Ғарыш кеңістігін жаулап алу адамзаттың ең маңызды және дәуірлік жетістіктерінің біріне айналды. Зымыран тасығыштарды және оларды ұшыруға арналған инфрақұрылымды құру әлемнің жетекші елдерінен үлкен күш -жігерді қажет етті. Біздің уақытта ғарышқа ондаған ұшуларды орындауға қабілетті толық пайдалануға болатын ұшыру қондырғыларын құру үрдісі байқалады. Олардың дамуы мен жұмыс істеуі әлі де үлкен ресурстарды қажет етеді, оларды тек штаттар немесе ірі корпорациялар бөле алады (тағы да мемлекеттің қолдауымен).
ХХІ ғасырдың басында электронды компоненттердің жетілдірілуі мен миниатюралануы массасы 1-100 диапазонында болатын шағын көлемді спутниктерді («микросателлиттер» және «наноспутниктер» деп аталатын) жасауға мүмкіндік берді. кг. Жақында біз «пикосателлиттер» (салмағы 100 г -нан 1 кг -ға дейін) және «фемто спутниктері» (салмағы 100 г -нан аз) туралы айтып отырмыз. Мұндай спутниктерді әр түрлі тапсырыс берушілерден топтық жүк ретінде немесе «үлкен» ғарыш аппараттарына (СК) өтетін жүктеме ретінде ұшыруға болады. Бұл ұшыру әдісі әрқашан қолайлы бола бермейді, өйткені наноспутниктер өндірушілері (бұдан әрі біз бұл белгіні ультра кіші ғарыш аппараттарының барлық өлшемдері үшін қолданатын боламыз) негізгі жүкті ұшыру үшін тұтынушылардың кестесіне бейімделуі керек. ұшыру орбиталарындағы айырмашылықтар.
Бұл салмағы шамамен 1-100 кг ғарыш аппараттарын ұшыруға қабілетті ультра шағын зымыран тасығыштарға сұраныстың пайда болуына әкелді.
DARPA және КБ «МиГ»
Құрлықта, әуеде және теңізде ұшырылатын өте жеңіл зымыран тасығыштардың көптеген жобалары болды және әзірленуде. Атап айтқанда, американдық DARPA агенттігі ультра кіші ғарыш аппараттарының жылдам ұшырылу мәселесі бойынша белсенді жұмыс жасады. Атап айтқанда, 2012 жылы іске қосылған ALASA жобасын еске түсіруге болады, оның аясында F-15E жойғышынан ұшыруға және салмағы 45 кг-ға дейінгі спутниктерді төмен бағдарлы орбитаға шығаруға арналған шағын көлемді зымыранды жасау жоспарланған болатын. (LEO).
Зымыранға орнатылған зымыран қозғалтқышы монопропилен, азот оксиді мен ацетиленді қосқанда NA-7 монопропеллантында жұмыс істеуге мәжбүр болды. Іске қосу құны 1 миллион доллардан аспауы керек. Болжам бойынша, бұл жобаның аяқталуына отынмен байланысты проблемалар, атап айтқанда оның өздігінен жануы мен жарылу үрдісі себеп болды.
Дәл осындай жоба Ресейде әзірленді. 1997 жылы МиГ конструкторлық бюросы ҚазКосмоспен (Қазақстан) бірге конверсияланған МиГ-31И ұстағышын (Ишим) қолдана отырып, пайдалы жүктемені (ПН) ұшыру жүйесін құруды бастады. Жоба МиГ-31Д спутникке қарсы модификациясын құру үшін негіз негізінде әзірленді.
Шамамен 17000 метр биіктікте және 3000 км / сағ жылдамдықпен ұшырылған үш сатылы зымыран 300 км биіктіктегі орбитаға 160 кг салмақтағы жүктемені, ал 120 кг салмақтағы жүктемені орбитаға шығаруы керек еді. 600 шақырым биіктікте.
90 -жылдардың аяғы мен 2000 -ші жылдардың басындағы Ресейдегі қиын қаржылық жағдай бұл жобаны металда жүзеге асыруға мүмкіндік бермеді, дегенмен даму процесінде техникалық кедергілер туындауы мүмкін.
