Seit Mitte des letzten Jahrhunderts wird in verschiedenen Ländern das Konzept eines Luft- und Raumfahrtsystems mit Luftstart ausgearbeitet. Es sorgt für die Abgabe der Last in die Umlaufbahn unter Verwendung einer Trägerrakete, die von einem Flugzeug oder einem anderen Flugzeug aus gestartet wird. Diese Startmethode schränkt die Nutzlastmasse ein, ist aber wirtschaftlich und einfach vorzubereiten. Zu verschiedenen Zeiten wurden viele Luftstartprojekte vorgeschlagen und einige erreichten sogar den vollen Betrieb.
Luft "Pegasus"
Ende der 80er Jahre startete das bisher erfolgreichste luftgestützte Luft- und Raumfahrtsystem (AKS)-Projekt. Der amerikanische Konzern Orbital Sciense (jetzt Teil von Northrop Grumman) hat unter Beteiligung von Scaled Composites das Pegasus-System auf Basis der gleichnamigen Trägerrakete entwickelt.
Die dreistufige Pegasus-Rakete hat eine Länge von 16,9 m und ein Startgewicht von 18,5 Tonnen. Alle Stufen sind mit Feststofftriebwerken ausgestattet. Die erste Stufe, die für den atmosphärischen Flug zuständig ist, ist mit einem Deltaflügel ausgestattet. Zur Aufnahme der Nutzlast gibt es ein Fach mit einer Länge von 2, 1 m und einem Durchmesser von 1, 18 m, das Gewicht der Ladung beträgt 443 kg.
1994 wurde die Pegasus XL-Rakete mit einer Länge von 17,6 m und einer Masse von 23,13 Tonnen vorgestellt, aufgrund der Zunahme von Größe und Gewicht wurden neue Triebwerke eingeführt. Das XL-Produkt zeichnet sich durch seine erhöhten Energie- und Flugeigenschaften aus, die es ihm ermöglichen, höhere Bahnen zu erreichen oder eine schwerere Last zu tragen.
Ein modifizierter B-52H-Bomber wurde ursprünglich als Träger für die Pegasus-Rakete verwendet. Dann wurde der Lockheed L-1011 Liner in den Träger umgebaut. Das Flugzeug mit dem eigenen Namen Stargazer erhielt eine externe Aufhängung für eine Rakete und verschiedene Ausrüstungen zur Startkontrolle.
AKC Pegasus-Starts werden von mehreren Standorten in den Vereinigten Staaten und darüber hinaus durchgeführt. Die Starttechnik ist recht einfach. Das Trägerflugzeug betritt das angegebene Gebiet und nimmt eine Höhe von 12 Tausend Metern ein, wonach die Rakete abgeworfen wird. Das Pegasus-Produkt plant einige Sekunden und startet dann den Motor der ersten Stufe. Die Gesamtbetriebszeit der drei Motoren beträgt 220 Sekunden. Dies reicht aus, um die Last in niedrige Erdumlaufbahnen zu bringen.
Der erste Start der Pegasus-Rakete von der B-52H erfolgte im April 1990. 1994 wurde ein neues Trägerflugzeug in Betrieb genommen. Seit Anfang der neunziger Jahre wurden jährlich mehrere Starts durchgeführt, um bestimmte kompakte und leichte Fahrzeuge in die Umlaufbahn zu bringen. Bis Herbst 2019 führte AKS Pegas 44 Flüge durch, von denen nur 5 mit einem Unfall oder Teilerfolg endeten. Die Startkosten reichen von 40 Millionen US-Dollar bis 56 Millionen US-Dollar, abhängig von der Art der Rakete und anderen Faktoren.
Neueste LauncherOne
Seit Ende der 2000er Jahre arbeitet die amerikanische Firma Virgin Galactic am Projekt AKC LauncherOne. Lange Zeit wurden Entwicklungsarbeiten und die Suche nach potentiellen Kunden betrieben. In der zweiten Hälfte des zehnten hatte die Entwicklerfirma Probleme, aufgrund derer der Projektzeitplan überarbeitet werden musste.
Das LauncherOne-System basiert auf der gleichnamigen Rakete. Hierbei handelt es sich um ein zweistufiges Produkt mit einer Länge von über 21 m und einem Gewicht von ca. 30 Tonnen Die Rakete wird von N3- und N4-Triebwerken mit Kerosin und flüssigem Sauerstoff angetrieben. Die Gesamtbetriebszeit der Motoren beträgt 540 Sekunden. Die LauncherOne-Rakete kann 500 kg Fracht in eine Umlaufbahn mit einer Höhe von 230 km heben. Eine dreistufige Modifikation der Rakete mit verbesserten Eigenschaften wird entwickelt.
Ursprünglich war geplant, die Trägerrakete mit einem speziellen White Knight Two-Flugzeug zu starten, aber 2015 wurde sie aufgegeben. Der neue Träger war ein neu gestaltetes Passagierflugzeug vom Typ Boeing 747-400 mit dem eigenen Namen Cosmic Girl. Der LauncherOne Pylon ist unter der linken Seite des Mittelteils installiert.
Die Entwicklungsfirma behauptet, dass AKS LauncherOne auf jedem geeigneten Flugplatz betrieben werden kann. Der Startplatz der Rakete wird entsprechend den erforderlichen Parametern der Umlaufbahn ausgewählt. In Bezug auf Start- und Flugprinzipien unterscheidet sich die Entwicklung von Virgin Galactic nicht von anderen Luftstartsystemen. Die Kosten für eine solche Operation betragen 12 Millionen US-Dollar.
