През следващото десетилетие се очаква над 2500 микроракети да бъдат пускани всяка година (снимка: CC0 Public Domain)
Гарет Уилмър
Съвременният живот едва ли би бил възможен без спътниците. Голяма част от удобствата, на които хората на Земята разчитат днес, силно зависят от случващото се високо над главите им — от наблюдаването на горски пожари, обезлесяването и температурата на морската повърхност до новите мобилни технологии, като например 5G, в труднодостъпните райони.
Признак за засилващата се тенденция е скорошната вълна от по-евтини миниатюрни спътници, изпратени в близки орбити от 500-1000 километра над земната повърхност, като тези на SpaceX на Илон Мъск и базираната в Обединеното кралство OneWeb.
По-малкото е повече
Някои от тези спътници, с размер колкото кутия за обувки или дори по-малък, успяват да следят цялата сухоземна територия на планетата или да предоставят безпрецедентно подробна информация. През следващото десетилетие се очаква повече от средно 2500 такива спътници да бъдат пускани всяка година.
За да достигнат космоса по икономичен начин, малките спътници често трябва да споделят пътуването с големи по размер ракети. Проектирането на по-малки ракети би дало възможност за по-бърз и персонализиран достъп до космическото пространство и би отворило пазара за по-широк набор от доставчици на специализирани услуги.
„Малките спътници могат да пътуват с големи ракети носители, но възникват проблеми, като например времето, нужно за достигане на орбита, защото трябва да направите резервацията си много по-рано и да намерите превоз, насочен точно където искате да отиде спътникът ви”, казва Шавиер Лейро, главен търговски директор и съосновател на Pangea Aerospace в Барселона, Испания. „Компаниите, които изстрелват такава технология, се нуждаят от прецизиран достъп до космическото пространство”.
Финансираният от Европейския съюз проект RRTB, ръководен от Pangea, проучва рентабилни начини за изстрелване в космоса на малки по размер ракети, които могат да превозват товар до 500 килограма. Надеждата е до 2025 година да е наличен готов за полет двигател.
Ключът към това е откриването на начини за повторно използване на микроракетите носители чрез свеждане до минимум на пораженията, които претърпяват при повторното навлизане в земната атмосфера и чрез осигуряване на безопасно приземяване. Това би било и много по-екологично в сравнение с еднократната употреба на носителите.
„Посредством повторно използване можете да намалите инвестицията, да изразходвате по-малко производствени материали и да постигнете по-висока честота на изстрелвания”, казва Лейро.
Според проекта RRTB, чийто тригодишен срок изтича този месец, понастоящем Европа не разполага с доказан метод за реализиране на тази цел.
Първата степен
RRTB се фокусира върху повторното използване на първата степен на ракетата, разположена в основата. Тази степен осигурява по-голямата част от тягата веднага след изстрелването, преди да се отдели и да падне на Земята, най-често в океана. Вече с по-малко тегло другите степени на ракетата продължават напред и превозват товара до орбита.
Първата степен може да бъде повредена не само от високоскоростното си пропадане през земната атмосфера, но и от солената вода. Трудностите и разходите при откриването и връщането на ракетата до космодрума може да се окажат неоправдани.
„Попадането в океана прави възможността за повторно използване много, много малка”, казва Лейро.
Според него решението е в откриването на начин, по който първата степен безопасно да се върне в земната атмосфера и да се приземи на специализирана станция близо до космодрума или на плаваща баржа.
Междувременно дизайнът на ракетата трябва да позволява превоза на достатъчно голям полезен товар, за да бъде операцията икономически изгодна.
За да открие начини да намали повредите по микроракетите носители при повторното им навлизане в земната атмосфера и приземяването, екипът на RRTB тества умален модел на ракета с малък размер в аеродинамичен тунел.
Според Лейро оптималната цел за по-малките по размер ракети носители е избягването на запалването на двигателите за повторното навлизане в атмосферата. Това ще позволи превоза на по-голям първоначален полезен товар и ще намали тежестта на горивото, което трябва да носят.
Ново сопло
Екипът срещнал затруднения с традиционното камбановидно сопло около двигателя и в последствие установил, че конусовидната форма е с по-голям потенциал. Това „клиновъздушно” сопло спомага за разпределяне на топлината по начин, намаляващ поражението, което превозното средство поема.
