Nedavno sam pisao o prvoj privatnoj raketi za let u kosmos – morularnom OTRAG programu Nemca Lutza Kaysera. Program je nudio 10 puta jeftinije letove od onih koje nudi Evropa i Amerika. Taj genijalni koncept živi i danas u idejama privatne aeronautičke korporacije „InterOrbital System Corp.“
Ovu kompaniju su 1996. godine osnovali u Kaliforniji Rod i Randa Miliron, suosnivači i kompanije „Trans Lunar Research“ (TLR), čije projekte sam nedavno opisao u tekstu „Privatni roveri uskoro na Mesecu“. „InterOrbital System“ (IOS) trenutno radi na razvojnom projektu porodice raketa sa ciljem da osvoje Google Lunar X Prize[1]. Kompanija učestvuje i u drugim kosmičkim takmičenjima: Ansari X-Prize[2] i America's Space Prize[3].
SERIJA RAKETA „NEPTUN“
„InterOrbital System“ radi na razvoju nove generacije jeftinih i brzoisplativih orbitnih lansera sa i bez posade. Serija modularnih raketa „Neptun“ treba da bude konstruisana sa minimanim sredstvima i sa maksimalnom pouzdanošću. Nepotrebni, skupi, komplikovani, skloni kvaru, i sistemi ograničenih performansi, kao što su krila i turbopumpe za gorivo, neće ulaziti u njihovu konstrukciju. Pošto su modularne rakete „Neptun“ dizajnirane tako da budu lanstirane se rampe na privatnom ostrvu ili sa mora, troškovi lansiranja će biti relativno zanemarivi (u odnosu na standardne cene), a raspored lansiranja će se zasnivati isključivo na potrebama naručioca. Modularni raketni sistem IOS predstavlja napredniju verziju pomenutog OTRAG sistema iz sedamdesetih godina. Luc Kajzer, bivši vođa i idejni tvorac OTRAG tima, glavni je konsultant IOS projekta.
MODULARNI RAKETNI SISTEM
Svaki član lansera serije „Neptun“ sačinjen je od više „prostih pogonskih modula“ (CPM). Trenutno, IOS razvija male i velike CPM–ove. Izbor CPM–ova zavisiće od namene rakete i projektovanih troškova. Nosivost će moći da se povećava ili smanjuje dodavanjem ili oduzimanjem CPM–ova, ili odabirom veličine CPM–ova upotrebljenih u raketnom klasteru. Prva serija „Neptun“ raketa koristiće male CPM–ove.
PROSTI POGONSKI MODUL
Svaki „prosti pogonski modul“ sastoji se od četiri rezervoara za gorivo i jednog ablativno hlađenog raketnog motora sa mogućnošću povećavanja ili smanjivana potiska. Kapacitet rezervoara za gorivo biće regulisan njihovom dužinom. Troškovi proizvodnje biće niski zahvaljujući korišćenju mnogih komponenti dostupnih svima, te lakih za masovnu proizvodnju. Svi CPM delovi će moći uzejamno da zamenjuju mesta.
MOTORI NA TEČNO GORIVO I GORIVO
Pogonske jedinice za CPM–ove biće fiksirani, niskopotisni motori podesivog „gasa“. Automaztskim podešavanjem jačine potiska pojedinih raketnih motora u klasteru vršiće se i upravljanje sistemom tokom lansiranja. Ako jedan segment leti kao nezavisna raketa, upravljanje se vrši sa 4 mala „vernier“ trastera sa pokretnim mlaznicama. Glavno gorivo za motore je belodimna azotna kiselina (WFNA, kao oksidator) i terpentin/farfurilni alkohol, koji u IOS–u nazivaju „Hydrocarbon–X“.Ovo je jeftino i „čisto“ gorivo, lako za skladištenje, koje omogućava pouzdano, efikasno i hipergolično paljenje.
AERODINAMIKA
Do sada su aerodinamička svojstva unikatne konfiguracije modularnih raketa „Neptun“ serije prošla intenzivnu analizu. Podaci govore da je odnos potiska i trenja prihvatljiv i da je čak manji nego kod spejs šatlova. Uopšteno gledajući, raketa će leteti malom brzinom do visine do 10 km, dostići će 1 Mah između 8 i 11 km, a brzinu od 4 Maha na visinama preko 33 km. Na tim visinama atmosferski pritisak je ekstremno nizak (6,45 mm živinog stuba, odn. 8,62 mbara) (pritisak na nivou mora = 760 mm Hg stuba, odn. 1.013 mbara). Obzirom da je orbitna brzina oko 25 Maha, najveći deo ubrzanja (90%) odvijaće se van gustih slojeva atmosfere, tamo gde je trenje ekstremno malo.
