Первые в Европе: Nammo готовится к космическому запуску ракеты с гибридным двигателем
В продолжение темы:
5 июля на полигоне испытательного центра компании Nammo (Nordic Ammunition Company) в Raufoss успешно проведено заключительное наземное испытание силовой установки геофизической ракеты Nucleus. Гибридный двигатель после запуска проработал, выдавая тягу в 30 кН в течение 40 секунд до полного израсходования окислителя в баке.
https://youtu.be/sh00B7zYFA0
Параллельно прошли тестирование все основные компоненты ракеты - системы управления полетом, сбора данных и телеметрии - а также проверено вспомогательное наземное оборудование и процедуры предстартовой подготовки.
Таким образом, Nammo наконец-то выходит на финишную прямую к суборбитальному запуску, назначенному на конец сентября этого года. Ракета длиной девять метров и массой около 800 кг стартует с полигона "Аннёйя" на севере архипелага Вестролен (Andøya Space Center) с последующим приводнением в Норвежском море. В случае успеха Nukleos достигнет максимальной высоты 130-140 километров и, преодолев на 100 км официально принятую границу земной атмосферы, станет первой космической ракетой с гибридным двигателем в Европе.
Последний нюанс играет немаловажную роль именно для помешанных на экологии скандинавов, так как гибридные ракетные двигатели считаются "зелеными", потому что их работы образуются только углекислый газ и вода. Окислителем является перекись водорода, а само топливо представляет собой синтетический каучук HTPB (hydroxyl-terminated polybutadiene). Поскольку ни один из компонентов не требует хранения под высоким давлением, и/или при крайне низких температурах, им не требуются и специальные системы транспортировки/хранения на стартовой площадке.
Nukleos спроектирована как одноступенчатая геофизическая ракета, но фактически является демонстратором технологий для решения гораздо более амбициозных задач - создание в Норвегии собственной ракеты-носителя сверхлегкого класса North Star (North Star Launch Vehicle - NSLV) с полезной нагрузкой до 20 килограммов для полярных НОО высотой 350-400 км. В дальнейшем отработанные и проверенные двигательные модули одинаковой конструкции планируется собирать по четыре в пакет (ступень Aurora), а затем и по семь (ступень Borealis), для которых Nukleos станет верхней ступенью (второй или третьей соответственно).
Проектное изображение двухступенчатой геофизической ракеты NSLV: нижняя ступень - Aurora, верхняя - Nucleos © Nammo
В принципе, сверхлегкие РН в последнее время обсуждают все, кому не лень, но если кто желает освежить знания, рекомендую глянуть материал коллеги zelenyikot Всемирная микроракетная лихорадка, с дополнениями от коллеги lozga про Китай, Австралию, США, Японию и по остальным россыпью. К настоящему времени картинка в немалой степени устарела, но общее представление получить вполне позволяет:
Инженеры компании Nammo впервые обратили свои взоры на гибридные технологии еще в конце 1990-х, когда искали возможность регулировать тягу двигателей боевых ракет, чтобы управляя скоростью сгорания топлива обеспечить его экономию на среднем участке траектории для максимального ускорения при выходе в атаку перед целью. С такой точки зрения гибридный двигатель давал немалые преимущества - топливо хранится в твердом виде, а окислитель подается в жидком или газообразном. Это позволяет сочетать достоинства твердотопливных и жидкостных ракетных двигателей - гибридный РД прост и компактен как РДТТ, и его можно перезапускать и управлять тягой, как на ЖРД. В 2007 году эти исследования завершились успешным испытанием небольшой ракеты, которая подтвердила потенциальную реализуемость концепции.
Первый испытательный пуск ракеты с гибридным двигателем (полигон Аннёйя, 2007 год)
В 2010 году в Nammo начались основные работы по созданию собственного гибридного РД на основе нескольких небольших контрактов с Европейским космическим агентством (ЕКА) при поддержке Норвежского космического центра (Norsk romsenter), начиная с программы разработки перспективных пусковых установок FLPP (Future Launchers Preparatory Programme). В январе 2013 года руководство Nammo и ракетного полигона "Аннёйя" объявили о совместной разработке ракетной системы North Star. Тогда же начались первые испытания компонентов двигателей на производственных мощностях подразделения подводных систем шведской корпорации Saab, которые накопили обширный опыт применения перекиси водорода в двигательных установках торпед. К тому времени ЕКА заключила с Nammo новый, более крупный контракт для развития технологии. Это позволило компании построить собственный испытательный комплекс в Raufoss, который ввели в эксплуатацию в том же 2013-м. Сейчас финансирование от ЕКА идет по программе SMILE (SMall Innovative Launcher for Europe) под общим руководством авиационно-космического агентства Нидерландов с завершением проекта в декабре 2020 года. Для запуска европейских наноспутников на полярные орбиты в качестве основного варианта планируют использовать полигон "Аннёйя". Но в самой Норвегии рассматривают и варианты использования ракетного полигона SVALRAK аж на архипелаге Шпицберген. У него исчезающе малая энергоэффективность для вывода полезной нагрузки на экваториальные орбиты, хуже которой может быть только запуск прямо с полюса. Но на полярные орбиты он сможет запускать спутники так же эффективно, как и любой другой космодром.
