August 5, 2021

Как Virgin Orbit запустила ракету с самолета

Ранее в этом месяце на орбиту вокруг Земли было отправлено десять кубесатов – небольших дешевых спутников весом около килограмма каждый. Учитывая, что на данный момент запущено почти 1500 таких небольших спутников, добавление еще десяти может показаться тривиальным. Но это был необычный запуск.

Вместо того, чтобы оторваться от земли, ракета, несущая эти спутники НАСА, была брошена под крыло модифицированного Боинга 747, получившего название Cosmic Girl. Самолет поднял их на высоту 11 км перед запуском ракеты.

Это был первый успешный запуск ракеты LauncherOne компании Virgin Orbit, положивший начало ее коммерческим предприятиям. Компания надеется предоставить дешевые и гибкие услуги по запуску спутников без необходимости использования наземных площадок.

Но как на самом деле работает запуск ракеты с самолета?

Первый успешный запуск LauncherOne.

Запуск с самолета

Обычно ракета, запускаемая с места запуска на земле, будет иметь две или три ступени, которые позволяют ракете терять вес по мере расходования топлива. Первая ступень – это та часть, которая загорается при запуске, приводя ракету в действие с земли. Когда ракета достигает определенной высоты, первая ступень отделяется, и вторая ступень зажигается. Третий этап работает по тому же принципу и обычно помещает полезную нагрузку – ту часть, которую мы хотим попасть в космос – на своей конечной орбите или межпланетной траектории.

Когда спутники запускаются с самолета, самолет-носитель функционирует и как стартовая площадка, и как многоразовая первая ступень ракеты.

Самолеты более эффективны при отрыве от земли, чем ракеты, но они не могут функционировать без атмосферы для создания аэродинамической подъемной силы. Воздушный запуск использует это преимущество, прикрепляя ракету к самолету и выпуская ее на большой высоте.

Помимо экономии топлива при взлете с земли, запуск самолетов дает и другие преимущества. Традиционные запуски ракет часто откладываются из-за плохих погодных условий. С самолетом легко сменить стартовую площадку, потому что он может взлетать из коммерческого аэропорта. Можно просто облететь неприятные погодные условия и легко удовлетворить различные требования к запуску различных космических аппаратов.

Полезная нагрузка. Фото: Virgin Orbit / Грег Робинсон, CC BY

Есть ограничения

Конечно, запуск с воздуха – не идеальное решение. Размер ракеты ограничен грузоподъемностью самолета. Специализированный самолет-носитель может нести гораздо больше, но на данный момент не так много возможностей для более крупных пусковых установок.

Stratolaunch, разработчики огромного одноименного самолета-носителя, способного нести ракету весом 250 тонн, отказались от своей программы по созданию сверхмощных ракет-носителей в 2019 году. Для сравнения, LauncherOne весит 30 тонн и будет использоваться только для перевозки небольших спутников. .

Запуск ракеты в 10 км от земли позволяет сэкономить немного топлива, но большая часть топлива, необходимого для достижения орбиты, заключается не в набирании высоты, а в том, чтобы заставить ее двигаться с достаточной скоростью, чтобы она упала на орбиту. Хотя скорость полета самолета может внести небольшой вклад в выполнение этого требования, экономия топлива при запуске с воздуха не так велика, как может показаться на первый взгляд.

Относительно небольшая ракета-носитель LauncherOne способна вывести 500 кг на низкую околоземную орбиту. Пусковые установки большой грузоподъемности, такие как «Ариан», «Дельта» и «Сокол», могут запускать во много раз больший вес и будут по-прежнему использоваться для крупных спутников и межпланетных миссий.

Но большие и дорогие запуски – не целевая аудитория Virgin Orbit. Для небольших спутников, кубесатов, микроспутников и наноспутников – все из которых быстро внедряются в космической отрасли – запуски в воздух могут означать значительное улучшение универсальности и, что особенно важно, стоимости.

Что следующее?

Идея запуска с воздуха существует уже некоторое время. НАСА запустило ракету Pegasus с бомбардировщика B-52 еще в 1990 году. Служба запуска Pegasus все еще работает и выполнила 39 успешных полетов, но ее запуски дороги, и за последние десять лет было произведено только четыре запуска.

В краткосрочной перспективе уже заключено несколько контрактов на запуск. В долгосрочной перспективе есть планы расширить ракету LauncherOne третьей ступенью, которая сможет выводить более мелкие спутники массой около 50 кг на гораздо более далекие орбиты, чтобы пролететь мимо Марса или Венеры.

Других программ воздушных запусков в разработке не так много. SpaceX отказалась от запускаемого с воздуха варианта Falcon еще в 2012 году. Ракета-носитель Pegasus все еще существует, но не запускалась с 2019 года.

Британская аэрокосмическая компания Reaction Engines стремится полностью объединить самолет и космический корабль с двигателем SABRE, который может работать как реактивный самолет в атмосфере и химическая ракета в космосе. Но этот проект откладывался несколько раз, и, возможно, до его первого коммерческого запуска еще далеко.

Поскольку предоставление услуг по запуску все больше распространяется в частный сектор, LauncherOne необходимо обосновать экономическое положение, чтобы выжить на все более конкурентном рынке. У небольших индивидуальных запусков, подобных тем, которые предлагает Virgin Orbit, пока не так много прямых конкурентов, хотя более тяжелые пусковые установки от более авторитетных компаний, таких как SpaceX, могут составить конкуренцию, запустив несколько небольших полезных нагрузок на одной и той же ракете. Еще неизвестно, выиграет ли универсальность системы и относительно низкая стоимость.

Саймон Линдси – научный сотрудник школы физики и астрономии Лестерского университета.

Эта статья впервые появилась в The Conversation.

.