MNOGOBROJNI MOTORI
Kosmički lanseri sa više motora su u upotrebi još od samog početka kosmičke ere. „Saturn 1B“ je imao 8 „buster“ motora (I stepen), 6 motora u II stepenu i 2 u III stepenu (ukupno 16 motora). Trostepena „Союз“ raketa ima ukupno 34 motora, uključujući i motore dodatnog stepena. Kada pogledamo modularnu raketu „Neptun“ odozdo, nećemo videti samo buster motore, već i motore svih gornjih stepemi. Razlog za to je njihova paralelna konfiguracija. Kod standardnih raketnih konfiguracija motori gornjih stepeni se ne mogu videti. Na donjoj slici se vidi raketa „Союз“ sa 32 buster i „vernier“ motora. „Союз“ je inače jedna od najpouzdanijih raketnih sistema ikad napravljenih u svetu.
„NEPTUN 30“
Radi se o višestepenoj raketi sposobnoj da u nisku orbitu oko Zemlje (LEO) odnese mikro satelite ukupne težine 30 kg. Sastoji se od 4 mala CPM–a i tzv. „kick stage“ na tečno gorivo za spin–stabilizaciju satelita. Ovaj tip rakete dizajniran je za podržu internacionalnom tržištu minijaturnih satelita tipa CubeSat.
„NEPTUN 1000“
„Neptun 1000“ je višestepena raketa srednje snage sposobna da u LEO orbitu podigne do 1 tone tereta ili da teretu od 190 kg obezbedi put u duboki kosmos. Raketa je komponovana od 33 mala „prosta pogonska modula“. „Neptun 1000“ je predviđen za lansiranje lendera sa roverom na Mesec u okviru Google Lunar X Prize.
Paralelna ,modularna raketa „Neptun 1000“ sadrži 33 „prosta pogonska modula“, i predstavlja „InterOrbitalov“ doprinos „Synergy Moonu“, pokušaju tri kompanije da osvoje Google Lunar X Prize.
„NEPTUN“ TSAAHTO
Modularni „Neptun“ TSAAHTO (Two–Stage–and–a–Half–to–Orbit[4]) je konstruisan prvenstveno za orbitne letove sa ljudskom posadom. Ovaj lanser se sastoji od osam velikih CPM–a i osam malih CPM–a. Ovaj „Neptun“ ima istu konfiguraciju kao „Sea Star“ TSAAHTO ili „Atlas IIA“.
Verzija „Sea Star“ TSAAHTO će moći da odnese 20,5 kg u polarnu orbitu visine 242 km.
„Dva ipo stepena do orbite“ (TSAAHTO)
„Neptun“ TSAAHTO će biti dvoipo stepena raketa čiji motori neće da budu „hranjeni“ gorivom uz pomoć pumpi za gorivo već prostom metodom pritiska u rezervoarima[5]. Imaće sličnu konfiguraciju kao „Atlas-Agena“. Ono „ipo stepeni“ je ekvivalentno odbacivanju nepotrebnog tereta. „Neptun“ TSAAHTO je dizajniran da dostavi preko 3 tone tereta u orbitu visine 400 km i nagiba 51°. Osnovne komponente rakete su „Booster Module“ (BM), „Sustainer Module“ (SM), „Orbital Station Module“ (OSM), i „Crew Module“ (CM).
„Modul orbitne stanice“ (OSM)
Najneobičnija konstruktorska inovacija kod „Neptun“ TSAAHTO predstavlja dvostruka upotreba tanka za gorivo (kad se isprazni pogodan je za život). Nakon dolaska u orbitu, posada će preći u specijalni rezervoar za gorivo pod pritiskom prolazeći kroz poklopac na toplotnom štitu „modula sa posadom“ (CM). Tokom misije, tank dužine 4,30 m i prečnika 6,10 m pružaće ljudima životni, rekreacioni i radni prostor u kome će u različitim zonnama moći da obavljaju i privatne i grupne aktivnosti. Posada ekspedicije moći će da uživa u spektakularnom pogledu na Zemlju i otvoreni kosmos ili da se maksimalno opusti u uslovima bestežinskog stanja.
