Od przełomu XIX i XX wieku eksploracja kosmosu zmieniła się radykalnie dzięki bezprecedensowemu wzrostowi lotnictwa komercyjnego (zwanego także NewSpace). W celu wykorzystania nowych technologii i obniżenia kosztów wystrzelenia ładunków w kosmos powstają naprawdę innowacyjne i nowatorskie pomysły. Obejmuje to pomysł użycia balonów do przenoszenia rakiet na bardzo duże wysokości, a następnie odpalenia ładunków na pożądane orbity.
Ta koncepcja, znana również jako „Rockoons”, poinformowała o w pełni autonomicznym i wielokrotnego użytku systemie startowym Leo Aerospace - który składa się z aerostatu na dużej wysokości (balonu) i platformy rakietowej. Wraz z pierwszymi komercyjnymi premierami planowanymi na przyszły rok, firma planuje wykorzystać ten system do regularnego uruchamiania usług na rynku mikrosatelitarnym (znanym również jako CubeSat) w nadchodzących latach.
Koncepcja Rockoon jest jednym z wielu systemów wystrzeliwania w powietrze, które zostały zbadane i zatwierdzone od początku Ery Kosmicznej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych rakiet, które opierają się na olbrzymich ilościach paliwa, aby osiągnąć prędkość ucieczki i wysłać ładunki na orbitę, systemy wystrzeliwania w powietrze polegają na stosunkowo opłacalnej metodzie transportu ładunku na dużą wysokość, gdzie można go wysłać na Niską Ziemię Orbita (LEO).
Zmniejsza to ilość potrzebnego paliwa, ale obejmuje również wystrzelenie rakiety z wysokości, na których opór powietrza jest mniejszy i potrzeba mniejszej siły, aby uciec grawitacji ziemskiej. Wszystko to pozwala na użycie znacznie mniejszych i lżejszych pojazdów startowych, co prowadzi do znacznie niższych kosztów. Ta metoda jest szczególnie skuteczna w przypadku małych ładunków, takich jak mikrosatelity, które stają się coraz bardziej powszechne.
Obecnie większość realizowanych systemów wyrzutni obejmuje samoloty przenoszące rakiety lub statki kosmiczne z silnikami rakietowymi do wystrzelenia na wysokość - takie jak SpaceShipTwo Virgin Galactic, LauncherOne Virgin Orbit lub lotniskowiec Stratolaunch. Jednak firma Leo Aerospace z siedzibą w Los Angeles postanowiła zbadać równie ważną metodę polegania na platformie LTA, aby uzyskać ładunki w kosmos.
Jako Dane Rudy, współzałożyciel i dyrektor generalny Leo Aerospace, powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Z punktu widzenia fizyki pierwszego rzędu, uruchomienie balonu jest bardzo eleganckim rozwiązaniem zapewniającym wydajne i opłacalne uruchomienie dla małych ładunków. Ponadto ta architektura znacznie zmniejsza wymaganą infrastrukturę uruchomieniową, umożliwiając w pełni mobilne rozwiązanie. ”
Centralne elementy tego systemu startowego to platforma startowa Regulus Orbital i rakieta Orbital. Platforma Regulus zapewnia autonomiczne sterowanie lotem za pośrednictwem szeregu palników (które zapewniają, że aerostat pozostaje pływający) oraz systemu kontroli obrotowej silników dwubiegunowych, z których wszystkie są zamontowane na izolowanym korpusie wykonanym z materiału kompozytowego.
Tymczasem rakieta orbitalna jest miniaturowym trzystopniowym pojazdem nośnym, który jest przymocowany do platformy za pomocą siłownika i szyny nośnej. Gdy aerostat osiągnie wysokość wysunięcia 18 000 metrów (60 000 stóp), rakieta wystartuje i przeniesie ładunek na żądaną orbitę. Według strony z profilami misji firmy system będzie w stanie realizować wiele rodzajów dostaw na różne wysokości.
„Koszt opracowania i produkcji systemu balonów jest o rząd wielkości mniejszy niż użycie samolotu”, powiedział Rudy. „W porównaniu z innymi systemami balonowymi, które wykorzystują gaz podnoszący, nasza architektura gorącego powietrza jest w pełni i szybko wielokrotnego użytku. Możemy przeprowadzić dziesiątki uruchomień za pomocą jednego systemu, zanim będzie wymagana modernizacja. ”
Będą to misje suborbitalne - gdzie ładunki są wysyłane na wysokości powyżej 100 km (62 mil) - do misji orbitalnych, gdzie CubeSats będą wysyłane na orbitę synchroniczną Słońca (SSO) o długości 550 km (340 mil). Inna możliwość, o której z pewnością będą wspominać, obejmuje dostarczanie pomocy humanitarnej lub sprzętu łączności awaryjnej do odległych regionów, które są niedostępne dla samolotów stacjonarnych, dronów lub innych pojazdów powietrznych.
