乘坐气象火箭进入太空：超小型太空运载火箭的项目
征服外层空间已成为人类最重要和划时代的成就之一。 运载火箭的研制和运载火箭的基础设施需要世界主要国家的巨大努力。 在我们这个时代，有一种趋势是制造完全可重复使用的运载火箭，该运载火箭能够执行数十次太空飞行。 它们的发展和运作仍然需要巨大的资源，这些资源只能由州或大型公司来分配（在国家的支持下）。
苏联R-7火箭于4年1957月XNUMX日首次将人造卫星送入地球轨道，美国超重型火箭BFR的概念目前也有可能成为人类拥有的最先进，可完全重复使用的运载火箭
在二十一世纪初，电子部件的改进和小型化使得制造小型卫星（所谓的“微卫星”和“纳卫星”）成为可能，其质量在1-100公斤之间。 最近，我们正在谈论“微卫星”（重量从100克到1千克）和“毫微微卫星”（重量小于100克）。 这样的卫星可以作为来自不同客户的集装货物或作为“大型”航天器（SC）的传递载荷而发射。 这种发射方法并不总是很方便，因为纳米卫星制造商（以下我们将在超小型航天器的所有尺寸上使用此名称）必须根据主要货物发射的客户时间表进行调整，并且还因为发射轨道不同。
这导致了对能够发射重约1-100公斤航天器的超小型运载火箭的需求的出现。
DARPA和KB“ MiG”
有并且正在开发许多超轻型运载火箭项目，包括地面，空中和海上发射。 特别是，美国DARPA机构一直在积极研究超小型航天器的快速发射问题。 特别是，人们可以回想起2012年启动的ALASA项目，该项目计划在此框架内制造一种小型火箭，该火箭旨在从F-15E战斗机发射，并将重达45公斤的卫星放入低参考轨道（LEO）。
ALASA项目
安装在火箭上的火箭发动机必须在NA-7单推进剂上运行，包括单丙烯，一氧化二氮和乙炔。 发射费用不超过一百万美元。 据推测，正是燃料问题，特别是燃料的自燃和爆炸倾向使该项目告一段落。
俄罗斯正在制定一个类似的项目。 1997年，米格（MiG）设计局与哈萨克斯坦（KazKosmos）（哈萨克斯坦）一起开始使用改型的米格31I拦截器（Ishim）开发有效载荷（PN）发射系统。 该项目是在为MiG-31D的反卫星改装创造基础的基础上开发的。
该三级火箭以约17米的高度，000 km / h的速度发射，被认为可以在3000公里的高度向轨道提供300千克重的有效载荷，在160公里的高度向轨道提供600千克重的有效载荷。
MiG-31I概念
尽管在开发过程中可能会遇到技术障碍，但在90年代末和2000年代初俄罗斯困难的财务状况使该项目无法用金属实现。
还有其他许多超轻型运载火箭项目。 它们的显着特征可以被视为由国家机构或大型（实际上是“州”）公司开发的项目。 战斗机，轰炸机或重型运输机等复杂且昂贵的平台通常必须用作发射平台。
所有这一切使开发工作复杂化并增加了成本，现在，在创建超轻型运载火箭方面的领导地位已经移交给了私营公司。
火箭实验室
美国新西兰公司Rocket Lab将超轻火箭最成功和最著名的项目之一视为“电子”运载火箭。 这种重达12550千克的两级火箭能够将250千克PS或150千克PS发射到太阳同步轨道（SSO）中，并进入LEO高度500公里。 该公司计划每年发射多达130枚导弹。
RN“ Electron”和Peter Beck-火箭实验室首席执行官
火箭的设计由碳纤维制成；液体推进剂喷气发动机（LRE）用于煤油+氧气的燃料对。 为了简化设计并降低设计成本，它使用锂聚合物电池作为动力源，气动控制系统和用于从油箱中置换燃料的系统，并使用压缩氦气。 在制造火箭发动机和其他火箭部件时，积极使用了附加技术。
电子运载火箭的尺寸与Soyuz-2.1a，Ariane-5，Falcon 9和Falcon HAVI导弹的尺寸相比
