Sinds de eeuwwisseling is de ruimteverkenning ingrijpend veranderd dankzij de ongekende opkomst van commerciële ruimtevaart (ook bekend als NewSpace). Met het doel nieuwe technologieën te benutten en de kosten voor het lanceren van nuttige lading in de ruimte te verlagen, worden enkele werkelijk innovatieve en nieuwe ideeën naar voren gebracht. Dit omvat het idee om ballonnen te gebruiken om raketten naar zeer grote hoogten te vervoeren en vervolgens de ladingen naar hun gewenste banen te schieten.
Dit concept, ook bekend als "Rockoons", heeft het volledig autonome en volledig herbruikbare lanceersysteem van Leo Aerospace geïnformeerd - dat bestaat uit een aerostat op grote hoogte (ballon) en een raketlanceerplatform. Met de eerste commerciële lanceringen gepland voor volgend jaar, is het bedrijf van plan om dit systeem te gebruiken om de volgende jaren regelmatige lanceringsdiensten te leveren aan de microsatellietmarkt (ook bekend als CubeSat).
Het concept van de Rockoon is een van de vele luchtlanceringssystemen die sinds het begin van het ruimtetijdperk zijn onderzocht en gevalideerd. In tegenstelling tot conventionele raketten, die afhankelijk zijn van enorme hoeveelheden drijfgas om de ontsnappingssnelheid te bereiken en ladingen naar de ruimte te sturen, vertrouwen luchtlanceringssystemen op de relatief kosteneffectieve methode om een lading naar grote hoogte te transporteren, waar het vervolgens naar lage aarde kan worden gestuurd Baan (LEO).
Dit vermindert de benodigde hoeveelheid drijfgas, maar omvat ook het lanceren van een raket vanaf hoogtes waar de luchtweerstand lager is en minder kracht nodig is om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen. Dit alles maakt het mogelijk veel kleinere en lichtere lanceervoertuigen te gebruiken, wat leidt tot aanzienlijk lagere kosten. Deze methode is vooral effectief als het gaat om kleine ladingen zoals microsatellieten, die steeds vaker voorkomen.
Tegenwoordig omvatten de meeste luchtlanceringssystemen die worden nagestreefd vliegtuigen die raketten of ruimtevaartuigen met raketmotoren brengen om hoogten te lanceren - zoals Virgin Galactic's SpaceShipTwo, Virgin Orbit's LauncherOne of de Stratolaunch-luchtvaartmaatschappij. Het in Los Angeles gevestigde Leo Aerospace-bedrijf koos er echter voor om de even geldige methode te onderzoeken om te vertrouwen op een lichter dan lucht (LTA) -platform om ladingen de ruimte in te krijgen.
Zoals Dane Rudy, mede-oprichter en CEO van Leo Aerospace, via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“Vanuit het oogpunt van de eerste orde in de fysica is ballonlancering een zeer elegante oplossing om een efficiënte en kosteneffectieve lancering te bieden voor kleine ladingen. Bovendien zorgt deze architectuur voor een drastische vermindering van de benodigde hoeveelheid lanceerinfrastructuur, wat een volledig mobiele oplossing mogelijk maakt. ”
De centrale componenten van dit lanceersysteem zijn het Regulus Orbital-lanceerplatform en de Orbital Rocket. Het Regulus-platform biedt autonome vluchtcontrole via een reeks branders (die ervoor zorgen dat de aerostat blijft drijven) en een rotatiecontrolesysteem van bipropellante stuwraketten, die allemaal zijn gemonteerd op een geïsoleerd lichaam dat is samengesteld uit composiet materiaal.
Ondertussen is de Orbital Rocket een miniatuur drietraps lanceervoertuig dat via een actuator en een lanceerrail aan het platform is bevestigd. Zodra de aerostaat een plaatsingshoogte van 18.000 meter (60.000 voet) heeft bereikt, zal de raket lanceren en de lading naar de gewenste baan brengen. Volgens de missieprofielenpagina van het bedrijf zal het systeem in staat zijn om meerdere soorten leveringen uit te voeren op verschillende hoogtes.
"De ontwikkelings- en productiekosten van een ballonsysteem zijn ordes van grootte minder dan het gebruik van een vliegtuig", zegt Rudy. “Vergeleken met andere ballonsystemen die hefgas gebruiken, is onze heteluchtarchitectuur volledig en snel herbruikbaar. We kunnen tientallen lanceringen uitvoeren met één systeem voordat renovaties nodig zijn. ”
Deze zullen variëren van suborbitale missies - waarbij ladingen worden verzonden naar hoogtes van meer dan 100 km (62 mijl) - tot orbitale missies, waar CubeSats wordt verzonden naar een zonnesynchrone baan (SSO) van 550 km (340 mi). Een andere mogelijkheid die ze zeker zullen noemen, is de levering van humanitaire hulp of noodcommunicatieapparatuur aan afgelegen regio's die ontoegankelijk zijn voor vliegtuigen met vaste vleugels, drones of andere luchtvaartuigen.
