ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک

فهرست مطالب:

ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک
ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک

تصویری: ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک

تصویری: ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک
تصویری: (دوربین مخفی) صحنه هایی که اگرضبط دوربین نمیشد کسی آنرا باور نمی کرد!! 2024, مارس
Anonim
تصویر
تصویر

فتح فضا به یکی از مهمترین و مهمترین دستاوردهای بشریت تبدیل شده است. ایجاد وسایل نقلیه پرتاب و زیرساخت های پرتاب آنها نیازمند تلاش های فوق العاده ای از کشورهای پیشرو جهان بود. در زمان ما ، تمایل به ایجاد وسایل پرتاب مجدد با قابلیت استفاده مجدد با قابلیت انجام دهها پرواز به فضا وجود دارد. توسعه و عملکرد آنها هنوز به منابع عظیمی نیاز دارد که تنها توسط دولتها یا شرکتهای بزرگ قابل تخصیص است (دوباره ، با حمایت دولت).

تصویر
تصویر

در آغاز قرن XXI ، بهبود و کوچک سازی قطعات الکترونیکی امکان ایجاد ماهواره های کوچک (به اصطلاح "ماهواره های کوچک" و "نانو ماهواره ها") را فراهم کرد ، که جرم آنها در محدوده 1-100 است کیلوگرم. اخیراً ، ما در مورد "پیکو ماهواره ها" (با وزن 100 گرم تا 1 کیلوگرم) و "ماهواره های فمتو" (وزن کمتر از 100 گرم) صحبت می کنیم. چنین ماهواره هایی را می توان به عنوان محموله گروهی از مشتریان مختلف یا به عنوان بار گذرنده به فضاپیماهای "بزرگ" (SC) پرتاب کرد. این روش پرتاب همیشه راحت نیست ، زیرا تولیدکنندگان ماهواره نانویی (در ادامه ما از این نام گذاری برای همه ابعاد سفینه های بسیار کوچک استفاده می کنیم) باید با برنامه مشتریان برای پرتاب محموله اصلی و همچنین به دلیل تفاوت در مدار پرتاب

این امر منجر به ظهور تقاضا برای خودروهای پرتاب بسیار کوچک با قابلیت پرتاب فضاپیماهای با وزن حدود 1 تا 100 کیلوگرم شده است.

DARPA و KB "MiG"

بسیاری از پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فوق سبک - با پرتاب زمینی ، هوایی و دریایی - در حال توسعه هستند و در حال توسعه هستند. به طور خاص ، آژانس آمریکایی دارپا به طور فعال روی مشکل پرتاب سریع فضاپیماهای فوق کوچک کار می کرد. به طور خاص ، می توان پروژه ALASA را که در سال 2012 راه اندازی شد یادآوری کرد ، در چارچوب آن برنامه ریزی شده بود که یک موشک کوچک طراحی شود تا از جنگنده F-15E پرتاب شود و ماهواره هایی با وزن تا 45 کیلوگرم را در مدار مرجع کم پرتاب کند. (LEO)

ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک
ورود به فضا بر روی یک موشک هواشناسی: پروژه های وسایل نقلیه پرتاب فضایی بسیار کوچک

موتور راکت نصب شده بر روی موشک باید روی مونوپرولانتر NA-7 از جمله مونوپروپیلن ، اکسید نیتروژن و استیلن کار می کرد. هزینه پرتاب نباید بیش از 1 میلیون دلار باشد. احتمالاً این مشکلات مربوط به سوخت ، به ویژه احتراق خود به خود و تمایل به انفجار بود که به این پروژه پایان داد.

پروژه مشابهی در روسیه در حال انجام بود. در سال 1997 ، دفتر طراحی MiG ، همراه با KazKosmos (قزاقستان) ، توسعه سیستم پرتاب محموله (PN) را با استفاده از رهگیر MiG-31I (Ishim) تبدیل شده آغاز کردند. این پروژه بر اساس مقدمات ایجاد اصلاحات ضد ماهواره ای MiG-31D توسعه یافته است.

