Система безракетного запуска SpinLaunch готова к началу коммерческого вывода грузов на орбиту Земли
Недавно прошла новость, что компания SpinLaunch готова отправить в космос партию из 250 спутников. Что же представляет эта система и какие у неё перспективы?
В Соединенных Штатах Америки небольшие частные компании активно изучают различные подходы к доставке грузов в космос, включая инновационные и нетрадиционные методы. Например, калифорнийская компания SpinLaunch спроектировала и протестировала «суборбитальный ускоритель», в котором для запуска полезной нагрузки используется принцип центрифуги. Несколько недель назад прототип успешно совершил свой первый запуск.
Содержание:
В стремлении к альтернативам
Компания SpinLaunch, чье название буквально переводится как «вращающийся запуск», была создана в 2014 году в Саннивейле, штат Калифорния. С момента своего основания основной целью компании была разработка радикально новой системы космических запусков, превосходящей традиционные ракетные технологии. Вместо использования ракет и двигателей, работающих на химическом топливе, в системе SpinLaunch планируется применение центробежной силы.
В течение нескольких последующих лет компания провела необходимые исследования, разработки и конструкторские работы. Были созданы проекты демонстрационного и полномасштабного комплексов SpinLaunch. Демонстрационная модель с ограниченными возможностями получила название Suborbital Accelerator, а полномасштабная система, соответственно, именуется орбитальным ускорителем.
В процессе строительства: монтаж вакуумной камеры
В отличие от многих других компаний, занимающихся космическими разработками, SpinLaunch предпочитала не привлекать к себе излишнее внимание. Большинство работ велось в тишине, без громких заявлений и постоянного освещения в прессе. Тем не менее, к началу 2020 года компания смогла привлечь финансирование от ряда инвесторов и даже вызвала интерес у Министерства обороны США.
В период с 2019 по 2020 год SpinLaunch начала подготовку к грядущим испытаниям. В частности, главный офис стартапа был перемещен в город Лонг-Бич, а для проведения практических тестов была арендована территория космодрома Spaceport America в штате Нью-Мексико. К настоящему моменту там была возведена экспериментальная пусковая установка. Первые испытания которой, с успешным запуском макета ракеты, состоялись 22 октября.
Принцип центробежного ускорения
Принцип работы системы SpinLaunch достаточно прост, однако его техническая реализация представляет собой сложную задачу. В то же время, успешное решение инженерных задач открывает определённые перспективы в техническом, энергетическом и даже экологическом плане.
Центрифуга во время работы
Для SpinLaunch предлагается особая ракета-носитель. Это многоразовое двухступенчатое малогабаритное изделие, имеющее отсек полезной нагрузки и собственную двигательную установку ограниченной мощности. Грузоподъемность такой ракеты достигнет 400 фунтов (181 кг) для низкой околоземной орбиты.
По задумке разработчиков, полноразмерная пусковая установка должна «раскручивать» и выбрасывать ракету со скоростью более 2200 м/с. За счет накопленной энергии она сможет за минуту подняться на высоту более 60 км, где будет производиться запуск собственного двигателя для дальнейшего полета на орбиту. После вывода полезной нагрузки ракета должна возвращаться на Землю для подготовки к следующему старту.
Конструкция привода центрифуги
Ключевым и самым крупным элементом системы SpinLaunch является цилиндрическая вакуумная камера. Внутри нее располагается центрифуга, предназначенная для разгона полезной нагрузки. Снаружи к камере подсоединена касательная направляющая труба, верхний конец которой герметично закрыт мембраной. В состав комплекса также входят опорная конструкция, электрические двигатели центрифуги, насосное оборудование и другие компоненты. В зависимости от требуемой орбиты, положение камеры и трубы может быть как вертикальным, так и наклонным.
Внутри камеры находится центрифуга с механизмом удержания ракеты, несущей полезную нагрузку. Во время запуска центрифуга должна достичь расчетной скорости вращения, передавая ракете необходимую кинетическую энергию. Затем, в заранее определенный момент, происходит освобождение ракеты, которая попадает в направляющую трубу и покидает установку, пробивая мембрану.
