Краткий экскурс в британское ракетостроение

В июле британское правительство объявило, что в Сатерленде, округе на Северо-Шотландском нагорье, расположится первый космопорт Великобритании.

Художественное представление будущего космопорта Сатерленд

Некоторые восприняли это как начало ‘Британской космической эры’, но, по правде говоря, множество инновационных компаний вот уже несколько лет проталкивают космическую индустрию Великобритании на мировой рынок. Теперь им в этом будет помогать новый космопорт. Мы пообщались с фирмами, стоящими за самыми изобретательными, смелыми и потрясающими инженерными решениями в секторе, который уже готов к первым запускам, и вот, что о них узнали:

<cite>Skyrora</cite>

Орбитальная ракета-носитель легкого класса Skyrora XL © Skyrora

Решение проблемы с нереализованными спутниками

Когда-то спутники были прерогативой лишь правительственных агентств и телекоммуникационных компаний, но сегодня, благодаря небольшим космическим аппаратам и частным запускам, земная орбита стала доступна для многих исследовательских и малых фирм. Это ‘демократизирует’ космос, но время идет, и накапливается множество нереализованных спутников, ожидающих своих запусков.

Skyrora надеется решить сложившуюся проблему, обратившись к наследию отечественного ракетостроения. При создании своей системы запусков компания, расположенная в Эдинбурге, вдохновлялась британскими ракетами 60-70-х годов Skylark и Black Arrow. Ее первые тестовые суборбитальные полеты должны состояться уже в следующем году, а орбитальные намечены на 2021.

Британская ракета-носитель Black Arrow

Как и Black Arrow, семейство ракет Skyrora будет использовать в качестве топлива керосин, а окислителем выступит пероксид водорода. Последний хорош тем, что не требует криогенного хранения, благодаря чему его можно использовать для запуска в любой момент, учитывая частые погодные изменения, характерные для Великобритании. Представитель Skyrora говорит, что компания ведет переговоры по использованию будущего космопорта в Сатерленде, а также других потенциальных стартовых площадок на Внешних Гебридских и Шетландских островах.

<cite>Orbex</cite>

Художественное представление стартовой площадки Orbex в космопорте Сатерленд © Orbex

« «Зеленая» ракета

За изменением климата не всегда можно наблюдать с поверхности Земли, но будучи на орбите, у вас появляется возможность следить за интенсивностью таяния ледников или лесными пожарами. Мониторинг климата, конечно, играет важную роль для британских космических стартапов, но во время самого запуска в атмосферу выделяются тонны загрязняющих веществ, так что трудно сказать, что все это делается на благо природы.

Для разработки системы запусков, призванной бороться с данной проблемой, Orbex был выделен грант в размере 30 миллионов фунтов стерлингов. По словам компании, их ракета будет использовать биопропан, который способен сократить выбросы углерода на 90% по сравнению с традиционными углеводородами. Помимо этого, они планируют использовать «новый подход к повторному использованию» и безударную систему отделения ступеней, благодаря которой на орбите не будет оставаться космический мусор [прим. Вы можете заметить таковой во время отделения второй ступени от ускорителя Falcon 9].

В заявлении компании, Крис Лармур, исполнительный директор Orbex, говорит, что новая технология поможет снизить массу и выбросы углерода, а также решить проблему с необходимостью в частых малых запусках.

<cite>Reaction Engines</cite>

Один из концептов орбитальных самолетов, использующих двигательную установку Sabre © REL

О Очень холодные орбитальные самолеты

Сказать, что воздух будет поступать в двигатель Sabre горячим, все равно, что ничего не сказать, – ведь его температура при сжатии достигает 1 000°C. Но спустя всего одну двадцатую секунды, она опустится до -150°C, благодаря ультралёгкому теплообменнику реактивного двигателя. В его конструкции используются тысячи маленьких тонкостенных трубок, заполненных гелием, которые обеспечивают большую площадь поверхности, имеющую малый вес и способную быстро поглощать тепло.