可以注意到，火箭实验室的第一枚火箭是Kosmos-1气象火箭（毛利人Atea-1），能够将2公斤有效载荷提升到大约120公里的高度。
火箭实验室的气象火箭“ Atea-1”
林工业
火箭实验室的俄罗斯“类似物”可以称为“林工业”公司，该公司开发的项目包括能够到达100 km高度的最简单的亚轨道火箭，以及为向LEO和SSO输出有效载荷而设计的运载火箭。
尽管亚轨道火箭（主要是气象和地球物理火箭）市场由固体燃料发动机解决方案主导，但林工业公司正在基于在煤油和过氧化氢上运行的液体推进剂火箭发动机建造亚轨道火箭。 这很可能是由于Lin工业公司看到了其主要发展方向，即将运载火箭商业化地送入轨道，而液体推进剂亚轨道火箭更可能被用于开发技术解决方案。
“林工业”公司的亚轨道火箭
Lin Industrial公司的主要项目是Taimyr超轻型运载火箭。 最初，该项目为模块布局提供了一系列串联-平行排列的模块，这允许形成运载火箭，并有可能向LEO输出10至180 kg的有效载荷。 撤回的导弹的最小质量的变化将通过改变通用导弹装置（UBR）的数量（URB-1，URB-2和URB-3）以及第三级RB-2火箭装置来确保。
泰米尔模块化导弹的实施选择
-“ Taimyr-1A”-三级运载火箭。 第一阶段是带有1个液体推进剂发动机的URB-2，第二阶段是具有一个推力约为400 kgf的液体推进剂发动机的URB-3，第三阶段是URB-2,6。 发射质量为16吨，长度为12 m，低地球轨道的有效载荷质量为XNUMX kg。
-“ Taimyr-1”是三级运载火箭。 第一阶段是推力约为1 tf的带有液体推进剂发动机的URB-4，第二阶段是推力约为2 kgf的带有液体推进剂发动机的URB-400，第三阶段是URB-3。 发射质量为2,6吨，长度为16 m，低地球轨道的有效载荷质量为14 kg。
-“ Taimyr-5”是三级运载火箭。 第一阶段-4个URB-1，推力约为4 tf的LPRE，第二阶段-一个URB-1，推力约为4 tf的LPRE，第三阶段-ULP-2，推力约为100 kgf的LPRE。 发射质量为11,2吨，长度为16 m，低地球轨道的有效载荷质量为108 kg。
-“ Taimyr-7”是三级运载火箭。 第一阶段-6个URB-1，推力约为4 tf的LPRE，第二阶段-一个URB-1，推力约为4 tf的LPRE，第三阶段-ULP-2，推力约为100 kgf的LPRE。 发射质量为15,6吨，长度为16 m，低地球轨道的有效载荷质量为180 kg，太阳同步轨道的有效载荷质量为85 kg。
Taimyr运载火箭的发动机必须使用煤油和浓过氧化氢运行；必须通过置换压缩氦气来提供燃料。 该设计有望广泛使用复合材料，包括碳纤维增强塑料和3D打印制成的组件。
后来，林工业公司放弃了模块化方案-运载火箭变成了两个阶段，并按顺序安排了步骤，因此，Taimyr运载火箭的外观开始类似于Rocket Lab的电子运载火箭的外观。 同样，使用由电池驱动的电动泵，用燃料供应代替了压缩氦气的置换系统。
“ Lin Industrial”公司的超轻型运载火箭“ Taimyr”项目的演变
Taimyr LV计划于2023年首次发射。
IHI航空航天
最有趣的超轻型运载火箭之一是由IHI Aerospace制造的日本SS-520三级固体推进剂火箭，它是在S-520地球物理火箭的基础上，增加了第三级并相应改进了机载系统。 SS-520火箭的高度为9,54米，直径为0,54米，发射重量为2600千克。 输送到LEO的有效负载质量约为4 kg。
发射RN SS-520-4