Кроме ракет-носителей c гибридными РД от Nammo большой энтузиазм у европейских специалистов вызывает новый ЖРД немецкого космического агентства DLR (3D-печать, жидкий кислород-керосин, многоразовое использование).
По своей линии в Nammo к настоящему провели уже более 150 экспериментов и испытаний различных подсистем ракеты и самих двигателей, сначала в стендовых конфигурациях, а затем их облегченных "полетных" вариантов, оптимизированных для установки на ракете. Ниже видео с испытаний 2014 года:
В мае 2016 года успешно продемонстрировали возможность запуска, выключения и повторного включения двигателя - 5 секунд горения, пауза 2 часа 35 мин. и затем еще 10 секунд горения.
В марте 2017-го эксперимент повторили с "полетной" облегченной версией двигателя.
Следующая задача состояла в том, чтобы отправить North Star в настоящий полет. Когда все начиналось в 2013-м рассчитывали провести всего 20 испытаний двигателей и уже в сентябре 2015 года запустить с Аннёйи Nucleus c полезной нагрузкой 100 кг. По мерее распухания программы испытаний этот срок постепенно сдвинулся на март 2017 года, потом его перенесли на осень-зиму того же года. Если бы все прошло нормально, то в 2018-м году возможен был бы запуск двухступенчатой геофизической ракеты по суборбитальной траектории. Однако, как это обычно бывает, все планы плавно уехали по срокам вправо, хотя первое полноценное испытание трехступенчатой модификации РН NSLV обещают 2020 году, как и было в самом начале - явно опытные люди, грамотно зазор выбрали.
Как заявляют в Nammo, последние задержки связаны с несколькими факторами, но главным из них стало ожидание получения деталей от субподрядчиков. Nucleus - самая большая ракета, которую они когда-либо делали. Поэтому понадобились компоненты таких размеров, для изготовления которых в Норвегии просто нет оборудования. Чтобы инженеры не бездельничали, пока ждали доставку, большинство из них перекинули на другие направления НИОКР, признанные более перспективными. А вернуть назад специалистов смогли только после их завершения. Но теперь вроде бы проект Nucleos получил зеленый свет от руководства и всемерную поддержку, так что ждем сентября.
Интересно, что с завершением работ Nammo настойчиво торопит еще одна компания. Как ни странно, на этот раз для разнообразия автомобильная - британская Jaguar Land Rover. Из-за задержек с гибридным двигателем им пришлось уже несколько раз откладывать завершение своего проекта Bloodhound SSC (Super Sonic Car). Подразделение Bloodhound КБ Jaguar'а с самого начала было одним из спонсоров проекта Nucleos.
Силовая установка этого мягко говоря автомобиля должна включать аж пять двигателей трех типов: пакет из трех РД Nammo, один ТРД Rolls-Royce Eurojet EJ200 (как на Eurofighter Typhoon) и 8-цилиндровый V-образный бензиновый мотор от самой Jaguar, который нужен всего лишь обеспечивать работу топливной, электрической и гидравлической систем РД и ТРД. По замыслу конструкторов Bloodhound SSC сможет разогнаться свыше 1000 миль/час (1 609 км/час), установив тем самым новый мировой рекорд скорости для наземного транспорта.
19 июля 2010 года на открывшейся в предместье Лондона международном авиасалоне в Фарнборо состоялась презентация полноразмерного макета Bloodhound SSC, Сверхзвуковой автомобиль при длине 14 метров будет весить более семи тонн © Jaguar
Тестирование телеметрических решений провели еще в 2016 году. В октябре 2017-го прототип автомобиля разгоняли с помощью ТРД до 320 км/час на ВПП аэродрома Ньюквей (графство Корнуолл).
Для установки рекорда подготовили трассу длиной 19 и шириной 3,2 километра на сухом нагорье Хакскин-Пан (провинция Северный Кейп, ЮАР). Но из-за затянувшейся доработки гибридного двигателя заезды Bloodhound SSC отодвинули сначала на лето 2018 года, а теперь перенесли еще дальше - на 2019 и 2020 годы.