Чтобы предотвратить образование водяного пара во время охлаждения до столь низких температур, Sabre – Synergetic Air-Breathing Rocket Engine – будет дополнительно впрыскивать туда метанол.

Те самые трубки, заполненные гелием © Reaction Engines Ltd

Reaction Engines, расположенная в Харуэлле, деревне к югу от Оксфорда, надеется протестировать свою охладительную систему в Колорадо, США, до конца этого года. Теплообменник является «ключом к успеху» для Sabre, комбинации ракетного и реактивного двигателей, который поможет в создании нового поколения одноступенчатых орбитальных самолетов, способных развивать скорость 5,4 М в атмосфере и до 25 М за линией Кармана.

Skylon © Reaction Engines Ltd

«Один такой концепт, орбитальный самолет Skylon, ‘перевел на себя внимание общественности’ от разработки двигателя», - говорит пресс-секретарь компании. Сейчас рассматривается целый ‘ряд’ концептов, но говорить о них Reaction Engines будет только после тестирования двигательной установки Sabre.

<cite>StratoBooster</cite>

И Использование воздушных шаров, чтобы обмануть погоду

Плохая погода может помешать крупномасштабным запускам с космопорта Сатерленд, но для StratoBooster это не проблема. Разработанный отдельной командой студентов Университета Тиссайд и их наставником Шоном Уайтхедом, StratoBooster является симбиозом аэростата и ракеты-носителя. Воздушный шар, наполненный водородом, поднимет полезную нагрузку на высоту около 32 километров, где содержится всего 1% атмосферы. После этого ракета, заправленная перхлоратом аммония [прим. Используется в составе твердых ракетных топлив], в отсутствии аэродинамического сопротивления разгонится до скорости 5 М (1,7 км/с).

«На высоте 32 километров нет погоды, - говорит Уайтхед, - Поэтому любой день прекрасно подойдет для запуска».

Позиционируя себя, как эффективная с точки зрения затрат альтернатива крупным запускам, StratoBooster имеет и другие преимущества. Суборбитальная ракета будет высотой с пачку бумаги А4, в то время как орбитальная версия будет размером с обычный чемодан.

«В результате, - говорит Уайтхед, - мы имеем систему с низким уровнем загрязнения, способную на запуск из любой точки Великобритании». Различные проекты будут реализованы намного быстрее, чем если бы использовались тяжеленые ракеты-носители, одна только транспортировка которых может занять кучу времени.

<cite>Thales Alenia Space</cite>

Концепт Skimsat © Thales Alenia Space

' ''Парим'' на орбите

Несмотря на то, что отечественные фирмы процветают в последние годы, иностранные космические компании так же открывают британские филиалы в Харуэлле и Бристоле. Thales Alenia Space в Великобритании – ответвление франко-итальянской компании, крупнейшего производителя спутниковых систем в Европе, имеет современное инжиниринговое предприятие в Белфасте, столице Северной Ирландии.

Одна из самых передовых разработок TAS, которую представили на авиасалоне Фарнборо в этом году, – Skimsat. Причудливое изображение этой концепции показывает нам четыре космических аппарата, ‘парящих’ на орбите при помощи ‘крыльев’ из солнечных панелей. По всей видимости они будут летать сомкнутым строем, передавая сигналы на Землю.

Данная спутниковая платформа разработана для создания низкозатратных спутниковых ‘созвездий’ глобального охвата. Каждый из них будет весить 125 килограмм и летать на 220 километровой Низкой Околоземной Орбите. Для таких миссий понадобится гораздо меньшая аппаратура наблюдения, чем для космических аппаратов на более высокой орбите, благодаря чему уменьшается их стоимость. По истечение ресурса работы ионных двигателей, спутникам будет суждено сгореть в атмосфере.

Материал является переводом двух статей (1) и (2) от независимой ассоциации Института Механической Инженерии (Institution of Mechanical Engineers), расположенной в Лондоне.

За авторством: Joseph Flaig
Перевод: SpaceX и все, что рядом