Ультра жеңіл зымыран тасығыштардың басқа да көптеген жобалары болды. Олардың ерекшелігі ретінде мемлекеттік құрылымдардың немесе ірі (іс жүзінде «мемлекеттік») корпорациялардың жобаларды әзірлеуі қарастырылуы мүмкін. Ұшқыштар, бомбалаушылар немесе ауыр көлік ұшақтары сияқты күрделі және қымбат платформаларды жиі ұшыру алаңдары ретінде қолдануға тура келді.
Мұның бәрі кешенді дамытуды қиындатып, құнын арттырды, ал қазір өте жеңіл зымыран тасығыштарды құруда көшбасшылық жеке компаниялардың қолына өтті.
Зымыран зертханасы
Ультра жеңіл зымырандардың ең табысты және белгілі жобаларының бірі американдық-жаңа зеландиялық Rocket Lab компаниясының «Электрон» ұшыру құралы деп санауға болады. Бұл массасы 12550 кг екі сатылы зымыран 250 км ПС немесе 150 кг ПС-ны 500 километр биіктіктегі күн синхронды орбитаға (ҰҚЖ) шығара алады. Компания жылына 130 ракетаға дейін ұшыруды жоспарлап отыр.
Зымыранның дизайны көміртекті талшықтан жасалған; керосин мен оттегінің отын жұбында сұйық отынды реактивті қозғалтқыштар (LRE) қолданылады. Дизайн құнын жеңілдету және төмендету үшін ол литий-полимерлі батареяларды қуат көзі ретінде пайдаланады, пневматикалық басқару жүйелері мен цистерналардан отынды ығыстыру жүйесі, сығылған гелийде жұмыс істейді. Сұйық отынды зымыран қозғалтқыштары мен басқа зымыран компоненттерін өндіруде аддитивті технологиялар белсенді қолданылады.
Айта кету керек, Rocket Lab-дан шыққан алғашқы зымыран 2 кг пайдалы жүкті шамамен 120 шақырым биіктікке көтеруге қабілетті Космос-1 метеорологиялық зымыраны (маори тілінде Atea-1) болды.
Lin Industrial
Ракета зертханасының ресейлік «аналогын» 100 км биіктікке жетуге қабілетті ең қарапайым суборбитальды зымыранға арналған жобаларды әзірлейтін «Lin Industrial» компаниясы деп атауға болады және LEO мен SSO -ға пайдалы жүктемелер шығаруға арналған көлік құралдарын ұшырады.
Суборбитальды зымырандар нарығында (ең алдымен метеорологиялық және геофизикалық ракеталар сияқты) қатты отын қозғалтқыштары бар шешімдер басым болса да, Lin Industrial өзінің суборбитальды зымыранын керосин мен сутегінің асқын тотығымен жұмыс істейтін сұйық отынды зымыран қозғалтқыштарына негізделген. Мүмкін, бұл Lin Industrial өзінің негізгі даму бағытын зымыран-тасығышты орбитаға коммерциялық ұшыруда көреді, ал сұйық отынды суборбиталды зымыран техникалық шешімдерді әзірлеу үшін көбірек пайдаланылады.
Lin Industrial -дің негізгі жобасы - Taimyr ультра жеңіл зымыран тасығышы. Бастапқыда жобада салмағы 10-нан 180 кг-ға дейінгі LEO-ға дейінгі жүкті шығару мүмкіндігімен зымыран тасығышты құруға мүмкіндік беретін модульдердің сериялы-параллель орналасуы бар модульдік макет қарастырылған. Ұшырылатын зымыран тасығыштың минималды массасының өзгеруі әмбебап зымырандық қондырғылардың санын өзгерту арқылы қамтамасыз етілуі тиіс еді-URB-1, URB-2 және URB-3 және үшінші сатыдағы RB-2 зымыран қондырғылары.
«Таймыр» зымыран тасығышының қозғалтқыштары керосинмен және концентрацияланған сутегінің асқын тотығымен жұмыс істеуі керек; отын сығылған гелиймен ауыстырылуы керек. Дизайнда көміртекті талшықты күшейтілген пластмассалар мен 3D басып шығарылған компоненттерді қамтитын композиттік материалдар кеңінен қолданылады деп күтілуде.
Кейінірек Lin Industrial компаниясы модульдік схемадан бас тартты - зымыран тасығыш екі сатылы болды, қадамдардың реттілігі бойынша, нәтижесінде Таймыр зымыран тасығышының келбеті Electron зымыран тасығышының келбетіне ұқсай бастады. Зымыран зертханасы. Сондай -ақ, сығылған гелийдегі орын ауыстыру жүйесі батареялармен жұмыс істейтін электр сорғыларының көмегімен отынмен ауыстырылды.