Het bedrijf is ook van plan zweefvliegtuigen en drones op te nemen die vanuit hun aerostaten kunnen worden ingezet, en biedt zo andere missieprofielen aan, zoals dronemonitoring, wetenschappelijke experimenten en communicatiediensten. Het lanceersysteem is niet alleen een kosteneffectiever middel om kleine ladingen in een baan om de aarde te brengen, maar heeft ook het voordeel dat het zeer compact is.
Hierdoor kunnen de raket, aerostaat en machines die nodig zijn om het op te blazen allemaal in een standaard zeecontainer worden geplaatst, op een semi-vrachtwagen worden geladen en vervolgens worden verzonden waar het maar nodig is. De trailercabine dient ook als het eerste communicatiestation voor de lancering. Dit niveau van mobiliteit en flexibiliteit is een van de kenmerken die aerostat-platforms effectief kunnen maken bij het verlenen van noodhulp en hulpdiensten. Zoals Rudy zei:
“We beginnen veel verschillende use-cases te ontdekken voor het herbruikbare en autonome aerostat-platform dat we ontwikkelen. Het is volledig mobiel en past in een standaard verzendcontainer, waardoor het gemakkelijk te vervoeren en op te bergen is. Bovendien is het eenvoudig te bedienen en ongelooflijk robuust. In tegenstelling tot het heffen van gasballonnen, kan ons systeem nog steeds werken met een gat ter grootte van een auto in het ballonmateriaal. Onze medewerkers zijn verheugd deze mogelijkheden te benutten om snel sensorsuites in rampgebieden na de orkaan in te zetten of noodhulpvoorzieningen te bieden op moeilijk bereikbare plaatsen. Het was ongelooflijk om samen te werken met groepen als de Army Space en High Altitude Experiments branch om zo'n reeks probleemgevallen te identificeren en op te lossen. ”
Dit alles brengt bedrijven als Leo Aerospace en anderen die lichter-dan-luchtconcepten nastreven, in een goede plaats om te profiteren van de groei op de satellietmarkt. Tussen de proliferatie van microsatellieten (ook bekend als CubeSats) en de opkomst van lanceringsdiensten voor lichte ladingen (zoals Rocketlab en Virgin Orbit), zal deze markt naar verwachting de komende jaren exploderen.
Wat Leo Aerospace echter onderscheidt, is de manier waarop ze zijn gericht op de levering van satellieten die minder dan 25 kg wegen. Zoals Rudy uitlegde, is er nog geen speciale oplossing voor microsatellieten die binnen dit bereik vallen. Meestal worden CubeSats gedwongen om te "rideshare" bij het lanceren van raketten, waar ze naast zwaardere ladingen vrije ruimte innemen.
Dit is iets dat Rudy en zijn collega's hopen te verhelpen:
“Dit is extra verrassend aangezien naar verwachting bijna de helft van alle satellieten de komende 10 jaar binnen dit segment valt. We hebben hard gewerkt om een first mover-voordeel vast te leggen en te behouden in het segment van 25 kg. We hebben de meest uitgebreide bewerkingen en tests van ons voertuig uitgevoerd. Bovendien zijn we het verste in regelgevend werk door onze nauwe relatie met de FAA en actief lidmaatschap van de Commercial Spaceflight Federation. Ten slotte is ons systeem op maat gemaakt om de speciale lancering te bieden die onze klanten nodig hebben, en met een frequentie die hoog genoeg is om aan de ongelooflijke vraag te voldoen. ”
Eind 2018 had het bedrijf met succes een lanceringstestcampagne voltooid en financiering verkregen via de National Science Foundation en een durfkapitaalonderneming. In 2020 hopen ze hun platform volledig te kwalificeren door hun eerste vlucht uit te voeren, die zal worden gevolgd door commerciële operaties en misschien zelfs contracten met NASA.
"Deze commerciële activiteiten zullen onze entree zijn op de markt van $ 2,6 miljard voor hooggelegen platformdiensten met een reeks civiele, defensie- en commerciële klanten", aldus Rudy. “We hebben met NASA JPL samengewerkt om verschillende gebruiksscenario's te onderzoeken. Een voorbeeld is het binnenbrengen van Mars-instapvoertuigen in de hogere atmosfeer hier op aarde en ze laten vallen om gegevens te verzamelen en aerodynamische prestaties te testen. ”
Vanaf het bescheiden begin is de volledige commercialisering van de ruimte de laatste jaren met grote sprongen vooruitgegaan. Tussen dalende lanceringskosten, de ontwikkeling van kleinere payloads en de opkomst van aanbieders van commerciële lanceringen die kleinere payloads kunnen accommoderen, zal Low Earth Orbit (LEO) in de nabije toekomst waarschijnlijk een zeer drukke plaats worden!
