Rakiety wielokrotnego użytku zwiększą możliwości kosmiczne Europy
Nowoczesne satelity mogą być wykorzystywane do niezliczonych zastosowań, od fotografii kosmicznej i telekomunikacji po obsługę rozwiązań internetu rzeczy. Wraz ze spadającymi kosztami produkcji oraz wynoszenia ich na orbitę nastąpił prawdziwy rozkwit sektora, w którym coraz większą rolę odgrywają podmioty prywatne. „Gracze działający w sektorze odchodzą od eksploatacji kilku dużych i kosztownych satelitów na rzecz setek małych, połączonych jednostek działających w dużych konstelacjach, które są w stanie realizować szereg celów”, wyjaśnia Xavier Llairó, członek projektu RRTB oraz dyrektor ds. handlowych hiszpańskiej spółki Pangea Aerospace.
Odzyskiwanie i powrót do bazy
Choć wielu ekspertów prognozowało, że z każdym kolejnym rokiem będzie się odbywać coraz więcej startów małych satelitów, ich liczba była znacznie niższa niż oczekiwana. Główną przyczyną tego stanu rzeczy był brak przystępnych cenowo możliwości wynoszenia ich na orbitę. Aby zaspokoić tę potrzebę, zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu RRTB dążył do zwiększania wydajności i opłacalności wynoszenia małych satelitów na orbitę. Jednym z fundamentów projektu była koncepcja wielokrotnego użytku, którą zespół uznał za kluczowy element zwiększania częstotliwości startów i obniżania kosztów. „Skupiliśmy się na zaprojektowaniu technologii odzyskiwania rakiet nośnych oraz umożliwienia ich powrotu do bazy, która umożliwiłaby przystępne cenowo i częste wynoszenie ładunków na odpowiednie orbity”, wyjaśnia Llairó. Zespół projektowy zajął się badaniami oraz symulacjami powrotu rakiet nośnych do atmosfery. Badacze przyjrzeli się również możliwości wykorzystania silników powietrznostożkowych, nazywanych także aerospike, jako aktywnie chłodzonej osłony termicznej, która nie będzie zwiększała masy rakiety nośnej. W ramach projektu zespół przyglądał się również konstrukcjom zbiorników na kriogeniczne materiały pędne dla rakiet nośnych wielokrotnego użytku.
Hipersoniczne wejście w atmosferę bez zapłonu
Zaproponowana w wyniku prac koncepcja małej rakiety nośnej zawiera szereg spośród tych nowatorskich, innowacyjnych pomysłów. Obejmują one pierwszy stopień wielokrotnego użytku napędzany silnikiem powietrznostożkowym, zaprojektowany w taki sposób, by zwiększyć osiągi rakiety o 15 % względem konstrukcji wykorzystujących konwencjonalne silniki. Silnik pełni także rolę hamulca aerodynamicznego podczas ponownego wejścia w atmosferę. Odkryliśmy, że dzięki wykorzystaniu stożkowej dyszy, a w szczególności dzięki jej geometrii oraz systemowi chłodzenia, możliwe jest pasywne wejście w atmosferę bez konieczności zapłonu silnika”, dodaje Llairó. „Tym sposobem działa skutecznie jako aktywnie chłodzona osłona termiczna”. Wejście w atmosferę bez zapłonu silnika z prędkością hipersoniczną może być kluczowym czynnikiem obniżającym koszt startów. Zespół RRTB twierdzi, że zastosowanie tej technologii może mieć znaczący wpływ na branżę małych rakiet nośnych. „Podczas powrotu do atmosfery, Space X uruchamia trzy silniki, które pracują przez 18 sekund”, wyjaśnia Llairó. „Każdy z trzech silników zużywa 305 kilogramów paliwa na sekundę, co przekłada się na 16,5 tony paliwa wymagane do przeprowadzenia tego pojedynczego manewru. W praktyce oznacza to, że uwzględnienie tego manewru zmniejsza ładowność o 1,65 tony”. Pasywne ponowne wejście na orbitę bez zapłonu silników może zatem prowadzić do znacznych oszczędności kosztów i zapewnić dodatkową ładowność, która jest kluczowa w przypadku wynoszenia na orbitę małych satelitów. W ramach projektu badacze przyglądali się również możliwości wykorzystania spadochronów do odzyskiwania rakiet nośnych, które pozwoliłyby zespołom naziemnym na ich ponowne użycie po względnie prostym remoncie.
Projektowanie rakiet nośnych wielokrotnego użytku
Wyniki projektu RRTB pomogły przyspieszyć postępy w projektowaniu rakiet nośnych wielokrotnego użytku i wskazały szereg kluczowych kwestii, które należy wziąć pod uwagę w tym procesie. Dalsze działania obejmą rozwój kilku kluczowych technologii, takich jak rozwiązanie spowalniające ponowne wejście w atmosferę, izolację kriogeniczną, systemy ochrony termicznej i zbiorniki kriogeniczne. „Przeprowadziliśmy również analizę finansową, biorąc pod uwagę efektywne ponowne wykorzystanie, remont rakiety oraz kolejny start”, mówi Llairó. „Dzięki rezultatom projektu Europa jest o krok bliżej do stworzenia zrównoważonych rakiet nośnych wielokrotnego użytku, które pomogą zaspokoić potrzeby dynamicznie rozwijającego się rynku satelitów”.
Słowa kluczowe
RRTB, przestrzeń kosmiczna, satelity, orbita, hiperdźwiękowy, powietrznostożkowy, kriogeniczny, materiał pędny