Firma planuje również wprowadzić szybowce i drony, które mogą rozmieszczać się ze swoich samolotów, oferując w ten sposób inne profile misji - takie jak monitorowanie dronów, eksperymenty naukowe i usługi łączności. Oprócz tego, że jest bardziej opłacalnym sposobem umieszczania małych ładunków na orbicie, system startowy ma również tę zaletę, że jest bardzo kompaktowy.
Z tego powodu rakietę, aerostat i maszynę potrzebną do napompowania można umieścić w standardowym kontenerze transportowym, załadować na półciężarówkę, a następnie wysłać tam, gdzie jest to potrzebne. Kabina przyczepy służy również jako początkowa stacja komunikacyjna do uruchomienia. Ten poziom mobilności i elastyczności jest jedną z cech, które mogą sprawić, że platformy aerostatyczne będą skuteczne w dostarczaniu pomocy w nagłych wypadkach i pomocy. Jak powiedział Rudy:
„Zaczynamy odkrywać wiele różnych przypadków użycia opracowywanej przez nas autonomicznej platformy aerostatowej wielokrotnego użytku. Jest całkowicie mobilny i mieści się w standardowym kontenerze transportowym, co ułatwia transport i przechowywanie. Ponadto jest prosty w obsłudze i niezwykle wytrzymały. W przeciwieństwie do podnoszenia balonów gazowych, nasz system może nadal działać z otworem wielkości samochodu w materiale balonu. Nasi współpracownicy z radością wykorzystują te możliwości, aby szybko rozmieścić zestawy czujników w obszarach katastrofy po huraganie lub zapewnić pomoc w nagłych wypadkach w trudno dostępnych miejscach. Współpraca z grupami takimi jak Army Space i High-Altitude Experiments była niesamowita, aby zidentyfikować i rozwiązać wiele problemów. ”
Wszystko to stawia firmy takie jak Leo Aerospace i inne, które stosują koncepcje lżejsze od powietrza, w zamian za skorzystanie ze wzrostu na rynku satelitarnym. Między rozprzestrzenianiem się mikrosatelitów (aka. CubeSats) a pojawieniem się usług uruchamiania lekkich ładunków (takich jak Rocketlab i Virgin Orbit), rynek ten powinien eksplodować w nadchodzących latach.
Tym, co wyróżnia Leo Aerospace, jest sposób, w jaki koncentrują się na dostarczaniu satelitów ważących mniej niż 25 kg (55 funtów). Jak wyjaśnił Rudy, nie ma jeszcze dedykowanego rozwiązania dla mikrosatelitów, które mieszczą się w tym zakresie. Zazwyczaj CubeSats są zmuszone do „współdzielenia” podczas startu rakiet, gdzie zajmują wolne miejsce wraz z cięższymi ładunkami.
Rudy i jego koledzy mają nadzieję temu zaradzić:
„Jest to szczególnie zaskakujące, biorąc pod uwagę, że przewiduje się, że prawie połowa wszystkich satelitów w ciągu najbliższych 10 lat znajdzie się w tym segmencie. Ciężko pracowaliśmy, aby uchwycić i utrzymać przewagę pierwszego gracza w segmencie 25 kg. Przeprowadziliśmy najobszerniejsze operacje i testy naszego pojazdu. Ponadto jesteśmy najdalej w pracach regulacyjnych dzięki bliskim relacjom z FAA i aktywnemu członkostwu w Commercial Spaceflight Federation. Wreszcie, nasz system jest dostosowany do zapewnienia dedykowanego uruchomienia, którego potrzebują nasi klienci, z częstotliwością wystarczającą do zaspokojenia niewiarygodnego popytu ”.
Do końca 2018 r. Firma pomyślnie zakończyła kampanię testową i uzyskała finansowanie za pośrednictwem National Science Foundation i firmy venture capital. W 2020 r. Mają nadzieję, że w pełni zakwalifikują swoją platformę do lotu, przeprowadzając pierwszy lot, a następnie operacje komercyjne, a może nawet kontrakty z NASA.
„Te operacje komercyjne będą naszym wejściem na rynek usług platformy wysokościowej o wartości 2,6 miliarda dolarów z szeregiem klientów cywilnych, obronnych i komercyjnych” - powiedział Rudy. „Współpracowaliśmy z NASA JPL, aby zbadać kilka różnych przypadków użycia. Jednym z przykładów jest przenoszenie marsjańskich pojazdów wjazdowych do górnej atmosfery tutaj na Ziemi i upuszczanie ich w celu gromadzenia danych i testowania wydajności aerodynamicznej. ”
Od skromnych początków, komercyjna komercjalizacja przestrzeni kosmicznej postępuje skokowo w ostatnich latach. Pomiędzy spadającymi kosztami startu, rozwojem mniejszych ładunków, a wzrostem liczby komercyjnych dostawców startów, którzy mogą pomieścić mniejsze ładunki, Low Earth Orbit (LEO) prawdopodobnie stanie się bardzo ruchliwym miejscem w najbliższej przyszłości!
