Amikor a görög mitológia és az űrkutatás találkozik

Űrhajózási légi-indító rendszerek

img_20210513_084354.jpgA múlt század közepe óta több országban is kidolgozták a légi indítású űrhajózási rendszer koncepcióját. A hasznos terhek pályára állítását repülőgép vagy más légi járműről indított hordozórakéta segítségével biztosítják.Ez az indítási módszer ugyan korlátozza az űrbe juttatható hasznos teher tömegét, de költséghatékony és könnyen előkészíthető.Ez az áttekintés összefoglalja a jelenleg futó programokat.

 

Pegazus

A nyolcvanas évek végén indult az eddigi legsikeresebb légi indítású űrhajózási rendszer. Az amerikai Orbital Sciense vállalat (ma a Northrop Grumman része) a Scaled Composites részvételével fejlesztette ki a Pegasus rendszert az azonos nevű hordozórakéta alapján.

A Pegasus rakéta indítása egy Stargazer repülőgépről, 2006 márciusában. Fotó: NASA

A háromfokozatú Pegasus rakéta 16,9 m hosszú és 18,5 tonna indítási tömegű. Minden fokozat szilárd hajtóanyagú hajtóművekkel van felszerelve. Az első fokozat, amely a légkörben való repülésért felelős, háromszög alakú szárnyakkal van felszerelve. A hasznos teher elhelyezésére egy 2,1 m hosszú és 1,18 m átmérőjű rekesz áll rendelkezésre. A hasznos teher tömege 443 kg.

 

Pegasus XL a hordozóhoz rögzítve. NASA fotó

1994-ben mutatták be a Pegasus XL rakétát, amelynek hossza 17,6 m, tömege 23,13 tonna. A méret és a tömeg növelésével új motorok bevezetésére nyílt lehetőség. Az "XL" javított energia- és repülési jellemzőkkel rendelkezik, lehetővé téve számára, hogy magasabb pályát tudjon elérni vagy nagyobb hasznos terhet szállítani.A Pegasus hordozógépe eredetileg egy módosított B-52H bombázó volt.A repülőgép külső függesztő szerelvényt és és más indításvezérlő eszközöket kapott a rakéta hordozása és indítása érdekében.

Pegasus XL indítás forrás(NASA's Kennedy Space Center)

 

A Pegasus indításait több amerikai és külföldi bázisról hajtják végre. Az indítás módszertana meglehetősen egyszerű. A hordozó repülőgép ,12 ezer méteres magasságba emelkedik majd a rakétát leoldják. Ezt követően Pegasus néhány másodperc múlva elindítja az első fokozat hajtóművét. A három motor teljes üzemideje 220 másodperc. Ez elegendő ahhoz, hogy a rakományt alacsony Föld körüli pályára juttassa.
                                    
                                        A Pegasus rakéta repülési profilja  forrás:( Űrvilág)
A Pegasus rakéta első indítására egy módosított  B-52H segítségével 1990 áprilisában került sor. 1994-ben egy új hordozó repülőgépet állítottak üzembe. A kilencvenes évek eleje óta évente több indítás is történt azzal a céllal, hogy valamilyen kompakt és könnyű objektumot pályára állítsanak. 2019 őszéig az ACS Pegasus 44 küldetést hajtott végre, amelyek közül mindössze 5 végződött kudarccal vagy részleges sikerrel. Az indítási költségek a rakéta típusától és más tényezőktől függően 40 és 56 millió dollár között mozognak.
                                                         StratoLaunch
                                                                    
                                                                                                                                     Fotó:APRIL KELLER/AFP
                                       A  StratoLunch földi tesztjei 2018-ban  forrás:(Űrvilág)
                                           
                                                                                                                                                        
                                                                 
Ezt a projektet a 2018. október 15-én elhunyt Paul G. Allen  a Microsoft egyik alapítója hozta létre 2011-ben ebben a projektben a hordozójármű tekintetében szó szerint mertek nagyot álmodni,hiszen egy gigászi méretű és teljesen szokatlan és egyedi megjelenésű  hordozójármű kifejlesztését és megépítését tűzték ki célul,a hordozójármű alapja két használt Boeing 747 volt amelyekből a költséghatékonyság érdekében minél többet igyekeztek felhasználni (hajtóművek, futómű, pilótafülke és fedélzeti rendszerek), és gyakorlatilag ezek köré egy kettős kompozit testet és egyenes szárnyakat "raktak" így született meg a teljesen egyedi megjelenésű Roc-nak nevezett óriásgép amely 117 méteres szárnyfesztávolsággal rendelkezik és maximum 250 tonnát tud a két törzsrész közzé függesztve a levegőbe emelni
                                                                                A StratoLaunch tervezett indítójárművei: Pegasus XL, MLV, MLV-Heavy és a Black Ice  forrás:(Űrvilág)
A gép építése lassan haladt sokáig  csend volt a projekt körül, 2018. augusztus 20-án azonban  bejelentették, hogy 2020-ra tervezik, az első műholdindítási tesztjük végrehajtását. Ehhez pedig Northrop-Grumman által felvásárolt OrbitalATK Pegasus XL levegőből indított, szilárd hajtóanyagú rakétáját fogják alkalmazni . A Pegasus XL egyébként 370 kg-ot vihet fel nagyjából 400 km-es magasságba.A gép első felszállására 2019.április 13- n került sor.