این موشک سه مرحله ای که در ارتفاع حدود 17000 متر و سرعت 3000 کیلومتر بر ساعت پرتاب شد ، قرار بود محموله ای به وزن 160 کیلوگرم را در ارتفاع 300 کیلومتری به مدار و محموله ای به وزن 120 کیلوگرم را در مدار قرار دهد. در ارتفاع 600 کیلومتری

تصویر
تصویر

وضعیت دشوار مالی در روسیه در اواخر دهه 90 و اوایل سال 2000 اجازه نداد که این پروژه در فلز محقق شود ، اگرچه ممکن است موانع فنی در روند توسعه بوجود آید.

بسیاری از پروژه های دیگر خودروهای پرتاب فوق سبک وجود داشت. ویژگی متمایز آنها را می توان توسعه پروژه ها توسط ساختارهای دولتی یا شرکت های بزرگ (عملاً "دولتی") در نظر گرفت.سکوهای پیچیده و گران قیمت مانند جنگنده ها ، بمب افکن ها یا هواپیماهای حمل و نقل سنگین اغلب باید به عنوان سکوی پرتاب مورد استفاده قرار می گرفت.

همه اینها با هم توسعه را پیچیده و هزینه مجتمع ها را افزایش داد ، و اکنون رهبری در ایجاد وسایل نقلیه پرتاب فوق سبک به دست شرکت های خصوصی واگذار شده است.

آزمایشگاه موشک

یکی از موفق ترین و شناخته شده ترین پروژه های موشک های فوق سبک را می توان خودرو پرتاب "Electron" شرکت آمریکایی-نیوزلندی Rocket Lab دانست. این موشک دو مرحله ای با جرم 12،550 کیلوگرم قادر است 250 کیلوگرم PS یا 150 کیلوگرم PS را به مدار خورشید همزمان (SSO) با ارتفاع 500 کیلومتری LEO پرتاب کند. این شرکت قصد دارد سالانه 130 موشک پرتاب کند.

تصویر
تصویر

طراحی موشک از فیبر کربن ساخته شده است ؛ موتورهای جت با سوخت مایع (LRE) بر روی یک جفت سوخت نفت سفید + اکسیژن استفاده می شود. برای ساده سازی و کاهش هزینه طراحی ، از باتری های لیتیوم-پلیمر به عنوان منبع تغذیه ، سیستم های کنترل پنوماتیک و سیستم جابجایی سوخت از مخازن ، با هلیوم فشرده استفاده می کند. در ساخت موتورهای موشک پیشرانه مایع و سایر اجزای موشک ، از فناوری های افزودنی به طور فعال استفاده می شود.

تصویر
تصویر

می توان اشاره کرد که اولین موشک آزمایشگاه راکت ، راکت هواشناسی کوسموس 1 (Atea-1 به زبان مائوری) بود که می تواند 2 کیلوگرم بار را تا ارتفاع حدود 120 کیلومتری بلند کند.

تصویر
تصویر

لین صنعتی

"آنالوگ" روسی Rocket Lab را می توان شرکت "Lin Industrial" نامید ، که پروژه هایی را برای ساده ترین موشک زیر مداری که قادر به رسیدن به ارتفاع 100 کیلومتری است توسعه می دهد و وسایل نقلیه ای را طراحی می کند که برای حمل بار به LEO و SSO طراحی شده است.

اگرچه بازار موشکهای زیر مداری (در درجه اول مانند موشکهای هواشناسی و ژئوفیزیکی) تحت سلطه راه حلهای با موتورهای جامد است ، اما اینت اینستال موشک زیر مداری خود را بر اساس موتورهای موشک سوخت مایع با سوخت نفت سفید و پراکسید هیدروژن می سازد. به احتمال زیاد این امر به این دلیل است که Lin Industrial جهت اصلی توسعه خود را در پرتاب تجاری وسیله پرتاب کننده به مدار می بیند و موشک زیر مداری مایع با سوخت مایع به احتمال زیاد برای توسعه راه حل های فنی مورد استفاده قرار می گیرد.