Der erste Start von LauncherOne erfolgte am 25. Mai 2020. Nach dem Abkoppeln vom Träger startete die Rakete das Triebwerk und begann den Flug. Kurz darauf brach die Oxidationsmittelleitung der ersten Stufe zusammen, was zum Abwürgen des N3-Motors führte. Die Rakete fiel ins Meer.
Virgin Orbit startete am 17. Januar 2017 zum ersten Mal erfolgreich. Die modifizierte Rakete hob über dem Pazifischen Ozean ab und schickte 10 CubeSat-Satelliten in eine niedrige Umlaufbahn. Es gibt Verträge für drei weitere Produkteinführungen. Zuvor gab es einen Auftrag des Kommunikationsunternehmens OneWeb, aber diese Starts werden auf unbestimmte Zeit verschoben oder können abgesagt werden.
Potenzielle Konkurrenten
In mehreren Ländern entstehen derzeit neue AKS-Luftstartprojekte. Gleichzeitig wird die größte Anzahl von Projekten in den Vereinigten Staaten vorgeschlagen, bei denen proaktive Entwickler ernsthafte Unterstützung von der NASA erhalten können. In anderen Ländern sieht die Situation anders aus – und hat bisher nicht zu spürbaren Erfolgen geführt.
Seit Ende der 2000er Jahre entwickelt Frankreich, vertreten durch Dassault und Astrium, AKS Aldebaran. Zunächst wurden mehrere Raketenkonzepte mit unterschiedlichen Startmethoden in Betracht gezogen, und nur MLA (Micro Launcher Airborne) wurde weiterentwickelt - eine kompakte Rakete mit einer Ladung von mehreren zehn Kilogramm, die für den Einsatz mit dem Rafale-Jäger geeignet ist.
Das Design des Aldebaran MLA läuft seit mehreren Jahren, aber die Erprobung hat noch nicht begonnen. Darüber hinaus bleiben sowohl der Zeitpunkt der Tests als auch die Zukunft des Projekts fraglich.
Ein interessantes AKC-Konzept wurde von der amerikanischen Firma Generation Orbit vorgeschlagen. Sein Projekt GOLauncher-1/X-60A sieht den Bau einer einstufigen Flüssigtreibstoffrakete vor, die sich zur Aufhängung unter einem Flugzeug des Typs Learjet 35 eignet. Sie muss Hyperschallgeschwindigkeit entwickeln und suborbitale Flüge durchführen. In Zukunft ist es möglich, orbitale Fähigkeiten zu erhalten. Der X-60A gilt als Plattform für eine Vielzahl von Forschungsprojekten.
Anfang des letzten Jahrzehnts erhielt die Generation Orbit Unterstützung durch das Pentagon. Im Jahr 2014 machte ein Prototyp einer X-60A-Rakete seinen ersten Exportflug unter einem Standardträger. Seitdem gibt es keine Berichte über Testflüge. Wahrscheinlich entwickeln sich die Militärabteilung und der Auftragnehmer weiter, aber bisher können sie aus dem einen oder anderen Grund keine vollwertigen Flugtests beginnen.
In unserem Land wurden mehrere AKC-Projekte unterschiedlicher Art entwickelt; ihre Materialien wurden immer wieder auf verschiedenen Ausstellungen gezeigt. Beispielsweise schlug das MAKS-Projekt den Einsatz eines An-225-Flugzeugs und eines Raumflugzeugs mit externem Treibstofftank vor. Auch das Air Launch-Projekt wurde auf Basis des An-124-Flugzeugs entwickelt. Er sollte einen Abwurfbehälter mit einer Polet-Rakete tragen. Beide Projekte konnten aus verschiedenen Gründen nicht abgeschlossen werden.
Richtung Aussichten
Wie Sie sehen, hat in den letzten Jahrzehnten das Konzept des Luftstarts für den Flug in den Orbit Aufmerksamkeit erregt, was dazu führt, dass regelmäßig neue Projekte auftauchen. Gleichzeitig erreichen nicht alle Entwicklungen dieser Art zumindest Tests, geschweige denn einen vollwertigen Betrieb. Bisher konnte nur AKS Pegasus regelmäßige Flüge anbieten, und bald könnte LauncherOne einen solchen Erfolg zeigen.
Ein solcher Ausfall eines Luftstarts ist mit mehreren objektiven Einschränkungen verbunden. Die Tragfähigkeit solcher AKS überschreitet bisher nicht mehrere hundert Kilogramm und steht in direktem Verhältnis zum Startgewicht der Rakete, das wiederum entsprechend den Eigenschaften des Trägerflugzeugs bestimmt wird. Der Kraftstoffverbrauch aufgrund des Luftstarts löst dieses Problem im Allgemeinen nicht.
Luftgestützte Systeme haben jedoch ihre Vorteile. Sie erweisen sich als bequemes Mittel, um kleine Lasten in niedrige Umlaufbahnen zu injizieren. Die geringere Tragfähigkeit ermöglicht eine schnellere Abholung der gesamten Ladung und kürzere Wartezeiten für den Kunden. Gleichzeitig wird es möglich, die relativ geringen Einführungskosten auf eine größere Anzahl von Kunden aufzuteilen. Allerdings haben die Entwickler und Hersteller von Miniatur-Weltraumtechnik noch kein gebührendes Interesse an der bestehenden AKS gezeigt.
Ausländische Erfahrungen zeigen, dass Luft- und Raumfahrtsysteme mit Luftstart gewisse Vorteile gegenüber anderer Raketen- und Raumfahrttechnik haben und einzelne Probleme effektiver lösen können. Es ist davon auszugehen, dass diese Technologieklasse auch in Zukunft nicht verschwinden und sich sogar weiterentwickeln wird. Dadurch wird sich endlich eine neue Nische auf dem Weltraumstartmarkt bilden, die für Raketenhersteller und potenzielle Kunden interessant sein wird.