Таймыр LV бірінші ұшырылымы 2023 жылға жоспарланған.
IHI аэроғарыштық
Ультра жеңіл ұшыру қондырғыларының бірі-S-520 геофизикалық зымыранының негізінде үшінші саты мен борттық жүйелердің сәйкес жетілдірілуі негізінде жасалған IHI Aerospace өндіретін жапондық SS-520 үш сатылы қатты отындық зымыран тасығышы. SS-520 зымыранының биіктігі 9,54 метр, диаметрі 0,54 метр, ұшыру салмағы 2600 кг. LEO -ға жеткізілетін пайдалы жүктеме массасы шамамен 4 кг құрайды.
Бірінші сатының корпусы жоғары берікті болаттан, екінші сатысы көміртекті талшықты композиттен, бастың қаптамасы шыны талшықтан жасалған. Барлық үш кезең - қатты отын. SS-520 LV басқару жүйесі бірінші және екінші сатыларды бөлу кезінде мезгіл-мезгіл қосылады, ал қалған уақытта зымыран айналу арқылы тұрақтандырылады.
2018 жылдың 3 ақпанында SS-520-4 LV тұтынушы электронды компоненттерінен ғарыш аппараттарын жасау мүмкіндігін көрсетуге арналған массасы 3 келі болатын TRICOM-1R кубикті сәтті ұшырды. Ұшу кезінде SS-520-4 LV Гиннестің рекордтар кітабына тіркелген әлемдегі ең кішкентай ұшыру құралы болды.
Қатты отынды метеорологиялық және геофизикалық зымырандар негізінде ультра шағын зымыран-тасығыштарды құру перспективалы бағыт бола алады. Мұндай зымырандарға қызмет көрсету оңай, оларды қысқа мерзімде ұшыруға дайындығын қамтамасыз ететін жағдайда ұзақ уақыт сақтауға болады.
Зымыран қозғалтқышының құны зымыран құнының шамамен 50% -ын құрауы мүмкін және тіпті аддитивті технологияларды қолдануды ескере отырып, 30% -дан төмен көрсеткішке қол жеткізу екіталай. Қатты қозғалатын зымыран тасығыштарда криогенді тотықтырғыш қолданылмайды, ол іске қосар алдында бірден сақтау мен жанармай құюдың арнайы шарттарын қажет етеді. Сонымен бірге қатты отындық зарядтарды өндіру үшін қажетті конфигурациядағы отын зарядтарын «басып шығаруға» мүмкіндік беретін аддитивті технологиялар да әзірленуде.
Өте жеңіл ұшыру қондырғыларының ықшам өлшемдері оларды тасымалдауды жеңілдетеді және қажетті орбиталық бейімділікті алу үшін планетаның әр түрлі нүктелерінен ұшыруға мүмкіндік береді. Ультра жеңіл ұшырылатын зымырандар үшін «үлкен» зымырандарға қарағанда әлдеқайда қарапайым ұшыру платформасы қажет, бұл оны мобильді етеді.
Ресейде мұндай зымырандардың жобалары бар ма және оларды қандай негізде жүзеге асыруға болады?
КСРО-да метеорологиялық зымырандардың едәуір саны шығарылды-MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 және геофизикалық зымырандар-R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, «Тік», K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Бұл конструкциялардың көпшілігі баллистикалық немесе зымыранға қарсы зымырандардағы әскери әзірлемелерге негізделген. Атмосфераның жоғарғы қабатын белсенді зерттеу жылдарында ұшыру саны жылына 600-700 зымыранға жетті.
КСРО ыдырағаннан кейін зымырандардың ұшырылу саны мен түрлері түбегейлі қысқартылды. Қазіргі уақытта Рошидромет екі кешенді-NPO Typhoon / OKB Novator әзірлеген MN-300 зымыраны бар MR-30 мен «KBP» АҚ жасаған MERA метеорологиялық зымыранын қолданады.
MR-30 (MN-300)
MR-30 кешенінің зымыраны 50-150 кг ғылыми жабдықты 300 шақырым биіктікке көтеруді қамтамасыз етеді. MN-300 зымыранының ұзындығы диаметрі 445 мм 8012 мм, ұшыру салмағы 1558 кг. MN-300 зымыран тасығышының бір ұшырылу құны 55-60 миллион рубльге бағаланады.