تصویر
تصویر

پروژه اصلی Lin Industrial خودروی پرتاب فوق سبک Taimyr است. در ابتدا ، این پروژه یک طرح مدولار با آرایش سری و موازی ماژول ها ارائه می داد ، که به شما امکان می دهد یک وسیله پرتاب را با امکان خروج بار از وزن 10 تا 180 کیلوگرم به LEO تشکیل دهید. تغییر در حداقل جرم وسیله پرتاب پرتاب شده با تغییر تعداد واحدهای موشکی جهانی (UBR)-URB-1 ، URB-2 و URB-3 و واحد موشکی مرحله سوم RB-2 تضمین می شود.

تصویر
تصویر

موتورهای پرتاب کننده تایمیر باید از نفت سفید و پراکسید هیدروژن غلیظ کار کنند ؛ سوخت باید با جابجایی با هلیوم فشرده تامین شود. انتظار می رود این طرح به طور گسترده از مواد کامپوزیت شامل پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن و اجزای چاپ سه بعدی استفاده کند.

بعداً ، شرکت صنعتی لین طرح مدولار را رها کرد - وسیله پرتاب دو مرحله ای شد ، با ترتیب متوالی مراحل ، در نتیجه ظاهر وسیله پرتاب Taimyr شبیه ظاهر وسیله پرتاب Electron توسط آزمایشگاه موشک. همچنین سیستم جابجایی روی هلیوم فشرده با استفاده از پمپ های الکتریکی که از باتری تغذیه می کنند ، با سوخت جایگزین شد.

تصویر
تصویر

اولین پرتاب Taimyr LV برای سال 2023 برنامه ریزی شده است.

IHI Aerospace

یکی از جالب ترین وسایل پرتاب فوق سبک ، راکت ژاپنی SS-520 سه مرحله ای با سوخت جامد تولید شده توسط IHI Aerospace است که بر اساس موشک ژئوفیزیکی S-520 با افزودن مرحله سوم و پالایش متناظر سیستم های روی صفحه ایجاد شده است. ارتفاع موشک SS-520 9.54 متر ، قطر 0.54 متر ، وزن پرتاب 2600 کیلوگرم است. جرم بار تحویل داده شده به LEO حدود 4 کیلوگرم است.

تصویر
تصویر

بدنه مرحله اول از فولاد با استحکام بالا ، مرحله دوم از کامپوزیت الیاف کربن ، فریینگ سر از فایبرگلاس ساخته شده است. هر سه مرحله سوخت جامد هستند. سیستم کنترل SS-520 LV به طور دوره ای در زمان جداسازی مرحله اول و دوم روشن می شود و بقیه زمان موشک با چرخش تثبیت می شود.

در 3 فوریه 2018 ، SS-520-4 LV با موفقیت یک TRICOM-1R مکعبی با وزن 3 کیلوگرم را برای نشان دادن امکان ایجاد فضاپیما از قطعات الکترونیکی مصرفی با موفقیت پرتاب کرد. در زمان پرتاب ، SS-520-4 LV کوچکترین وسیله پرتاب در جهان بود که در کتاب رکوردهای گینس ثبت شده است.

تصویر
تصویر

ایجاد موشک های پرتاب بسیار کوچک بر اساس موشک های هواشناسی و ژئوفیزیکی با سوخت جامد می تواند جهت گیری امیدوار کننده ای باشد. نگهداری چنین موشک هایی آسان است ، می توان آنها را برای مدت طولانی در شرایطی که آمادگی آنها را برای پرتاب در کوتاه ترین زمان ممکن تضمین می کند ، ذخیره کرد.