A repülőgép második felszállására 2021.április.29-én került sor.A vállalatot időközben Paul G. Allen 2018 októberi halálát követően eladták az új tulajdonosok pedig újraformálták a StratoLaunch szerepét a terveik szerint, a repülőgépek hiperszonikus járművek mobil indítóplatformjaként fog szolgál majd.
A LauncherOne.

A 2000-es évek vége óta az amerikai Virgin Galactic cég a LauncherOne projektjén dolgozik. Hosszú ideig végzett kutatási és fejlesztési munkát, és jelenleg is keresi a potenciális ügyfeleket. Az 1990-es évek második felében a fejlesztő cégnek problémái adódtak, amelyek miatt a projekt ütemtervét felül kellett v

LauncherOne rakéta teszt, 2019. júliusi Virgin Orbit fotó

A LauncherOne rendszer az azonos nevű rakéta köré épül. Ez egy kétlépcsős rakéta amelynek hossza több mint 21 m, tömege pedig körülbelül 30 tonna. A rakéta N3 és N4 hajtóművekkel van felszerelve, amelyek kerozint és folyékony oxigént használnak. A motorok teljes üzemideje 540 másodperc. A LauncherOne rakéta 500 kg rakományt képes 230 km magas pályára emelni. A rakéta háromfokozatú, a jobb tulajdonságokkal rendelkező módosítása fejlesztés alatt áll.
                 
A hordozórakétát eredetileg egy speciális White Knight Two repülőgéppel tervezték indítani, de 2015-ben erről lemondtak. Az új hordozógép egy áttervezett Boeing 747-400-as utasszállító repülőgép volt, amelynek a Cosmic Girl a neve. A centroplan bal oldala alatt egy pilon van felszerelve a LauncherOne elhelyezésére.

A LauncherOne első sikeres repülése, 2021. január 17. Fotó: Virgin Orbit

A fejlesztő cég szerint a LauncherOne  bármely alkalmas repülőtérről üzemeltethető. A rakéta indítási helyét a kívánt pályaparamétereknek megfelelően választják ki. Az indítási és repülési elvek tekintetében a Virgin Galactic fejlesztése nem különbözik más légi-indító rendszerekétől. Egy ilyen művelet költsége 12 millió dollár.
A LauncherOne első indítására 2020. május 25-én került sor. Miután a rakéta levált a hordozórakétáról, beindította a hajtóművet, és megkezdte a repülést. Röviddel ezután az első fokozat oxidálószer-csővezetéke megrepedt, ami az N3 hajtómű leállását okozta. A rakéta az óceánba zuhant.

LauncherOne első sikeres indítása forrás(CNET Highlights)

2021. január 17-én a Virgin Orbit végrehajtotta első sikeres indítását. A rakéta a Csendes-óceán fölé emelkedett,és 10 CubeSat (kockaműhold) típusú műholdat bocsátott alacsony pályára. Három további indításra vonatkozó szerződés van érvényben. Korábban a OneWeb kommunikációs cégtől érkezett megrendelés, de ezeket a startokat határozatlan időre elhalasztották, vagy törölhetik.
                                                                                                                MaSat-1 CubeSat makettje forrás:(Logout)

 

Potenciális versenytársak

 

Jelenleg több országban új, légi indítású projekteket hoznak létre. A legtöbb projektet az Egyesült Államokban kínálják, ahol a vállalkozó kedvű fejlesztők komoly támogatást kaphatnak a NASA-l. Más országokban másképp néz ki a helyzet - és ez eddig nem vezetett semmilyen érzékelhető sikerhez.De ettől függetlenül az egyértelműen látszik,hogy ebben a szegmensben élesedik a verseny.