MN-300 зымыраны негізінде екінші саты мен жоғарғы саты (шын мәнінде, үшінші кезең) қосу арқылы ультра кіші ИР-300 зымыран тасығышын құру мүмкіндігі қарастырылуда. Яғни, шын мәнінде, жапондық SS-520 зымыран тасығышын енгізудің сәтті тәжірибесін қайталау ұсынылады.
Сонымен қатар, кейбір сарапшылар MN-300 зымыранының максималды жылдамдығы шамамен 2000 м / с болғандықтан, ғарыштық жылдамдықты шамамен 8000 м / с алу үшін, зымыран тасығышты қою қажет деген пікірді білдіреді. орбитаға шығу үшін бастапқы жобаны тым байыпты қайта қарау қажет болуы мүмкін. бұл - жаңа өнімді әзірлеу, бұл іске қосу құнын дерлік шама бойынша көтеруге әкелуі мүмкін және оны бәсекелестермен салыстырғанда тиімсіз етеді.
ӨЛШЕМ
MERA метеорологиялық зымыраны салмағы 2-3 кг болатын жүкті 110 шақырым биіктікке көтеруге арналған. MERA зымыранының массасы 67 кг.
Бір қарағанда, MERA метеорологиялық зымыраны ультра жеңіл зымыран тасығышты құру үшін негіз ретінде пайдалануға мүлдем жарамсыз, бірақ сонымен бірге бұл көзқарасқа қарсы шығуға мүмкіндік беретін кейбір нюанстар бар.
MERA метеорологиялық зымыраны екі сатылы бикалибер болып табылады және тек бірінші кезең жеделдету функциясын орындайды, екіншісі-бөлінгеннен кейін инерциямен ұшады, бұл бұл кешенді Тунгусканың зениттік басқарылатын зымырандарына ұқсас етеді. Панцир зениттік-зымырандық-зеңбірік кешендері (ЗРПК). Шын мәнінде, осы кешендердің әуе шабуылына қарсы қорғаныс зымырандарына арналған зымырандар негізінде MERA метеорологиялық зымыраны жасалды.
Бірінші кезең - қатты отын заряды бар композициялық дене. 2,5 секундта бірінші кезең метеорологиялық зымыранды 5М (дыбыс жылдамдығы) жылдамдыққа дейін тездетеді, бұл шамамен 1500 м / с. Бірінші кезеңнің диаметрі 170 мм.
Құрамалы материалды орау арқылы жасалған MERA метеорологиялық зымыранының бірінші кезеңі өте жеңіл (болат пен алюминийден ұқсас өлшемдермен салыстырғанда) - оның салмағы небары 55 кг. Сондай -ақ, оның бағасы көміртекті талшықтан жасалған ерітінділерге қарағанда айтарлықтай төмен болуы керек.
Осыған сүйене отырып, MERA метеорологиялық зымыранының бірінші кезеңі негізінде, аса жеңіл зымыран тасығыштардың сатыларын топтамалық қалыптастыруға арналған бірыңғай зымыран модулін (URM) жасауға болады деп болжауға болады
Іс жүзінде мұндай екі модуль болады, олар атмосферада немесе вакуумда жұмыс істеу үшін оңтайландырылған зымыран қозғалтқышының саптамасында ерекшеленеді. Қазіргі уақытта «KBP» АҚ орау әдісімен шығарылатын қаптамалардың максималды диаметрі 220 мм. Диаметрі мен ұзындығы үлкен композициялық корпустарды шығарудың техникалық мүмкіншілігі болуы мүмкін.
Екінші жағынан, оңтайлы шешім корпусты өндіру болуы мүмкін, оның көлемі Панцир зениттік -зымырандық кешеніне арналған кез келген оқ -дәрілермен, Гермес кешенінің басқарылатын зымырандарымен немесе MERA метеорологиялық зымырандарымен біріктіріледі. өнімнің бір түрін сериялық шығару көлемін ұлғайту арқылы бір өнімнің өзіндік құнын төмендету.