هزینه موتور موشک می تواند حدود 50 درصد هزینه موشک باشد و بعید است که حتی با در نظر گرفتن استفاده از فناوری های افزودنی بتوان به رقمی کمتر از 30 درصد رسید. در خودروهای پرتاب کننده جامد ، از اکسید کننده انجماد استفاده نمی شود ، که نیاز به شرایط ویژه ذخیره سازی و سوخت گیری بلافاصله قبل از پرتاب دارد. در عین حال ، برای تولید بارهای جامد پیشران ، فناوری های افزودنی نیز در حال توسعه هستند که به "چاپ" بارهای سوخت با پیکربندی مورد نیاز اجازه می دهد.

ابعاد جمع و جور وسایل نقلیه پرتاب فوق سبک حمل و نقل آنها را ساده کرده و امکان پرتاب از نقاط مختلف کره زمین را برای به دست آوردن شیب مداری مورد نیاز فراهم می کند. برای وسایل نقلیه پرتاب بسیار سبک ، یک سکوی پرتاب بسیار ساده تر از موشک های "بزرگ" مورد نیاز است ، که باعث می شود موبایل متحرک باشد.

آیا پروژه هایی از این نوع موشک ها در روسیه وجود دارد و بر چه اساسی می توان آنها را اجرا کرد؟

در اتحاد جماهیر شوروی ، تعداد قابل توجهی راکت هواشناسی تولید شد-MR-1 ، MMP-05 ، MMP-08 ، M-100 ، M-100B ، M-130 ، MMP-06 ، MMP-06M ، MR-12 ، MR -20 و موشک های ژئوفیزیک-R-1A ، R-1B ، R-1V ، R-1E ، R-1D ، R-2A ، R-11A ، R-5A ، R-5B ، R-5V ، "عمودی" ، K65UP ، MR-12 ، MR-20 ، MN-300 ، 1Ya2TA. بسیاری از این طرح ها بر اساس تحولات نظامی در موشک های بالستیک یا ضد موشک بود. در طول سالهای اکتشاف فعال در قسمت بالای جو ، تعداد پرتابها به 600-700 موشک در سال رسید.

تصویر
تصویر

پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی ، تعداد پرتاب ها و انواع موشک ها به شدت کاهش یافت. در حال حاضر ، روشیدروم از دو مجتمع استفاده می کند-MR-30 با موشک MN-300 که توسط NPO Typhoon / OKB Novator توسعه یافته و موشک هواشناسی MERA که توسط KBP JSC توسعه یافته است.

MR-30 (MN-300)

موشک مجتمع MR-30 بالابری 50-150 کیلوگرم تجهیزات علمی را تا ارتفاع 300 کیلومتری فراهم می کند. طول موشک MN-300 8012 میلی متر با قطر 445 میلی متر ، وزن پرتاب 1558 کیلوگرم است. هزینه یک پرتاب موشک MN-300 55-60 میلیون روبل برآورد شده است.

تصویر
تصویر

بر اساس موشک MN-300 ، امکان ایجاد یک وسیله پرتاب بسیار کوچک IR-300 با افزودن مرحله دوم و مرحله فوقانی (در واقع مرحله سوم) در حال بررسی است. در واقع ، پیشنهاد می شود تجربه نسبتاً موفقیت آمیز پیاده سازی وسیله نقلیه فوق سبک ژاپنی SS-520 را تکرار کنید.

در عین حال ، برخی از کارشناسان این نظر را ابراز می کنند که از آنجا که حداکثر سرعت موشک MN-300 حدود 2000 متر بر ثانیه است ، پس برای به دست آوردن اولین سرعت کیهانی حدود 8000 متر بر ثانیه ، که برای قرار دادن وسیله پرتاب لازم است در مدار ، ممکن است نیاز به بازنگری بیش از حد پروژه اصلی باشد. که در اصل توسعه یک محصول جدید است ، که می تواند منجر به افزایش هزینه راه اندازی تقریباً یک مرتبه شود و آن را در مقایسه با رقبا بی سود کند.