Ennek legjobb bizonyítéka az alabamai Huntsville-ben működő Aevum kisvállalat Ravn X pilóta nélküli űrhajójának "hirtelen" történő bemutatása. A bemutatott példány, amennyire meg lehet állapítani, egy makett.Ami magát az Aevumot illeti, 2016-ban alapították. A rendszer fejlesztését egészen a közelmúltig igyekeztek nem reklámozni. Mostanra azonban ismertté vált ezen ígéretes rendszer általános koncepciója és néhány technikai részlete is.

Ravn X - egy újrafelhasználható drón, amely egy külső rakétát hordoz, amely viszont egy kis tömegű hasznos terhet juttat alacsony pályára. A két hajtóművel ellátott drón (amely voltaképpen a rendszer első szakasza), tömege 25 tonna, hossza 24 méter, szárnyfesztávolsága pedig 18 méter. Ez nagyjából az amerikai A-5 Vigilante bombázóhoz hasonló méretű. És amint arra a The Drive helyesen rámutat az "Aevum's Space Launch Plane Is A-5 Vigilante Sized, Its Claims Are Even Bigger" című cikkében, a jármű vizuálisan hasonlít a Boeing által jelenleg fejlesztett Loyal Wingman pilóta nélküli "szárnysegéd" koncepciójára. És amely nemrég kezdett el a tesztprogramját a kifutópályán (az első repülésre még idén sor kerülhet).


A drón által hordozandó rakéta kétfokozatú lesz: a benyújtott adatok szerint a rendszer képes lesz akár 500 kg tömegű rakományt is alacsony pályára állítani. Vagyis a könnyű osztályba tartozó hordozórakéták közzé sorolható.
Az Aevum által javasolt de facto koncepció egy háromfokozatú rendszer létrehozását jelenti, amelyben maga a drón az első fokozat, az alatta felfüggesztett rakéta,képviseli a másik két fokozatot. A Ravn X ugyanúgy száll fel és száll le, mint egy közönséges repülőgép. A rakétát a tervek szerint 9ꟷ18 ezer méteres magasság között indítanák el.

Első pillantásra ez a rendszer (mivel meglehetősen bonyolult és drága) úgy tűnhet nem lenne képes felvenni a versenyt az újrafelhasználható rakétákkal vagy a könnyű ultrakönnyű osztály olcsó, eldobható hordozóeszközeivel szemben. Ez azonban, amennyire megítélhető egyáltalán nem biztos,hogy így van .

A rendszer előnyei más síkon helyezkednek el. Egy hordozórakéta indításának előkészítése hosszú és összetett vállalkozás, amely számos tényezőtől függ, beleértve az indítóhelyen uralkodó időjárási viszonyokat is. Ezért a Pentagon már régóta szeretne egy olyan hordozórakétát, amely bármilyen hasznos terhet képes eljuttatni az űrbe. Az egyik ilyen megoldás lehet az Aevum megoldása.

A koncepció szerint a Ravn X segítségével 3 óránként lehet kis műholdakat indítani az űrbe.Az Aevum aktívan együttműködik az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumával. Az első küldetés, amelyet az együttműködés keretében szeretnének megvalósítani, az ASLON-45 nevet kapja: és az amerikai űrerő érdekeit szolgálja majd.Az eszköz első repülése nagyon hamar - 2021-ben - várható.

Ami pedig a katonai szférát illeti, a Ravn X-nek finoman szólva is kevés riválisa van. Korábban a Pentagon már többször is megpróbált egy olcsó és "igénytelen" eszközre szert tenni a hasznos terhek pályára állítására, de ezek a próbálkozások de facto semmilyen kézzelfogható erdménnyel nem jártak. A DARPA még 2013-ban jelentette be az XS-1 programot, amelynek célja egy alacsony költségű, újrafelhasználható jármű kifejlesztése volt, amely lehetővé teszi kis járművek gyakori és gyors pályára állítását. De 2020 januárjában a Boeing hirtelen kivonult a Phantom Express újrafelhasználható űrrepülőgép fejlesztési programjából.

"A részletes felülvizsgálatot követően a Boeing azonnal befejezi részvételét a Kísérleti Űrrepülőgép Programban (XSP)" - mondta Jerry Drelling a vállalat részéről. - "Most átirányítjuk a befektetéseinket az XSP-ről a Boeing más programjaira, amelyek a tengeri, légi és űrhajózási programokat foglalják magukban."

Érdemes még megemlíteni azt a programot is, amelyet korábban az amerikai védelmi minisztérium kutatásokért felelős részlege (DARPA) indított el ez a program a "keresztségben" az  ALASA (Airborne Launch Assist Space Access) nevet kapta:ebben a programban egy F-15 Eagle vadászgépnek egy  olyan rakétát kellett volna indítania, amely kis űrjárműveket és műholdakat juttatott volna pályára. A sikertelen tesztek oda vezettek, hogy a programot 2015-ben leállították.