第一阶段的主体由高强度钢制成，第二阶段的主体由碳纤维复合材料制成，头部整流罩由玻璃纤维制成。 这三个阶段都是固体燃料。 在分离第一级和第二级时，SS-520 LV控制系统会定期打开，其余时间，火箭会通过旋转稳定下来。
3年2018月520日，SS-4-1 LV成功发射了质量为3千克的TRICOM-520R立方体卫星，旨在证明用消费电子元件制造航天器的可能性。 在发射时，SS-4-XNUMX运载工具是世界上最小的运载工具，已在吉尼斯纪录中进行了注册。
SS-520导弹
基于固体推进剂气象和地球物理火箭的超小型运载火箭的研制可能是一个相当有希望的方向。 这种导弹易于维护，可以在确保其准备在最短时间内发射的条件下长期存放。
火箭发动机的成本大约是火箭发动机成本的50％，而且即使考虑使用附加技术，也不太可能达到低于30％的数字。 固体燃料运载火箭不使用低温氧化剂，这需要在发射前立即进行特殊的储存和加油条件。 同时，为了制造固体推进剂，还正在开发附加技术，这使得可以“打印”所需构造的燃料。
超轻型运载火箭的紧凑尺寸简化了它们的运输，并允许从地球的各个点发射，以获得所需的轨道倾角。 对于超轻型运载火箭，所需的发射平台要比“大型”火箭简单得多，这使其可以移动。
俄罗斯是否有此类导弹的项目，可以在什么基础上实施？
在苏联，生产了大量的气象火箭-MR-1，MMP-05，MMP-08，M-100，M-100B，M-130，MMP-06，MMP-06M，MR-12，MR-20和地球物理火箭-R-1A，R-1B，R-1V，R-1E，R-1D，R-2A，R-11A，R-5A，R-5B，R-5V，“垂直”，K65UP，MR-12 ，MR-20，MN-300、1Ya2TA。 这些设计中的许多设计都是基于弹道导弹或反导弹的军事发展。 在积极探索高空的几年中，每年的发射次数达到600-700枚导弹。
苏联的地球物理火箭
苏联解体后，导弹的发射次数和种类都大大减少了。 目前，Roshydromet使用两种配合物-由NPO台风/ OKB Novator开发的MR-30与MN-300火箭以及由KBP JSC开发的气象导弹MERA。
MR-30（MN-300）
MR-30复合机的导弹可将50-150公斤的科学设备提升至300公里的高度。 MH-300火箭的长度为8012毫米，直径为445毫米，发射重量为1558千克。 一枚MN-300火箭的发射费用估计为55-60百万卢布。
导弹模型和MR-30复合机的发射器，以及MN-300导弹的发射
在MN-300火箭的基础上，正在考虑通过增加第二级和较高级（实际上是第三级）来制造超小型运载火箭IR-300的可能性。 也就是说，实际上，建议重复实施日本超轻型SS-520运载火箭的相当成功的经验。
同时，一些专家表示，由于MN-300火箭的最高速度约为2000 m / s，因此要获得约8000 m / s的第一宇宙速度，这是将运载火箭送入轨道所必需的，因此可能需要对原始项目进行认真的修改，本质上是新产品的开发，这可能会导致发射成本增加近一个数量级，并使其与竞争对手相比无利可图。
测量
气象火箭MERA旨在将重2-3公斤的有效载荷提升到110公里的高度。 MERA火箭的重量为67千克。
发射和发射气象火箭MERA
MERA气象火箭有效载荷
乍一看，气象火箭MERA绝对不适合用作制造超轻型运载火箭的基础，但与此同时，仍有一些细微差别可以挑战这一观点。
气象导弹MERA是一个双锥双阶段的，其加速功能仅在第一阶段执行，第二阶段-分离后通过惯性飞行，这使得该复杂系统类似于通古斯卡和潘西尔的防空导弹和大炮复合系统（ZRPK）。 实际上，根据用于指定综合设施的防空导弹系统的SAM，制造了气象火箭MERA。