اندازه گرفتن

موشک هواشناسی MERA برای بلند کردن بار با وزن 2-3 کیلوگرم تا ارتفاع 110 کیلومتری طراحی شده است. جرم موشک MERA 67 کیلوگرم است.

تصویر
تصویر
تصویر
تصویر

در نگاه اول ، موشک هواشناسی MERA برای استفاده به عنوان پایه ای برای ایجاد یک وسیله پرتاب فوق سبک بسیار نامناسب است ، اما در عین حال ، برخی از تفاوت های ظریف وجود دارد که امکان به چالش کشیدن این دیدگاه را فراهم می کند.

موشک هواشناسی MERA دو مرحله ای دو مرحله ای است و تنها مرحله اول عملکرد شتاب را انجام می دهد ، مرحله دوم-پس از جداسازی ، با اینرسی پرواز می کند ، که این مجموعه را شبیه موشک های هدایت شونده ضد هوایی (SAM) تونگوسکا و مجتمع های موشکی و توپ ضد هوا Pantsir (ZRPK). در واقع ، بر اساس موشک های سیستم های موشکی پدافند هوایی این مجتمع ها ، موشک هواشناسی MERA ایجاد شد.

مرحله اول یک بدنه کامپوزیتی است که بار احتراق جامد در آن قرار دارد. در 2.5 ثانیه ، مرحله اول موشک هواشناسی را به سرعت 5M (سرعت صوت) یعنی حدود 1500 متر بر ثانیه می رساند. قطر مرحله اول 170 میلی متر است.

تصویر
تصویر

اولین مرحله موشک هواشناسی MERA ، ساخته شده از سیم پیچ مواد کامپوزیت ، بسیار سبک است (در مقایسه با سازه های فولادی و آلومینیومی با ابعاد مشابه) - وزن آن تنها 55 کیلوگرم است. همچنین ، هزینه آن باید به میزان قابل توجهی کمتر از محلول های ساخته شده از فیبر کربن باشد.

بر این اساس ، می توان فرض کرد که بر اساس اولین مرحله موشک هواشناسی MERA ، یک ماژول موشکی یکپارچه (URM) را می توان توسعه داد ، که برای تشکیل دسته ای از مراحل پرتاب وسایل نقلیه فوق سبک طراحی شده است

در واقع ، دو ماژول وجود خواهد داشت ، آنها در نازل موتور موشک متفاوت خواهند بود ، به ترتیب برای عملکرد در جو یا در خلاء بهینه شده اند. در حال حاضر ، حداکثر قطر پوشش های تولید شده توسط JSC KBP به روش سیم پیچ 220 میلی متر است. این امکان وجود دارد که امکان ساخت محفظه های کامپوزیتی با قطر و طول بیشتر وجود داشته باشد.

از سوی دیگر ، این احتمال وجود دارد که راه حل بهینه ، ساخت بدنه هایی باشد که اندازه آنها با هرگونه مهمات برای سیستم موشکی پدافند هوایی Pantsir ، موشک های هدایت شونده مجتمع هرمس یا موشک های هواشناسی MERA یکپارچه شود. کاهش هزینه یک محصول واحد با افزایش حجم انتشار سری همان محصولات.

مراحل وسیله نقلیه پرتاب باید از URM به کار گرفته شود ، به طور موازی محکم شود ، در حالی که جداسازی مراحل به صورت عرضی انجام می شود - جداسازی طولی URM در مرحله ارائه نمی شود. می توان فرض کرد که مراحل چنین وسیله پرتابی دارای جرم انگلی زیادی در مقایسه با بدنه تک بلوک با قطر بزرگتر خواهد بود. این تا حدی درست است ، اما وزن کم بدنه ساخته شده از مواد کامپوزیت باعث می شود تا حد زیادی این عیب را تراز کنیم. ممکن است معلوم شود که یک قاب با قطر بزرگ ، که با استفاده از فناوری مشابه ساخته شده است ، بسیار دشوارتر و گران تر خواهد بود و دیوارهای آن برای اطمینان از استحکام لازم سازه نسبت به URM های متصل باید بسیار ضخیم تر شوند. توسط یک بسته ، به طوری که در نهایت تعداد زیادی از بلوک ها وجود دارد و راه حل های بسته با هزینه پایین تری قابل مقایسه است. و به احتمال زیاد ، یک قاب فولادی یا آلومینیومی سنگین تر از یک بسته کامپوزیت بسته بندی شده خواهد بود.

