Колись Україна вважалась космічною державою. Сплив час, і ми дізнаємось про космічні здобутки інших держав. В космічній сфері діяльності звертають на себе увагу не тільки новини з посадки на Місяць космічних апаратів і старти ракет-носіїв на навколоземні орбіти, але й не зовсім звичні для публіки повідомлення.
Розглянемо окремі факти з таких незвичних подій.
Хроніка ракет-зондів
12 серпня 2023 року турецька військово-промислова компанія Roketsan Roket Sanayii ve Ticaret A.S. в провінції Kırklareli з стартового майданчика в Iğneada (узбережжя Чорного моря) запустила свою першу космічну зондувальну ракету (MSLS – Micro-Satellite Launching System[1]).
Відомо про програму створення турецької зондувальної ракети з гібридним двигуном. Ця знакова для Туреччини подія разом відкинула українські забобони щодо неможливості створення космодрому в басейні Чорного моря і зневагу Державного космічного агентства України по відношенню до проєктів ракет-носіїв, які не вписуються в радянське Прокрустове ложе ракетобудування.
Ракета названа зондувальною, хоча вона призначена для запуску в космос супутника дистанційного зондування Землі, як звичайна ракета-носій: доставка корисного вантажу 100 кг на орбіту висотою 300 км. Ракета забезпечує тестування космічних технологій. В Iğneada створено Випробувальний центр для ракет-зондів, де в 2020 році вже були проведені чотири успішні випробувальні пуски експериментальної зондувальної твердопаливної зондувальної ракети СР-1 з змінним вектором тяги двигуна, польот до висоти 136 км. В 2023 році на новій ракеті два бічні прискорювачі використані як перший ступінь, в ракеті використано рідинний ракетний двигун багаторазового запуску, високоточна навігація, використане аеродинамічне гібридне управління польотом.
В травні 2023р. Spaceport Company з партнерами Evolution Space запустили чотири ракети-зонда з морських платформ в територіальних водах США. Дослідження проводилися з метою отримання даних для проєктування морських космодромів[2].
НАСА, США: удосконалена зондувальна ракета Terrier-Improved Orion, на якій студенти проводять експерименти для RockOn! mission успішно запущена з льотної бази НАСА в Wallops 17 серпня 2023р. У ході запуску проводилися експерименти із студентських програм Cubes in Space, RockOn! та RockSat-C. Зондувальна ракета досягла висоти 73 миль (116,7 кілометра), а потім спустилася назад до Атлантичного океану на парашуті[3].
Ми знову отримуємо інформацію про пуск зондувальної ракети з метою проведення досліджень.
Виявляється, що для НАСА і США це звичайна практика: в 2021 р. була запущена ракета-зонд Terrier-Improved Malemute з панорамною камерою спостереження Землі з висоти 158 км, доречі – також студентський проєкт[4]
В 2015 с космодрому Poker Flat Research Range на Алясці була запущена ракета-зонд Auroral Spatial Structures Probe для виводу в стратосферу зондів для вивчення полярного сяйва над Фінляндією[5].
В 2021 компанія bluShift Aerospace на Алясці ( Loring Commerce Center, промислово-авіаційний парк штату Мен) запустила на висоту до 1,25 км зондувальну ракету Stardust 1.0, корисне навантаження – три супутники 3CubeSat, приземлення ракети на парашуті. Інженери працюють над більш досконалою ракетою Stardust 2.0 та іншими моделями ракет[6]. Первинне фінансування по грант-програмі НАСА SBIR.
Відомо, що в 2015 НАСА провела пуски зондувальних ракет Black Brant IX для відпрацювання космічних технологій. Слід зазначити, що Black Brant IX – це серійна зондувальна канадська ракета.
Світовий досвід
Але ж інші країни також запускають ракети-зонди. Наприклад, в 2019 китайська компанія Space Trek (Beijing, Space Trek Technology Co., Ltd., http://www.spacetrek.cn/) запустила ракету Таньсо-1. В тому ж році Шведська корпорація з космосу Rymdbolaget (Swedish Space Corporation, SSC) із космодрому Esrange (Esrange Space Center) 15 листопада 2019 р. здійснила черговий пуск зондувальної ракети за програмою TEXUS-56 (зондувальна ракета VSB-30 – Бразилія / Германія).
Відомо, що такі ракети-зонди ще мають назву метеорологічних з висотою польоту 48-145 км (але можливі пуски і на значно більшу висоту), таких серійних ракет з ХХ ст. відомо більше 20 моделей, три десятки операторів (космодромів).
Геофізичні ракети (висота польоту 100-1500 км) використовують для дослідження ближнього космічного простору. Таких серійних ракет з ХХ ст. відомо також більше 20.
Варіанти назв досить умовні.
Траєкторії польоту ракет-зондів можуть бути вертикальними, балістичними, суборбітальними – залежно від поставленого завдання. Треба враховувати, що при вертикальному запуску максимальна висота польоту ракети може бути в 6 разів меншою, ніж при запуску по балістичній траєкторії.
Цікава інформація про європейський космодром зондувальних ракет в Швеції, Esrange Space Center, на кордоні з Норвегією: з 1966 тут запущено в космос білля 600 зондувальних ракет, в тому числі і шведських. Запускались ракети: Centaure, Nike-Apache, Skylark 1, B.Arcas 2, Black Brant, Petrel, Skua, Nike-Tomahawk, Nike-Cajun, Aries, Nike-Orion, Super Lok, Orion, Viper, Castor, Improved Orion, Hybrid, Cesaroni Pro98-6G, Terrier – Improved Orion та їх модифікації для обслуговування програм Америки і Європи.
Якщо уважно подивитися на цю інформацію, становиться зрозуміло, що найбільш поширені в світі пуски здійснюються зондувальними ракетами. Вони не мають військового призначення, як правило не є напряму комерційними – вони використовуються для випробувань різного роду і отримання необхідної інформації щодо атмосфери Землі і ближнього космосу. А без таких даних неможливі безпечні запуски будь-яких космічних апаратів, від цього залежить безпечне існування людства на Землі.
Роль зондувальних ракет важно переоцінити, вони не менш важливі, ніж бойові балістичні, чи ракети-носії. І їх типів значно більше, тобто і можливості створення ракет-зондів і їх використання також значно більші. Що поки не оцінено в Україні.
Зондувальні ракети. Перспектива для України
Наведемо приклад технічної пропозиції щодо зондувальної ракети ТОВ «Саєнс енд Спейс» (Україна), яка запропонована для комплексу «Сагайдак»[7]. Максимальна висота польоту ракети и 180 км при запуску по балістичній траєкторії достатня для метеорологічних і геофізичних досліджень, а корисній вантаж може бути до 500 кг, тобто, практично вага приладів для проведення досліджень не має обмежень. Як і інші ракети-зонди, вона має невеликі габарити, космодром не потрібен. І в ній можна використати менш енергетично значущі і більш доступні компоненти палива, на відміну від балістичних ракет. В нашому випадку паливом може бути поліетилен. Від доступний, дешевий. Довго зберігається і не є вибухонебезпечним. Окремо в ракеті окислювач – закис азоту, відома анестезіологам і автолюбителям. І в закису азоту такі ж показники. Що важливо – ракета до запуску абсолютно вибухонебезпечна і можливість пожежі на старті мінімальна. Ракета може приземлюватися на парашуті і уловлюватися в повітрі гвинтокрилом.
В варіанті з використанням рідинного ракетного двигуна в центральному блоці ракети-зонда в вигляді ракетоплана на «зеленому» монопаливі: суміші водних розчинів перекису водню і спирту етилового, де двигун багаторазово включається і виключається, – можливо виведення корисного вантажу 50 кг на 500-кілометрову навколоземну орбіту. В ракетоплані багаторазового використання два гібридні прискорювачі (аналоги зондувальної ракети комплексу «Сагайдак») не скидаються. Такий варіант Variant-1 розглядається українськими інженерами разом з іспанськими колегами[8]. Використання аеродинаміки несучого корпусу дозволяє ракетоплану Variant-1 маневрувати для вибору точки приземлення.
Інформація про типові зондувальні ракети серійного виготовлення, які найчастіше запускались з космодромів Америки і Європи:
– VSB-30 – Бразилія / Германія (DLR)
Довжина 12,6м.
Кількість ступенів 2.
Корисне навантаження до 400 кг.
Діаметр 0,557 м.
Стартова вага 2,57 т.
Апогей 270 км.
Ракета твердопаливна. Одноразова.
Виробник Institute of Aeronautics and Space, Бразилия.
– Канадська зондувальна ракета Black Brant
Моделі метеорологічних ракет (Примітка. 1 кілоньютон [кН] = 0,112404471549855 тона-сила):
Black Brant I
- Навантаження: 68 кг.
- Стартова вага: 730 кг.
- Максимальна висота польоту: 225 км.
- Діаметр: 0,26 м.
- Тяга: 111 кН.
- Довжина: 7,41 м.
Black Brant II
- Навантаження: 68 кг.
- Діаметр: 0,44 м.
- Довжина: 8,45 м.
- Максимальна висота польоту: 274 км.
- Тяга: 89 кН.
- Стартова вага: 800 кг.
Black Brant III
- Стартова вага: 286 кг.
- Діаметр: 0,26 м.
- Максимальна висота польоту: 177 км.
- Навантаження: 18 кг.
- Довжина: 5,50 м.
- Тяга: 49 кН.
Black Brant IV
- Навантаження: 100 кг
- Максимальна висота польоту: 1000 км.
- Тяга: 111 кН.
- Довжина: 11,06 м.
- Діаметр: 0,44 м.
- Стартова вага: 1356 кг.
- Двоступінчаста ракета, що складається з Black Brant VA + Black Brant IIIA
Black Brant V
- Довжина: 8,15 м.
- Стартова вага: 1197 кг.
- Одноступенева ракета, що складається з однієї Black Brant VA, VB, чи VC.
- Максимальна висота польоту: 387 км.
- Навантаження: 68 кг.
- Діаметр: 0,44 м.
- Тяга: 111 кН.
Black Brant VI
- Довжина: 2,80 м.
- Тяга: 7 кН.
- Стартова вага: 100 кг.
- Максимальна висота польоту: 72 км.
- Діаметр: 0,12 м.
Black Brant VIII
- Тяга: 196 кН.
- Діаметр: 0,44 м.
- Стартова вага: 2000 кг.
- Довжина: 11,90 м.
- Максимальна висота польоту: 340 км.
Black Brant IX
- Навантаження: 230 кг на висоту 700 км, або 590 кг на 250 км.
- Три ступені: Talos – 1-й ступінь, Taurus – 2-й ступінь, і Black Brant V – 3-й ступінь.
Black Brant X
- Діаметр: 0,44 м. (Diameter: 0.44 m)
- Стартова вага: 2600 кілограм.
- Довжина: 14,50 м. (Length: 14.50 m)
- Навантаження: 90 кілограм
- Максимальна висота польоту: 900 км.
Розробка компанії Bristol Aerospace (Winnipeg, Manitoba, Canada). Перший запуск у 1959. Було збудовано більше 800 ракет цієї моделі різних модифікацій.
Переважна кількість розглянутих зондувальних ракет має довжину 7-12 м, навантаження 68-400 кг, висота польоту 180-1000 км і до 1500 км. Ракети твердопаливні. Виготовляються в наш час.
На основі Black Brant в Канаді було створено 70-мм авіаційну ракету CRV-7, стандартну штурмову ракету збройних сил Західних держав.
Висновки і пропозиції
Пропонуються висновки, які можна зробити з аналізу розглянутої інформації, і пропозиції.
- За прикладом Туреччини Україна може мати власну космічну ракету-зонд і власний космодром. Задля безпеки ракета може повертатися на парашуті.
- Можливе створення гібридної ракети-зонда, що дозволяє уникнути проблем використання твердого палива (висока вартість, відсутність необхідних компонентів в вільному доступі на ринку, вибухонебезпечність і т.і.). Недостатня енергетика гібридного двигуна має бути врахована при балістичному проєктуванні.
- За прикладом Канади, яка має досвід створення і використання ракет Black Brant і CRV-7, і враховуючи цей досвід, перша українська 80-мм ракета-зонд може бути створена з використанням канадського аналога гібридного двигуна Earthquake L 2800 cc 75 mm Motor System by HyperTEK (HT-L2800-75-MS).
Цим напрямком вже займається ТОВ «Саєнс енд Спейс», Київ-Дніпро, в співдружності з канадськими колегами і Національним центром аерокосмічної освіти молоді України, Дніпро, який має багаторічний досвід створення і запуску моделей ракет в співпраці з «Асоціацією «Ноосфера» (проєкт «Студентська ракета», що реалізується студентами Noosphere Engineering School).
- Подальший розвиток теми українських зондувальних ракет різного призначення може мати кілька напрямків, в т.ч. малобюджетний з використанням гібридних ракетних двигунів по технічній пропозиції ТОВ «Саєнс енд Спейс», а також Українського офісу Research Institute of Space Industrialization (ISI), Дніпро, (в співпраці з іспанськими колегами).
Це не виключає можливість створення зондувальних ракет державними підприємствами підпорядкування Мінстратегпрому / ДКАУ на основі радянського досвіду створення ракет, частина з яких використовувалась в СРСР як зондувальні.
- Можливість створення в Україні космодрому для запуску спеціально створених для цього ракет-носіїв підтверджена проведенням науково-дослідною роботи Research Institute of Space Industrialization[9]
- Правові аспекти нового напрямку створення космічних зондувальних ракет і комплексів в Україні розглянуто ГО «Академія адміністративно-правових наук» і Науково-дослідним інститутом морського і космічного права (Херсон-Київ).
- Запропоновану тему доцільно розглянути в Українській асоціації високотехнологічних підприємств та організацій «КОСМОС» для визначення доцільності включення теми зондувальних ракет до «Стратегії розвитку космічної діяльності України до 2033 року».
Валентин Галунько,
професор, шеф редактор наукового журналу Advanced Space Law
[1] https://www.roketsan.com.tr/en/products/micro-satellite-launching-system-msls
[2] https://universemagazine.com/ru/amerikanskie-kompanii-zapustili-rakety-s-morskoj-platformy/
[3] https://www.nasa.gov/image-feature/student-experiments-take-flight-on-sounding-rocket-from-nasa-wallops
[4] https://tech.segodnya.ua/tech/kazhdyy-mozhet-popast-na-raketu-nasa-pokazalo-zemlyu-s-vysoty-v-158-kilometrov-1592363.html
[5] https://habr.com/ru/articles/365985/
[6] https://news.liga.net/world/video/na-samom-severe-ssha-nachala-zapuskat-rakety-novaya-kompaniya-blushift-aerospace-video
[7] https://www.ssaals.com.ua/?p=9299
[8] https://institutespaceindustrialization.yourwebsitespace.com/
[9] https://institutespaceindustrialization.yourwebsitespace.com/analytics