第一阶段是复合体，其中装有固体推进剂。 在2,5秒内，第一阶段将气象火箭加速至5M（声速）的速度，约为1500 m / s。 第一级的直径为170毫米。
气象火箭MERA
气象火箭MERA的第一阶段是通过缠绕复合材料制成的，非常轻（与类似尺寸的钢和铝结构相比），其重量仅为55千克。 而且，其成本应明显低于碳纤维制成的解决方案。
基于此，可以假设，在气象火箭MERA的第一阶段的基础上，可以开发出统一的火箭模块（URM），设计用于成批的超轻型运载火箭。
实际上，将有两个这样的模块，它们在火箭发动机的喷嘴上会有所不同，分别针对大气或真空运行进行了优化。 目前，由JSC KBP通过缠绕方法制造的外壳的最大直径据推测为220 mm。 制造更大直径和更大长度的复合壳体在技术上是可行的。
另一方面，最佳解决方案可能是制造船体，其尺寸将与潘特西尔防空导弹系统的任何弹药，爱马仕综合体制导导弹或MERA气象火箭一致，这将通过增加批量生产来降低单一产品的成本发布相同类型的产品。
运载火箭的各级应从URM募集，并平行固定，而各级的分离将横向进行-不提供该级中URM的纵向分离。 可以假定，与较大直径的整体式车身相比，这种运载火箭的载物台将具有较大的寄生质量。 这部分是正确的，但是由复合材料制成的壳体的低重量使得可以在很大程度上弥补这一缺点。 可能会发现，采用类似技术制造的大直径机箱将更加困难且昂贵，并且其壁的厚度必须比通过包装连接的URM的壁厚更大，以确保结构具有必要的刚性，因此最终会有大量的整体式和包装解决方案可以以较低的成本进行比较。 而且，钢制或铝制整体式包装盒比包装的复合材料包装盒更重。
基于MRM气象火箭第一阶段的基于KRM的超轻型MERA-K运载火箭的概念（该图像是基于Lin Industrial公司的Taimyr模块化运载火箭制作的）
URM的并联可以使用位于台阶上部和下部（在URM体变窄的位置）的平面复合铣削元件进行。 如有必要，可以使用由复合材料制成的附加熨平板。 为了降低结构，技术和廉价工业材料的成本，应尽可能使用高强度粘合剂。
类似地，LV级可以通过复合管状或增强元件相互连接，并且结构可以是不可分离的，当级分离时，承载元件可以通过可控方式的热解破坏。 此外，为了提高可靠性，热释药可以位于支撑结构的几个顺序放置的点上，并在开启时通过电点火和由较高级引擎的火焰直接点火来引发（如果电点火不起作用则用于射击较低级）。
建筑复合玻璃纤维增强材料具有高强度，低重量和高耐腐蚀性。 它有可能很好地用于制造超轻运载火箭的承重元件。
发射控制的执行方式与日本SS-520超轻型运载火箭的执行方式相同。 还可以考虑安装无线电命令控制系统的选项，类似于安装在Pantsir防空导弹系统上的无线电命令控制系统，以至少在飞行路径的一部分（可能在飞行的所有阶段）校正运载火箭的发射。 通过将其携带到“可重复使用”的控制车辆上，有可能减少一次性火箭上昂贵设备的数量。
可以假设，考虑到支撑结构，连接元件和控制系统，最终产品将能够将重达几公斤到几十公斤的有效载荷运送到LEO（取决于阶段中统一火箭模块的数量），并且可以与日本超轻型SS-LV竞争。 520和其他由俄罗斯和外国公司研发的类似超轻型运载火箭。
为使该项目成功实现商业化，发射超轻型MERA-K运载火箭的估计费用不应超过3,5万美元（SS-520运载火箭具有这样的运载费用）。
除商业应用外，MERA-K运载火箭还可用于军事航天器的紧急撤离，其大小和重量也将逐渐减小。
此外，在执行MERA-K LV项目期间获得的发展成果可用于制造先进武器，例如紧凑型滑翔机形式的具有常规弹头的高超音速综合体，在LV发射后下降到轨迹的最高点。
- 安德烈米特罗法诺夫
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