„Modul sa posadom“ (CM)
CM je projektovan tako da može da ugosti pet članova ekspedicije i jednog zapovednika–pilota. Šestočlana posada će sedeti radijalno raspoređeni oko centralnog servisnog odeljka. Svaki član će imati sopstveni otvor koji će mu omogućavati odličnu vidljivost. CM je zakačen za prednji deo rakete i sadrži sledeće komponente: sistem za spašavanje u slučaju nesreće, sistem za održavanje života putnika, sistem za el. energiju, uređaj za spajanje, sistem za kočenje za ulazak u orbitu, sistem za montrolu položaja (ACS), padobranski sistem i zadnji termalni štit za ulazak u atmosferu.
Sistem za spašavanje CM
Modul CM je na dnu opremljen sa četiri raketna motora na tečno gorivo. U slučaju nekog katastrofalnog kvara na glavnom raketnom sistemu na rampi, ili bilo gde duž lansirne trajektorije, rakete sistema za spašavanje bi odnele CM dalje od rakete–nosača. U tom slučaju, CM je konstruisan da može da sleti padobranom na okean i da bude ponovo upotrebljen.
Neke rakete iz porodice „Neptun“. Najjače su „N1000“ i „N4000“.
„RIPPER“ je letilica za prikupljanje lunarnih uzoraka i povratak na Zemlju. Moći će da donese oko 5 kg materijala. Jedan gram se danas procenjuje na \(10.000
TESTIRANJE
Praktično sve komponente modularne serije „Neptun“ nalaze se na zemaljskim i letnim testiranjima još od 1999. godine. Veliku pomoć su dala brojna lansiranja IOS–ove „Neutrino“ „sounding“ (istraživačke) rakete, koja su pružila bitne podatke o raketnom motoru i performansama hipergoličkog raketnog goriva.
Jedno od uspešnih testiranja motora u pustinji Mohave.
http://www.youtube.com/watch?v=nMXKBRseEi8
Gornja fotografija pokazuje testiranja pojedinačnih modula CPM na mobilnim kolicima MTA. Ove godine biće izvršena prva lansiranja u orbitu klastera CPM–a, a mesto lansiranja biće ostrva Tonga.
[1] Takmičenje poznato i kao „Moon 2.0“, koje traje od 2007. sa ciljem da iznjedri privatnu kompaniju koja će da uspešno lansira, sleti i putuje po površini Meseca pomoću robota (min. 500 m) koji će na Zemlju da šalje slike i podatke. Prva nagrada je \)20 miliona a druga \(5 miliona. Takmičenje traje do kraja 2015. godine. Do sada se prijavilo 29 kompanija iz USA, Rusije, Italije, Indije, Rumunije, Nemačke, Španije, Izraela, Mađarske, Brazila, Čilea itd.
[2] Nagrada od \)10 mil. bilo kojoj nevladinoj kompaniji koja uspe da u dve nedelje izvrši dva lensiranja višekratne letilice sa posadom u orbitu.
[3] Nagrada od $50 mil. američkom timu koji konstruiše i lansira višekratnu kapsulu koja će poneti 5 astromauta do svemirskog modula na naduvavanje „Bigelow Aerospace” (visina: 400 km). Takmičenje je 2004. organizovao hotelijer R. Bigelow, ali do kraja roka 2010. niko nije osvojio nagradu.
[4] Klasične rakete imaju više stepeni, svaki manji od prethodnog, gde svaki radi i otpada pre nego što se sledeći uključi. Međutim, većina raketa, kao što su šatlovi, „Ariane“ i „Atlasi“, imaju više od jednog seta motora koji paralelno rade tokom lansiranja. Na određenoj visini jedan set (polustepen; half–stage) motora (i pridruženi rezervoari) se otkačinje, dok preostali stepen nastavlja neprekinuti rad i let ka orbiti. Ova konfiguracija se naziva „One–and–a–Half–Stage–to –Orbit“. Identična priča je i sa „dva ipo stepena do orbite“ (TAAHSTO).
Najveća prednost ovakve ideje je u tome da ukupna veličina i težina motora može da bude manja i lakša, jer motori „polustepena“ stvaraju dodatni potisak, što znači da može da se ponese više goriva, što. opet, znači da može da se podigne veći teret. U stvarnosti, motori tog „polustepena“ su jači od glavnih motora.
[5] Rezervoari su punjeni 2/3 sa gorivom, a ostatak je napunjen vazduhom pod pritiskom, koji „gura“ gorivo ka komori za sagorevanje. Time su motori znatno uprošćeni.