Зымыран -тасығыштың сатыларын УРМ -дан іріктеп алу керек, оларды параллель бекіту керек, ал сатыларды бөлу көлденеңінен жүзеге асырылатын болады - ҰҚЖ -ны сатысында бойлық бөлу қарастырылмаған. Мұндай зымыран тасығыштың сатылары үлкенірек диаметрлі моноблокты корпуспен салыстырғанда үлкен паразиттік массаға ие болады деп болжауға болады. Бұл ішінара дұрыс, бірақ композиттік материалдардан жасалған корпустың төмен салмағы бұл кемшілікті айтарлықтай дәрежеде түзетуге мүмкіндік береді. Ұқсас технологияны қолдана отырып жасалған үлкен диаметрлі корпусты өндіру әлдеқайда қиын және қымбатқа түсетін болады, ал оның қабырғалары URM-ге қарағанда құрылымның қажетті қаттылығын қамтамасыз ету үшін әлдеқайда қалың болуы керек. пакетте, нәтижесінде моноблок көп болады және пакеттік шешімдер соңғысының бағасы бойынша салыстырылады. Болаттан немесе алюминийден жасалған моноблок корпусы орамалы композиттен гөрі ауыр болуы ықтимал.
URM -дің параллель қосылуы сатының жоғарғы және төменгі бөліктерінде орналасқан (URM корпусының тарылу нүктелерінде) жалпақ композитті фрезерленген элементтердің көмегімен жүзеге асырылуы мүмкін. Қажет болса, композициялық материалдардан жасалған қосымша шпалдарды қолдануға болады. Құрылымдағы шығындарды төмендету үшін технологиялық және арзан өндірістік материалдар мүмкіндігінше жоғары беріктігі бар желімдерді қолдану керек.
Сол сияқты, LV сатылары композициялық құбырлы немесе арматураланатын элементтермен өзара байланысты болуы мүмкін, ал конструкция бөлінбейтін болуы мүмкін, кезеңдер бөлінген кезде, көтергіш элементтер басқарылатын тәртіпте пиро зарядтармен жойылуы мүмкін. Сонымен қатар, сенімділікті арттыру үшін пиро зарядтар тірек конструкциясының бірнеше рет орналасқан нүктелерінде орналасуы мүмкін және олар электрлік тұтанудан да, жоғары сатыдағы қозғалтқыштардың жалынынан тікелей тұтанудан да басталуы мүмкін (ату үшін) төменгі саты, егер электр тұтану жұмыс істемесе).
Зымыран тасығышты жапондық SSL-520 зымыран тасығышындағыдай басқаруға болады. Панцир зениттік -зымырандық қондырғысына орнатылғанға ұқсас радиобасқару жүйесін орнатудың нұсқасы, кем дегенде, ұшу траекториясының бір бөлігінде (және, мүмкін, барлық кезеңдерде) зымыран тасығыштың ұшырылуын түзету үшін қарастырылуы мүмкін. ұшу). Мүмкін, бұл бір рет қолданылатын зымыран бортындағы қымбат қондырғыларды «қайта пайдалануға болатын» басқару машинасына апару арқылы азайтуға мүмкіндік береді.
Тіреу құрылымын, байланыстырушы элементтерді және басқару жүйесін ескере отырып, соңғы өнім LEO -ға бірнеше килограммнан бірнеше ондаған килограммға дейінгі пайдалы жүкті жеткізе алады деп болжауға болады (бірыңғай зымыран модульдерінің санына байланысты). кезеңдерде) және жапондық SS-LV. 520 және басқа да осы сияқты жеңіл және жеңіл ресейлік және ресейлік компаниялар шығарған зымыран тасығыштармен бәсекелеседі.
Жобаны сәтті коммерцияландыру үшін MERA-K аса жеңіл зымыран-тасығышты ұшырудың сметалық құны 3,5 миллион доллардан аспауы тиіс (бұл SS-520 зымыран тасығышының ұшыру құны).
Коммерциялық қосымшалардан басқа, MERA-K зымыран тасығышы ғарыш аппараттарын шұғыл түрде шығару үшін қолданылуы мүмкін, олардың көлемі мен салмағы да біртіндеп азаяды.
Сондай-ақ, MERA-K зымыран тасығышын іске асыру кезінде алынған әзірлемелерді жетілдірілген қару жасау үшін қолдануға болады, мысалы, ұшыру басталғаннан кейін тасталатын ықшам планер түріндегі кәдімгі зеңбірек бар гиперсониялық кешен. көлік траекторияның жоғарғы нүктесіне дейін.
