Missionen om at bygge en genanvendelig løfteraket til Europa

Kapløbet er i gang med at udvikle en europæisk genanvendelig raket, der kan sikre Europas autonome og omkostningseffektive adgang til rummet og samtidig øge bæredygtigheden af ​​opsendelser.

Affyringsfartøjer – eller raketter – er afgørende for at levere satellitter og rumsonder ud i rummet. Når de har tjent deres formål, de bliver typisk bortskaffet. Men med det årlige antal nye satellitter, der forventes at vokse fire gange i det næste årti, forskere udvikler nu mere bæredygtige, billigere genanvendelige løfteraketter.

Det første genanvendelige opsendelsessystem – hvor nogle eller alle komponenter gendannes – var NASAs rumfærge, i brug fra 1981—2011. Alle dens dele blev genbrugt undtagen den eksterne brændstoftank, som ville brænde op i atmosfæren. Men vedligeholdelsesomkostningerne var høje, hvilket førte til den opfattelse, at det var billigere at bruge forbrugssystemer.

Ansgar Marwege fra German Aerospace Center (DLR) og hans kolleger mener, at genanvendelige raketter kan være omkostningseffektive, hvis de landes oprejst. "Rumfærgen var meget kompleks, fordi den havde vinger og så videre, sagde Marwege. Med en lodret landing, du vil gøre det hele enklere."

En af fordelene ved at lande oprejst er, at belastningen under start og landing er ens, hvilket er lettere designmæssigt. Selvom der kræves mere brændstof til nedstigningen sammenlignet med andre landingskonfigurationer på grund af bremsemanøvrer, Marwege siger, at det ville have ringe indflydelse på de samlede omkostninger, da brændstof er relativt billigt.

Marwege og hans team – sammen med andre forsknings- og industripartnere – undersøger de nøgleteknologier, der er nødvendige for at lande en løfteraket lodret efter en mission som en del af RETALT-projektet. De ser på at lande en raket ved at bruge retro-fremdrift, hvor køretøjet decelereres ved at generere tryk i den modsatte retning af dets bevægelse. De vil også undersøge, hvordan man styrer et køretøj under landing. Da bunden af ​​en raket forventes at varme op, en af ​​projektpartnerne designer termisk beskyttelse af kork.

løfteraketter

Holdet har koncepter til to forskellige typer løfteraketter. Den ene er en løfteraket, der kan bære en nyttelast på op til 14, 000 kg, som en vejrudsigtssatellit, til en bane omkring 36, 000 km over jordens overflade. Det andet design er til mindre nyttelast på op til 500 kg, der skal transporteres til afstande på op til omkring 140 km. "Denne konfiguration kunne teoretisk bruges til nul-tyngdekraftseksperimenter eller demonstrationsflyvninger, sagde Marwege.

Indtil nu, forskerne er begyndt på alt det tekniske arbejde, såsom indledende design af landingsbenene. I det næste år, de vil udføre strukturelle tests og vindtunneleksperimenter for at teste den aerodynamiske adfærd ved hjælp af nedskalerede modeller af deres løfteraketter. Et eksperiment vil teste raketmotorerne i vindtunnelen ved hjælp af varm forbrænding, hvilket er udfordrende og ikke ofte gjort. Brug af varme gasser, imidlertid, efterligner bedre, hvordan motorkraft genereres i det virkelige liv.

Ud over at reducere omkostningerne, Marwege og hans kolleger forventer, at deres teknologier har en positiv miljøpåvirkning. Brugbare systemer skaber affald, når de går i stykker i atmosfæren, hvor nogle dele falder til jorden, mens andre bliver i rummet. Genanvendelige systemer vil forurene miljøet og rummet mindre, ifølge Marwege.

I øjeblikket, I Europa, der er ingen løfteraketter til rådighed for at få små satellitter i kredsløb.

Når en lille satellit skal transporteres til rummet, den kører typisk på en tung løfteraket med en større satellit. Men det betyder, at afrejsedatoen og kredsløbet vælges af entreprenøren, der sender det større læs.

"Det er som en bus, der forlader (den lille satellit) en lille smule langt fra deres bane, så de har brug for et fremdriftssystem for at gå til deres ønskede kredsløb, " sagde Xavier Llairo, medstifter og COO af Pangea Aerospace i Barcelona, Spanien.

Service

En opsendelsestjeneste til små satellitter tilbydes i øjeblikket af det amerikansk-newzealandske firma:Rocket Lab. Selvom det giver mulighed for en skræddersyet service, det er dyrere end ride-sharing på en tung løfteraket. Og Europa er indstillet på at have sine egne små løfteraketter, så det kan kontrollere sin adgang til rummet. "Det er vigtigt af geostrategiske årsager, " sagde Llairo. "Og fordi det er et nyt marked, ville det være fantastisk at skabe vækst og give muligheder i Europa."

For et projekt kaldet RRTB, Llairo og hans team sigter efter at skabe en lille løfteraket, der er omkostningseffektiv og kan genbruges mindst ti gange. De er ved at udvikle et nyt landingssystem ved hjælp af elektriske blæsere, et fremdriftssystem, der i øjeblikket bruges i droner og UAV'er. Det giver mulighed for en blød og præcis landing, hvilket er vigtigt, hvis systemet skal genbruges.

"Teknologien er allerede gennemprøvet og findes i andre sektorer, så det er ikke særlig dyrt, " sagde Llairo.

Hovedmotoren er ikke vant til at lande, hvilket begrænser termisk stress og øger genanvendeligheden.

Projektet, som startede i sidste måned, ser nu på, hvordan man gør brændstoftankene genanvendelige, da de er dyre komponenter i en løfteraket. Holdet er også begyndt at undersøge, hvordan man kan kontrollere køretøjet under genindtræden i atmosfæren ved at lave simuleringer. Det er en udfordrende del af missionen på grund af løfterakettens vægt og høje hastighed og vil kræve enten at generere et løft eller finde en måde at bremse køretøjet. "Vi analyserer forskellige scenarier, og vi vil vælge det mest lovende, " sagde Llairo.

Ud over at transportere små satellitter ud i rummet til videnskabelige, kommercielle og civile anvendelser, Llairo mener, at nogle af deres komponenter også kunne have andre applikationer. De lette aerospike-motorer, de udvikler, for eksempel, kunne også tilpasses som fremdriftssystemer til satellitter i rummet. Og deres landingssystem kunne bruges til at levere nødhjælp til katastrofeområder. "Lige nu, du har fly med faldskærm til at lande (forsyninger), men vores system kunne bruges til at få en mere præcis landing, " sagde Llairo.

At have mindre miljøpåvirkning er også et af deres mål. Bortset fra de grønnere legitimationsoplysninger, der opnås ved at være genanvendelige, raketten vil bruge flydende ilt og flydende metan som drivmidler, hvor 80 % af emissionerne blot vil være vand. Og deres aerospike-motorer burde være omkring 15 % mere effektive end nuværende designs. "Vi tror på, at (bæredygtighed) er vejen at gå på dette marked, " sagde Llairo. "Om 10 eller 20 år fra nu, det vil være helt almindeligt."