5 июля на полигоне испытательного центра компании Nammo (Nordic Ammunition Company) в Raufoss успешно проведено заключительное наземное испытание силовой установки геофизической ракеты Nucleus. Гибридный двигатель после запуска проработал, выдавая тягу в 30 кН в течение 40 секунд до полного израсходования окислителя в баке.
Click to viewhttps://youtu.be/sh00B7zYFA0
Параллельно прошли тестирование все основные компоненты ракеты - системы управления полетом, сбора данных и телеметрии - а также проверено вспомогательное наземное оборудование и процедуры предстартовой подготовки.
Таким образом, Nammo наконец-то выходит на финишную прямую к суборбитальному запуску, назначенному на конец сентября этого года. Ракета длиной девять метров и массой около 800 кг стартует с полигона "Аннёйя" на севере архипелага Вестролен (Andøya Space Center) с последующим приводнением в Норвежском море. В случае успеха Nukleos достигнет максимальной высоты 130-140 километров и, преодолев на 100 км официально принятую границу земной атмосферы, станет первой космической ракетой с гибридным двигателем в Европе.
Последний нюанс играет немаловажную роль именно для помешанных на экологии скандинавов, так как гибридные ракетные двигатели считаются "зелеными", потому что их работы образуются только углекислый газ и вода. Окислителем является перекись водорода, а само топливо представляет собой синтетический каучук HTPB (hydroxyl-terminated polybutadiene). Поскольку ни один из компонентов не требует хранения под высоким давлением, и/или при крайне низких температурах, им не требуются и специальные системы транспортировки/хранения на стартовой площадке.
Nukleos спроектирована как одноступенчатая геофизическая ракета, но фактически является демонстратором технологий для решения гораздо более амбициозных задач - создание в Норвегии собственной ракеты-носителя сверхлегкого класса North Star (North Star Launch Vehicle - NSLV) с полезной нагрузкой до 20 килограммов для полярных НОО высотой 350-400 км. В дальнейшем отработанные и проверенные двигательные модули одинаковой конструкции планируется собирать по четыре в пакет (ступень Aurora), а затем и по семь (ступень Borealis), для которых Nukleos станет верхней ступенью (второй или третьей соответственно).
Проектное изображение двухступенчатой геофизической ракеты NSLV: нижняя ступень - Aurora, верхняя - Nucleos © Nammo
В принципе, сверхлегкие РН в последнее время обсуждают все, кому не лень, но если кто желает освежить знания, рекомендую глянуть материал коллеги zelenyikot Всемирная микроракетная лихорадка, с дополнениями от коллеги lozga про Китай, Австралию, США, Японию и по остальным россыпью. К настоящему времени картинка в немалой степени устарела, но общее представление получить вполне позволяет:
Инженеры компании Nammo впервые обратили свои взоры на гибридные технологии еще в конце 1990-х, когда искали возможность регулировать тягу двигателей боевых ракет, чтобы управляя скоростью сгорания топлива обеспечить его экономию на среднем участке траектории для максимального ускорения при выходе в атаку перед целью. С такой точки зрения гибридный двигатель давал немалые преимущества - топливо хранится в твердом виде, а окислитель подается в жидком или газообразном. Это позволяет сочетать достоинства твердотопливных и жидкостных ракетных двигателей - гибридный РД прост и компактен как РДТТ, и его можно перезапускать и управлять тягой, как на ЖРД. В 2007 году эти исследования завершились успешным испытанием небольшой ракеты, которая подтвердила потенциальную реализуемость концепции.
Первый испытательный пуск ракеты с гибридным двигателем (полигон Аннёйя, 2007 год)
В 2010 году в Nammo начались основные работы по созданию собственного гибридного РД на основе нескольких небольших контрактов с Европейским космическим агентством (ЕКА) при поддержке Норвежского космического центра (Norsk romsenter), начиная с программы разработки перспективных пусковых установок FLPP (Future Launchers Preparatory Programme). В январе 2013 года руководство Nammo и ракетного полигона "Аннёйя" объявили о совместной разработке ракетной системы North Star. Тогда же начались первые испытания компонентов двигателей на производственных мощностях подразделения подводных систем шведской корпорации Saab, которые накопили обширный опыт применения перекиси водорода в двигательных установках торпед. К тому времени ЕКА заключила с Nammo новый, более крупный контракт для развития технологии. Это позволило компании построить собственный испытательный комплекс в Raufoss, который ввели в эксплуатацию в том же 2013-м. Сейчас финансирование от ЕКА идет по программе SMILE (SMall Innovative Launcher for Europe) под общим руководством авиационно-космического агентства Нидерландов с завершением проекта в декабре 2020 года. Для запуска европейских наноспутников на полярные орбиты в качестве основного варианта планируют использовать полигон "Аннёйя". Но в самой Норвегии рассматривают и варианты использования ракетного полигона SVALRAK аж на архипелаге Шпицберген. У него исчезающе малая энергоэффективность для вывода полезной нагрузки на экваториальные орбиты, хуже которой может быть только запуск прямо с полюса. Но на полярные орбиты он сможет запускать спутники так же эффективно, как и любой другой космодром.