„Проникването в атмосферата е по-плавно”, казва Лейро. „Това важи както за по-малките, така и за по-големите ракети носители. Находката бе неочаквана, защото не я търсихме умишлено”.
Лейро споделя, че макар разходът на гориво на клиновъздушните двигатели да е по-малък от този на традиционните, досега ползите им не са можели да компенсират сложността и разходите по проектирането им, включително трудностите при охлаждането им. Въпреки това техники като триизмерния печат, използвани от Pangea, правят този тип двигатели по-достъпен.
„Клиновъздушната технология ще промени това как стигаме до Космоса и как се връщаме на Земята”, казва Лейро. „Тя е ключов фактор за възможността за повторно използване на ракети”.
Той споделя още, че двигателят, който екипът възнамерява да използва, се задвижва от метан с естествен произход.
Друга цел е да направят отделните части на ракетата с подобрена възможност за повторно използване, например да се използват материали на основата на алуминия за резервоарите.
„За да има икономическа рентабилност, възможно най-много ракети трябва да бъдат приземени безопасно и възможно най-много от компонентите им трябва да могат да се използват повторно”, споделя Лейро.
Готови за излитане
Докато RRTB се фокусира върху повторното използване на ракетите, аерокосмическата компания Orbex в Обединеното кралство се подготвя да представи за пръв път своя собствена лека и екологична микроракета носител.
Като част от проекта PRIME, финансиран от Европейския съюз, през май миналата година Orbex разкри прототипа на 19-метровата си ракета, предназначена да бъде първата орбитална микроракета носител на малки по размер спътници в Европа.
Ракетата е проектираната така, че частите, които не изгорят в атмосферата, да могат да бъдат събрани и използвани повторно. Макар засега компанията да не разкрива как точно ще става това, представител на Orbex каза, че методът ще бъде „изцяло непознат досега”.
Компанията се надява, че ракетата Prime ще може да предприеме първото си пътуване още тази година, макар определени предпоставки още да не са изпълнени, като например получаването на лиценз за изстрелване.
„Вече продадохме резервации за изстрелване на няколко доставчици на търговски спътници, но все още не сме обявили датата на първото изстрелване”, каза главният изпълнителен директор на Orbex Крис Лармър. Той беше и координатор на проекта PRIME, който продължи три години до юни 2022 година.
По-зелена ракета
Ракетата ще използва чисто гориво от биопропан, получено като допълнителен продукт при производството на биодизел, който се извлича от източници като отпадъчни растителни масла и използвано готварско олио.
То ще се комбинира с течен кислород, „криогенно ракетно гориво” – газ, охладен до температура под точката на замръзване и кондензиран в силно запалима течност.
Чрез тези мерки ракетата би могла да намали въглеродните си емисии с до 96% в сравнение с ракетите носители с по-малък размер, захранвани с изкопаеми горива.
„Orbex Prime цели да бъде най-екологичната космическа ракета в света, задвижвана от възобновяемо биогориво”, споделя Лармър.
Резервоарите са изработени от въглеродни влакна, които съчетават голяма здравина и малко тегло.
Orbex прогнозира, че Prime тежи около 30% по-малко от традиционните носители и така осигурява високата ефективност и производителност, които са от жизнено значение за малките спътници. Ракетата е проектирана така, че да не оставя отломки нито на Земята, нито в орбита.
Компанията очаква да може да изстрелва до 12 ракети на година от космодрум в Съдърланд на северното крайбрежие на Шотландия. Очаква се още съоръжението да бъде неутрално по отношение на въглерода както по време на строежа, така и по време на експлоатацията си.
Полза може да се извлече и от относителната му близост до Глазгоу и процъфтяващата там космическа промишленост — градът е най-големият производител на спътници в Европа. От Orbex вярват, че всичко това ще предложи подходящите предпоставки, които да помогнат на ключови лица в региона да получат достъп до Космоса.
„Спътниковата индустрия и нуждите ѝ от носители, които да поставят сателитите в определени орбити, нараснаха през последните години и продължават да нарастват експоненциално”, казва Лармър. „Това създава огромна нужда от специализирани и устойчиви ракети носители”.
Изследването в тази статия е финансирано от ЕС. Тази статия е публикувана за първи път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.