Ugyanakkor az Egyesült Államok természetesen nem hagy fel a kísérleti  Boeing X-37-es programjával.Az űrhajó céljaira és célkitűzéseire vonatkozó számos hivatalos nyilatkozat ellenére a program végső célja továbbra sem ismert. Talán az Aevum projekt választ ad a "legtitkosabb űrhajó" körüli kérdések egy részére.

A légi indítású űrjárművek egy érdekes koncepcióját az amerikai Generation Orbit cég szeretné megvalósítani. A GOLauncher-1 X-60A projektje egyfokozatú folyékony hajtóanyagú rakéta építését irányozza elő, amely alkalmas a Learjet 35 repülőgép alá történő felfüggesztésre. Az X-60A-t számos kutatás platformjának tekintik.


X-60A rakéta indítása. Az amerikai légierő Generation Orbit grafikája.

A Generation Orbit a múlt évtized elején kapott támogatást a Pentagontól. 2014-ben az X-60A rakéta egy makettje végrehajtotta első repülését egy hordozóeszközhöz rögzítva.. Azóta nem érkezett jelentés tesztrepülésekről. Valószínű, hogy a katonai minisztérium és a vállalkozó még mindig fejleszt, de valamilyen okból kifolyólag nem tudnak teljes körű repülési teszteket indítani.

Európai programok

Franciaország, amelyet a Dassault és az Astrium képvisel,és a 2000-es évek vége óta dolgoznak az Aldebaran(Követő) programon. Kezdetben több, különböző indítási módszerrel rendelkező rakétakoncepciót is fontolóra vettek, de csak az MLA (Micro Launcher Airborne), egy kompakt, többlépcsős hordozórakéta koncepcióját fejlesztették tovább, amely konfigurációtól függően 50-70 kg vagy 150 kg tömegű hasznos teher elsősorban mikroműholdak alacsony Föld körüli pályára juttatására lenne képes,és amely alkalmas a Rafale vadászgépről tőrténő indítáanak.Az Aldebaran MLA tervezése már több éve folyik, de a tesztek még nem kezdődtek meg. Ráadásul mind a tesztek időzítése, mind a projekt jövője kétséges.

Animáció az MLA Indításáról Forrás:Dassault

 

Oroszországban számos különböző típusú légi indítású-projektet vázoltak fel, és ezek anyagait többször bemutatták különböző kiállításokon. A MAKS projekt például az AN-225-ös repülőgép és egy külső üzemanyagtartállyal ellátott űrrepülőgép használatát javasolta. Egy AN-124-es típuson alapuló légi indítási projektet is kidolgoztak. A Polet rakétát egy konténerben helyezték volna el és annak segítségével juttatták volna ki az AN-124 teherteréből. Mindkét projektet több okból kifolyólag nem lehetett befejezni.



 Légi indítású rendszer az An-124 alapján. A Makeyev Állami Kutatóközpont grafikája

Az ilyen rendszerek hasznos teherbírása még nem haladja meg a néhány száz kilogrammot, és közvetlenül függ a rakéta indítótömegétől, amelyet viszont a hordozórakéta jellemzői alapján határoznak meg. Az üzemanyag-megtakarítás a levegőből történő indítással általában nem oldja meg ezt a problémát.
A levegőből indított rendszereknek azonban megvannak az előnyei is."Kényelmes" eszköznek bizonyulnak kis hasznos terhek alacsony pályára juttatására. A kisebb hasznos teherbírás lehetővé teszi a teljes rakomány gyorsabb összeállítását és ez az ügyfelek várakozási idejének csökkentését jelenti. Ugyanakkor lehetőség nyílik arra, hogy a viszonylag alacsony indítási költséget nagyobb számú ügyféllel osszák meg.

Ugyanakkor a miniatűr űrjárművek fejlesztői és gyártói még nem mutatnak kellő érdeklődést a már meglévő és működő rendszerek iiránt.
A külföldi tapasztalatok azt mutatják, hogy a légi indítású űrhajózási rendszerek bizonyos előnyökkel rendelkeznek más rakéta-űrhajózási eszközökkel szemben, és bizonyos feladatokat hatékonyabban tudnak megoldani. Feltételezhető, hogy a jövőben ez a járműosztály nem fog eltűnni, sőt továbbfejlesztik. Ennek eredményeképpen végre egy új piaci rés alakul ki az űrhajó indítások piacán, ami érdekes dolog lesz a rakéták  gyártói és a potenciális ügyfelek számára.

Forrás topwar,ru, Dassault, The Drive,Aevum,logout,Űrvilág,Airportal