Кроме ракет-носителей c гибридными РД от Nammo большой энтузиазм у европейских специалистов вызывает новый ЖРД немецкого космического агентства DLR (3D-печать, жидкий кислород-керосин, многоразовое использование).
По своей линии в Nammo к настоящему провели уже более 150 экспериментов и испытаний различных подсистем ракеты и самих двигателей, сначала в стендовых конфигурациях, а затем их облегченных "полетных" вариантов, оптимизированных для установки на ракете. Ниже видео с испытаний 2014 года:
В мае 2016 года успешно продемонстрировали возможность запуска, выключения и повторного включения двигателя - 5 секунд горения, пауза 2 часа 35 мин. и затем еще 10 секунд горения.
В марте 2017-го эксперимент повторили с "полетной" облегченной версией двигателя.
Следующая задача состояла в том, чтобы отправить North Star в настоящий полет. Когда все начиналось в 2013-м рассчитывали провести всего 20 испытаний двигателей и уже в сентябре 2015 года запустить с Аннёйи Nucleus c полезной нагрузкой 100 кг. По мерее распухания программы испытаний этот срок постепенно сдвинулся на март 2017 года, потом его перенесли на осень-зиму того же года. Если бы все прошло нормально, то в 2018-м году возможен был бы запуск двухступенчатой геофизической ракеты по суборбитальной траектории. Однако, как это обычно бывает, все планы плавно уехали по срокам вправо, хотя первое полноценное испытание трехступенчатой модификации РН NSLV обещают 2020 году, как и было в самом начале - явно опытные люди, грамотно зазор выбрали.
Как заявляют в Nammo, последние задержки связаны с несколькими факторами, но главным из них стало ожидание получения деталей от субподрядчиков. Nucleus - самая большая ракета, которую они когда-либо делали. Поэтому понадобились компоненты таких размеров, для изготовления которых в Норвегии просто нет оборудования. Чтобы инженеры не бездельничали, пока ждали доставку, большинство из них перекинули на другие направления НИОКР, признанные более перспективными. А вернуть назад специалистов смогли только после их завершения. Но теперь вроде бы проект Nucleos получил зеленый свет от руководства и всемерную поддержку, так что ждем сентября.
Интересно, что с завершением работ Nammo настойчиво торопит еще одна компания. Как ни странно, на этот раз для разнообразия автомобильная - британская Jaguar Land Rover. Из-за задержек с гибридным двигателем им пришлось уже несколько раз откладывать завершение своего проекта Bloodhound SSC (Super Sonic Car). Подразделение Bloodhound КБ Jaguar'а с самого начала было одним из спонсоров проекта Nucleos.
Силовая установка этого мягко говоря автомобиля должна включать аж пять двигателей трех типов: пакет из трех РД Nammo, один ТРД Rolls-Royce Eurojet EJ200 (как на Eurofighter Typhoon) и 8-цилиндровый V-образный бензиновый мотор от самой Jaguar, который нужен всего лишь обеспечивать работу топливной, электрической и гидравлической систем РД и ТРД. По замыслу конструкторов Bloodhound SSC сможет разогнаться свыше 1000 миль/час (1 609 км/час), установив тем самым новый мировой рекорд скорости для наземного транспорта.
19 июля 2010 года на открывшейся в предместье Лондона международном авиасалоне в Фарнборо состоялась презентация полноразмерного макета Bloodhound SSC, Сверхзвуковой автомобиль при длине 14 метров будет весить более семи тонн © Jaguar
Тестирование телеметрических решений провели еще в 2016 году. В октябре 2017-го прототип автомобиля разгоняли с помощью ТРД до 320 км/час на ВПП аэродрома Ньюквей (графство Корнуолл).
Для установки рекорда подготовили трассу длиной 19 и шириной 3,2 километра на сухом нагорье Хакскин-Пан (провинция Северный Кейп, ЮАР). Но из-за затянувшейся доработки гибридного двигателя заезды Bloodhound SSC отодвинули сначала на лето 2018 года, а теперь перенесли еще дальше - на 2019 и 2020 годы.