تصویر
تصویر

اتصال موازی URM را می توان با استفاده از عناصر آسیاب شده کامپوزیت صاف که در قسمتهای بالا و پایین گام (در نقاط باریک شدن بدنه URM) واقع شده است ، انجام داد. در صورت لزوم ، می توان از لایه های اضافی ساخته شده از مواد کامپوزیت استفاده کرد. برای کاهش هزینه در ساختار ، مواد صنعتی تکنولوژیکی و ارزان ، باید تا حد امکان از چسب های با استحکام بالا استفاده کرد.

به طور مشابه ، مراحل LV را می توان با عناصر مرکب لوله ای یا تقویت کننده به هم متصل کرد ، و ساختار می تواند غیر قابل جدا شدن باشد ، هنگامی که مراحل جدا می شوند ، عناصر باربر را می توان با بارهای پیرو به صورت کنترل شده از بین برد.علاوه بر این ، برای افزایش قابلیت اطمینان ، بارهای پیرو را می توان در چندین نقطه متوالی از ساختار نگهدارنده قرار داد و با احتراق الکتریکی و اشتعال مستقیم از شعله موتورهای مرحله بالاتر ، هنگامی که آنها روشن می شوند (برای تیراندازی) شروع می شود. مرحله پایین تر اگر احتراق الکتریکی کار نکرد).

تصویر
تصویر

همانطور که در پرتابگر فوق سبک ژاپنی SS-520 انجام می شود ، می توان وسیله پرتاب کننده را کنترل کرد. گزینه نصب سیستم کنترل فرماندهی رادیویی ، مشابه سیستم نصب شده بر روی سیستم موشکی دفاع هوایی Pantsir ، نیز می تواند برای تصحیح پرتاب وسیله پرتاب حداقل در قسمتی از مسیر پرواز (و احتمالاً در تمام مراحل پرواز). به طور بالقوه ، این امر با حمل آن به یک وسیله نقلیه کنترلی "قابل استفاده مجدد" ، میزان تجهیزات گران قیمت را در یک موشک یکبار مصرف کاهش می دهد.

می توان فرض کرد که با در نظر گرفتن ساختار پشتیبانی ، عناصر اتصال و سیستم کنترل ، محصول نهایی قادر به حمل بار از چند کیلوگرم تا چند ده کیلوگرم به LEO (بسته به تعداد ماژول های موشک متحد) خواهد بود. در مراحل) و رقابت با فوق سبک SS-LV ژاپنی 520 و دیگر وسایل نقلیه پرتاب فوق سبک مشابه که توسط شرکت های روسی و خارجی توسعه یافته است.

برای تجاری سازی موفقیت آمیز پروژه ، هزینه برآورد پرتاب وسیله نقلیه فوق سبک MERA-K نباید از 3.5 میلیون دلار تجاوز کند (این هزینه پرتاب خودرو پرتاب SS-520 است).

علاوه بر کاربردهای تجاری ، از پرتابگر MERA-K می توان برای خروج اضطراری فضاپیماهای نظامی استفاده کرد که اندازه و وزن آنها نیز به تدریج کاهش می یابد.

همچنین ، پیشرفتهای حاصل از اجرای پرتابگر MERA-K می تواند برای ایجاد سلاح های پیشرفته استفاده شود ، به عنوان مثال ، یک مجتمع مافوق صوت با کلاهک معمولی در قالب یک گلایدر جمع و جور که پس از پرتاب پرتاب می شود. خودرو را به نقطه بالای مسیر برساند.

توصیه شده: