Kosmiczne bombowce

Last updated on 15 lipca 2016

W ciagu ostatnich paru tygodni pojawiło się kilka ciekawych informacji o pracach nad rozwojem technologii kosmicznych bombowców. Zacznijmy więc or Rosji – Sputnik News twierdzi że Rosja pracuje nad SSTO – bombowcem, który startował by z lotniska jak zwykły samolot a następnie za pomocą silnika rakietowego wchodził na orbitę okołoziemską, skąd mógłby zrzucić bomby a następnie wrócić na ziemię znowu jak zwykły samolot. Ma on ważyć jedynie 25 ton (pusty?). Podobno silnik do takiego bombowca został już przetestowany, a sam bombowiec ma się pojawić juz za 4 lata. Rosja ma pokazać silnik w czasie Międzynarodowego Forum Techniki Wojskowej odbywającego się na początku września w Moskwie. Tą wiadomość należy oczywiście włożyć do koszyka sci-fi, ale w każdej plotce jest trochę prawdy. Rosja jest zaniepokojona postępami prac nad amerykańskim XS-1 i prawie na pewno planuje podobne rozwiązanie. Załogowy, kosmiczny bombowiec jest zupełnie bez sensu, jednak bezzałogowy pojazd orbitalny wielokrotnego użycia będący w stanie wynieść na orbitę niewielki ładunek jest czymś, co wojsko bardzo chce mieć.

A wracając do XS-1, to NASASpaceFlight.com opublikowało ostatnio bardzo ciekawy artykuł na temat postępów prac nad tym pojazdem. Nie ma w nim raczej żadnych nowych rewelacji, ale podsumowuje on obecny stan prac no i przede wszystkim potwierdza techniczną możliwość powstania takiego pojazdu. Dla przypomnienia – celem DARPA jest 10/10/5/3000 – dziesięć lotów w ciągu 10 dni przy cenie $5M za jeden lot i udźwigu 3000 funtów (1300 kg?) na orbitę. Takie mają być parametry docelowego rozwiązania, prototyp ma pokazać tylko 10/10 i wynosić na orbitę 900 lbs (~350 kg?). Docelowe rozwiązanie ma być dwustopniowe – pierwszy stopień ma się rozpędzać do MACH 10+ a następnie wracać na ziemię w całości. Obecny Falcon 9 w dużym stopniu spełnia wymagania DARPA poza dwoma szczegółami – jak na razie nie ma szans na 10 lotów tego samego boostera w 10 dni, cena za lot jest zdecydowanie powyżej $5M a rakieta wymaga zaawansowanej platformy startowej. To ostatnie jest pewnie najtrudniejszym wymogiem do spełnienia – docelowe rozwiązanie wg. DARPA ma być w stanie wystartować z dowolnego kawałka utwardzonej powierzchni, bez potrzeby specjalnych platform startowych, systemów zraszania itp.

DARPA ma nadzieję że eksperymentalny pojazd powstały w ramach XS-1 przyniesie twórcom komercyjny sukces i dlatego zakłada że budowa tego pojazdu będzie w części sponsorowana przez firmę która wygra kontrakt. Jeżeli wszystko pójdzie dobrze, to XS-1 ma latać w okolicach 2020 roku – w tym samym czasie co rosyjski “bombowiec”.

Ciekawostką jaka pojawiła się w prezentacji DARPA była informacja o średnim koszcie lotu rakiety. Wojsko płaci/planuje płacić około $55M za każdy lot rakiet Pegasus i Minotaur (i w założeniu za przyszłe loty Antaresa) przy raczej bardzo niewielkiej częstotliwości startów (raz rocznie). Falcon 9 kosztuje wojsko od $55M do $128M przy trzech do sześciu startów rocznie. Natomiast rakiety ULA średnio kosztują wojsko ponad $400M za start przy 8 lub więcej startów rocznie. Ta ostatnia kwota zawiera wszystkie koszty ULA i jest raczej szokująca.