На посту управления
22 октября состоялся дебютный запуск с прототипа установки. Применив лишь пятую часть от проектной мощности, система придала ракете скорость, измеряемую «тысячами миль в час», что позволило ей достигнуть высоты в «десятки тысяч футов». Конкретные параметры запуска и траектории полета не разглашаются.
В течение ближайших месяцев компания-создатель намерена продолжать испытания своего «суборбитального разгонного комплекса». В планах – проведение до 30 суборбитальных стартов для доводки всех подсистем. Если достигнутые характеристики системы окажутся достаточными, возможен переход к орбитальным запускам.
В перспективе компания завершит проектирование и приступит к возведению полномасштабной «пусковой установки». Она будет примерно в три раза превосходить опытный образец по размерам и продемонстрирует соответствующие эксплуатационные показатели. Предполагается, что эта версия SpinLaunch сможет выводить на орбиту полезную нагрузку и сможет конкурировать на рынке запусков.
Будущая ракета-носитель для SpinLaunch
Преимущества и недостатки
Центробежная пусковая установка, основываясь на вычислениях и частичных испытаниях, демонстрирует ряд достоинств по сравнению с традиционными ракетами. Однако, существуют и специфические минусы, решение которых представляет собой серьезную проблему.
Главным теоретическим плюсом SpinLaunch является экономия и действенность использования энергии. В отличие от ракет, центрифуга обеспечивает плавное ускорение груза с использованием энергоэффективного электромотора. Это снижает энергозатраты на ускорение и отделение. По предварительным оценкам, подобный метод запуска может уменьшить потребление топлива, необходимого для достижения орбиты, в четыре раза.
Существенным преимуществом SpinLaunch является упрощенный процесс подготовки к старту. Предполагается, что система сможет проводить несколько пусков за день с небольшими промежутками времени. Подобная высокая пропускная способность существенно скажется на экономических показателях.
Отмечаются и экологические особенности проекта. Так, основную работу система будет выполнять при помощи электроэнергии, которая может иметь «чистое» происхождение. При наличии ракеты с двигателем, продукты горения вырабатываются в минимально необходимом количестве и выбрасываются только в верхних слоях атмосферы, где представляют минимальную опасность для окружающей среды.
Компания-разработчик утверждает, что новые технические решения позволяют в разы сократить стоимость пуска в сравнении с традиционными ракетами-носителями. По расчетам, этот параметр может быть доведен до 500 тыс долл. за пуск – менее 3 тыс долл. за 1 кг нагрузки. Столь низкая стоимость обязательно привлечет внимание заказчиков и поспособствует росту количества стартов, что тоже поможет уменьшению расценок.
Однако для достижения таких целей необходимо справиться с несколькими серьезными проблемами. В первую очередь, это общая сложность конструкции. Строительство вакуумной камеры диаметром в десятки метров является непростой задачей. При этом работоспособность и надежность такого агрегата является критически важной для всей пусковой системы. Любая трещина и нарушение вакуума может иметь самые серьезные последствия.
Второй недостаток системы и концепции в целом – ограниченные энергетические возможности. Даже полноразмерная система SpinLaunch сможет отправлять на низкие орбиты менее 200 кг, что серьезно ограничит круг потенциальных нагрузок и заказчиков. Кроме того, фактически отсутствуют возможности для масштабирования. Повышение выводимой нагрузки связано с увеличением размеров пусковой установки, которая и без того получается чрезмерно крупной и сложной.
На этапе испытаний
По всей видимости, разработчики системы SpinLaunch прекрасно знают все сильные и слабые стороны своего проекта. Рассказывая о нем, они делают акцент на преимуществах, тогда как с недостатками пытаются разобраться «в закрытом режиме». Насколько успешной будет эта работа и удастся ли получить оптимальное соотношение всех характеристик – покажут испытания.
Первый запуск упрощенной «ракеты» с тестовым оборудованием состоялся несколько недель назад, и на этом испытания не остановятся. Только на ближайшие месяцы запланировано ок. 30 пусков с теми или иными задачами. И по результатам этих мероприятий будут определены пути дальнейшего развития проекта. Конечно, если опытная установка подтвердит расчетные характеристики и покажет общую целесообразность проекта.
Источник — https://topwar.ru/189013-proekt-spinlaunch-na-centrobezhnoj-sile-v-kosmos.html
