да нарасне четири пъти, се налага учените да разработват по-устойчиви и по-евтини ракети-носители за многократна употреба.

Първата ракетна система за многократна употреба, при която някои или всички компоненти са възстановяеми, са космическите совалки на НАСА, използвани в периода 1981-2011 г. При тях всичките части се използват повторно, с изключение на външния резервоар за гориво, който изгаря в атмосферата. Но поради твърде високите разходи по поддръжката им се стига до заключението, че е по-евтино използването на заменяеми системи.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Ансгар Марвеж от немския аерокосмически център (DLR) и неговите колеги смятат, че ракетите за многократна употреба могат да бъдат икономически ефективни, ако се приземяват в изправено положение. “Космическите совалки бяха много сложни, защото имаха крила и т.н.“, казва Марвеж. “С вертикалното кацане искаме да направим всичко това по-просто.“ 

Едно от предимствата на кацането в изправено положение е, че натоварванията по време на излитане и кацане са сходни, което улеснява нещата от гледна точка на дизайна. Въпреки че е необходимо повече гориво при спускането в сравнение с други конфигурации за кацане поради спирачни маневри, Марвеж твърди, че това би имало незначително влияние върху общите разходи, тъй като горивото е сравнително евтино.

Марвеж и неговият екип – заедно с други партньори в областта на научните изследвания и индустрията – изследват ключовите технологии, необходими за вертикалното кацане на ракетата след мисия, като част от проекта RETALT. Те се стремят да приземят ракетата, използвайки ретро двигател, който намалява скоростта като генерира тяга в обратната посока на движението. Те също така разработват методите, с които ще бъде управлявана ракетата по време на кацане. Тъй като се очаква основата на ракета да се нагрее силно, един от партньорите по проекта предлага да се използва топлинна защита от корк.

Ракетите-носители

Екипът има концепции за два различни типа пускови установки. Единият е тежка ракета-носител, която може да носи полезен товар до 14 000 кг, като сателит за прогнозиране на времето, до орбита на около 36 000 км над земната повърхност. Вторият дизайн е за по-малки полезни товари до 500 кг, които трябва да бъдат транспортирани на разстояния до около 140 км. “Тази конфигурация теоретично може да се използва за експерименти с нулева гравитация или демонстрационни полети“, казва Марвеж.

Учените вече са започнали работа по технически въпроси, като този с първоначалните проекти на съоръженията за кацане. През следващата година те ще проведат структурни тестове и експерименти с вятърни тунели, за да тестват аеродинамичното поведение, използвайки намалени модели на своите ракети-носители. Един от експериментите ще тества ракетните двигатели във вятърния тунел при силно нагряване, което е предизвикателство и не се извършва често. Използването на горещи газове обаче по-добре пресъздава генерирането на мощността на двигателя в реални условия.
В допълнение към намаляването на разходите, Марвеж и неговите колеги очакват техните технологии да имат положително въздействие върху околната среда. Заменяемите системи оставят отломки при разпадането си в атмосферата, като някои части падат на земята, а други остават в орбита. Така че системите за многократна употреба ще замърсяват по-малко околната среда и космоса.

Понастоящем в Европа няма пускови установки за извеждане на малки сателити в орбита. Когато малък спътник трябва да бъде транспортиран до космоса, той обикновено се извежда на тежка ракета с по-голям сателит. Но това означава, че моментът на отделянето и орбитата се избират от носителя на по-големия товар.

“Това е като автобус, който тръгва (малкият сателит) малко встрани от орбитата си, така че му е необходима задвижваща система, за да го вкара в желаната орбита“, казва Хавиер Лайро, съосновател и оперативен директор на Pangea Aerospace в Барселона, Испания.

Въвеждане в експлоатация

В момента услуги за изстрелване на малки сателити предлага американско-новозеландската компания: Rocket Lab. Въпреки че позволява персонализирана услуга, тя е по-скъпа от общото извеждане с тежка ракета. А Европа има амбицията да разполага със собствени малки пускови установки, за да може сама да контролира достъпа си до космоса. “Важно е по геостратегически причини“, казва Лайро. “И тъй като това е нов пазар, би било чудесно да го развием и да му дадем възможности в Европа.“

За проекта RRTB, Лайро и неговият екип се стремят да създадат малка и рентабилна ракета-носител, която може да бъде използвана поне десет пъти. Те разработват нова система за кацане, използваща електрически канални вентилатори, задвижваща система, която понастоящем се използва при дронове и безпилотни самолети. Тя позволява меко и прецизно кацане, което е от решителна важност за това дали системата може да бъде използвана повторно.
“Технологията вече е доказана и съществува в други сектори, така че не е много скъпа“, отбелязва Лайро. Основният двигател не се използва при кацането, което ограничава топлинното напрежение и увеличава ресурса за повторна експлоатация.

Работата по проекта стартира миналия месец и сега се разглежда как да се направят горивните резервоари за многократна употреба без да изгарят в атмосферата, тъй като те са скъпи компоненти на ракетата-носител. Екипът също проучва как да контролира носителя по време на обратното влизане в атмосферата, като провежда симулации за целта. Тази част от мисията е предизвикателство поради теглото и високата скорост на пусковия апарат и ще изисква или генериране на някакъв асансьор, или намиране на начин за забавяне на ракетата. “Анализираме различни сценарии и ще изберем най-обещаващия“, казва Лайро.

В допълнение към транспортирането на малки спътници в космоса за научни, търговски и обществени цели, Лайро смята, че някои от техните компоненти биха могли да имат и други приложения. Леките двигатели, които те разработват, например, могат също да бъдат адаптирани като задвижващи системи за спътници в космоса. И техните системи за кацане могат да се използват за оказване на помощ при аварии. “В момента имаме самолети с парашут за кацане (доставки), но нашата система може да се използва за по-прецизни кацания“, каза Лайро.
По-малкото въздействие върху околната среда е и една от техните цели. Освен по-екологичните ефекти, от използването на ракети за многократната употреба, те ще използват течен кислород и течен метан за гориво, при които 80% от емисиите ще бъдат просто вода. И техните двигатели трябва да бъдат с около 15% по-ефективни от сегашните дизайни. “Ние вярваме, че многократната употреба е пътят към този пазар“, казва Лайро. “След 10 или 20 години това ще бъде нещо напълно обичайно.“

Източник: horizon-magazine.eu

Преводач: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!