Inne drobne ciekawostki które można znaleźć to:

  • pojawienie się technologii zaprojektowanej przez firmę ORBITEC na jednym ze slajdów. Nie wiem czy pamiętacie, ale firma wpadła na świetną ideę zrobienia wiru w komorze spalania – dzięki temu gorące gazy są trzymane z daleka od ścianek komory co zwiększa trwałość i bezpieczeństwo silnika.
  • DARPA bierze pod uwagę zarówno uskrzydlone jak i bezskrzydłe pojazdy, ich starty z lądu lub powietrza (np. spod samolotu nośnego), najdziwniejsze systemy osłon termicznych (łącznie z aktywnym),
  • powód dla którego obecne satelity są wielkie i ciężkie wynika z dużego kosztu wysłania czegoś na orbitę. Dlatego zamiast budować proste satelity, które można często wymieniać, buduje się mastodonty zaprojektowane do przetrwania 15-20 lat w kosmosie. Opóźnia to znacząco postęp techniczny zarówno w kosmosie jak i na ziemi. Tani dostęp do kosmosu nawet przy ograniczeniu masy spowoduje eksplozję postępu.
  • DARPA ma nadzieję że z XS-1 powstaną pojazdy pozwalające na tani dostęp do przestrzeni kosmicznej przy jednocześnie znacznie większym udźwigu
  • jeden ze slajdów pokazuje rozkład kosztów ULA – połowa kosztu startu rakiety związana jest z utrzymaniem struktury naziemnej. Tu pewnie znacznym elementem kosztów są platformy dla Delta IV – instalacje ciekłego wodoru są bardzo kosztowne w utrzymaniu.
  • XS-1 będzie musiał mieć kompozytową strukturę – użycie metali nie daje wystarczającego stosunku masy do udźwigu. Na szczęście technologie kriogenicznych zbiorników kompozytowych są na tyle zaawansowane że jest to możliwe
  • w prezentacji wspomniane są silniki Merlin oraz NK-33 jako przykład tanich i łatwo dostępnych silników do napędu rakiet. To wskazuje że SpaceX może być jednym z potencjalnych konkurentów w programie XS-1.

Ostatnią ciekawostką z cyklu kosmicznych bombowców jest podpisanie przez firmę Reaction Engines następnego kontraktu z ESA. ESA dała firmie 10 milionów funtów na rozpoczęcie prac nad testami naziemnymi silnika SABRE. Pierwszy egzemplarz demonstracyjny silnika powinien się pojawić na stanowisku testowym w okolicach 2020 roku. Warto także zauważyć że DARPA jest bardzo zainteresowana tym silnikiem. Reaction Engines udało się rozwiązać dwa kluczowe problemy niezbędne do zbudowania SABRE – konstrukcję odpowiednio lekkiego i wydajnego wymiennika ciepła oraz rozwiązanie problemu usuwania szronu. To ostatnie jest rewelacyjnie rozwiązane za pomocą alkoholu płynącego po powierzchni wymiennika ciepła w przeciwnym kierunku niż przepływ powietrza. W ten sposób coraz mniejsze stężenie alkoholu związane jest z coraz wyższą temperaturą wymiennika ciepła. Odpowiednio projektując taki system możemy efektywnie pozbyć się 100% wody z powietrza bez ryzyka powstawania szronu.

Żyjemy w niezwykle ciekawych czasach. Prom kosmiczny był nieudaną próbą zbudowania taniego systemu dostępu do przestrzeni kosmicznej, ale chyba się w końcu czegoś nauczyliśmy i następne próby będą bardziej udane.

Edycja – ULA skorygowała dane DARPA – średnia cena za lot rakiety ULA (różne wersje Atlasów V i Delty V włącznie z Heavy) wynosi $225M. Najtańszy Atlas V 401 kosztuje $164M. 400M+ to cena biorąca pod uwagę subsydia jakie ULA dostaje na utrzymanie platform startowych i gotowości.