Seit der Jahrhundertwende hat sich die Weltraumforschung dank des beispiellosen Aufstiegs der kommerziellen Raumfahrt (auch bekannt als NewSpace) dramatisch verändert. Mit dem Ziel, neue Technologien zu nutzen und die Kosten für den Start von Nutzlasten in den Weltraum zu senken, werden einige wirklich innovative und neuartige Ideen entwickelt. Dazu gehört die Idee, mit Ballons Raketen in sehr große Höhen zu befördern und dann die Nutzlasten in ihre gewünschten Umlaufbahnen zu schießen.
Auch als „Rockoons“ bekannt, hat dieses Konzept informiert Leo Aerospace 's vollautonomes und vollständig wiederverwendbares Startsystem, das aus einem Höhenaerostat (Ballon) und einer Raketenstartplattform besteht. Mit den ersten kommerziellen Starts, die für nächstes Jahr geplant sind, plant das Unternehmen, dieses System in den kommenden Jahren für die Bereitstellung regelmäßiger Startdienste für den Mikrosatellitenmarkt (auch bekannt als CubeSat) zu verwenden.
Das Konzept des Rockoon ist eines von vielen Air-Launch-Systemen, die seit dem Jahr 2000 untersucht und validiert wurden Weltraumzeitalter begann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Raketen, die auf riesige Mengen an Treibstoff angewiesen sind, um Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen und Nutzlasten in den Orbit zu schicken, verlassen sich Luftstartsysteme auf die vergleichsweise kostengünstige Methode, eine Nutzlast in große Höhen zu transportieren, wo sie dann auf die niedrige Erde geschickt werden kann Umlaufbahn (LEO).
Die LauncherOne-Rakete, die von einem Jetliner aus eingesetzt wird. Bildnachweis: Virgin Orbit
Dies reduziert die benötigte Treibstoffmenge, beinhaltet aber auch den Start einer Rakete aus Höhen, in denen der Luftwiderstand geringer ist und weniger Kraft benötigt wird, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen. All dies ermöglicht den Einsatz viel kleinerer und leichterer Trägerraketen, was zu deutlich reduzierten Kosten führt. Diese Methode ist besonders effektiv, wenn es um kleine Nutzlasten wie Mikrosatelliten geht, die immer häufiger werden.
Heutzutage handelt es sich bei den meisten Luftstartsystemen, die verfolgt werden, um Flugzeuge, die Raketen oder Raumfahrzeuge mit Raketenmotoren zum Starten in Höhen bringen – wie das von Virgin Galactic RaumschiffTwo , Virgin Orbits LauncherOne , oder der Stratolaunch Luftfahrtunternehmen. Das in Los Angeles ansässige Unternehmen Leo Aerospace entschied sich jedoch, die ebenso gültige Methode zu untersuchen, sich auf eine Leichter-als-Luft-Plattform (LTA) zu verlassen, um Nutzlasten in den Weltraum zu bringen.
Dane Rudy, Mitbegründer und CEO von Leo Aerospace, sagte Universe Today per E-Mail:
„Aus physikalischer Sicht erster Ordnung ist der Ballonstart eine sehr elegante Lösung, um einen effizienten und kostengünstigen Start für kleine Nutzlasten zu ermöglichen. Darüber hinaus reduziert diese Architektur die erforderliche Startinfrastruktur drastisch und ermöglicht eine vollständig mobile Lösung.“
Die zentralen Komponenten dieses Startsystems sind die Regulus-Orbital Startplattform und die Orbitale Rakete . Die Regulus-Plattform bietet eine autonome Flugsteuerung durch eine Reihe von Brennern (die sicherstellen, dass der Aerostat schwimmt) und ein Rotationssteuersystem aus Doppeltriebwerken, die alle an einem isolierten Körper aus Verbundmaterial montiert sind.
Künstlerische Darstellung der Startplattform Regulus Orbital. Bildnachweis: Leo Aerospace
Inzwischen ist die Orbital Rocket eine dreistufige Miniatur-Trägerrakete, die über einen Aktuator und eine Startschiene an der Plattform befestigt ist. Sobald der Aerostat eine Einsatzhöhe von 18.000 Metern (60.000 Fuß) erreicht, wird die Rakete starten und die Nutzlast in die gewünschte Umlaufbahn bringen. Nach Angaben des Unternehmens Missionsprofile Seite wird das System in der Lage sein, mehrere Arten von Lieferungen in unterschiedliche Höhen durchzuführen.
„Die Entwicklungs- und Produktionskosten eines Ballonsystems liegen um Größenordnungen unter denen eines Flugzeugs“, sagt Rudy. „Im Vergleich zu anderen Ballonsystemen, die Hebegas verwenden, ist unsere Heißluftarchitektur vollständig und schnell wiederverwendbar. Wir können Dutzende von Markteinführungen mit einem einzigen System durchführen, bevor eine Modernisierung erforderlich ist.“
Diese reichen von suborbitalen Missionen – bei denen Nutzlasten in Höhen über 100 km (62 mi) geschickt werden – bis hin zu orbitalen Missionen, bei denen CubeSats auf eine sonnensynchrone Umlaufbahn (SSO) von 550 km (340 mi) geschickt werden. Eine andere Möglichkeit, die sie sicherlich erwähnen, ist die Lieferung von humanitärer Hilfe oder Notfallkommunikationsausrüstung in abgelegene Regionen, die für Starrflügler, Drohnen oder andere Luftfahrzeuge unzugänglich sind.
Das Unternehmen plant auch, Segelflugzeuge und Drohnen zu integrieren, die von ihren Aerostaten aus eingesetzt werden können, und bietet so andere Missionsprofile – wie Drohnenüberwachung, wissenschaftliche Experimente und Kommunikationsdienste. Neben der kostengünstigeren Platzierung kleiner Nutzlasten im Orbit hat das Trägersystem auch den Vorteil, dass es sehr kompakt ist.
Künstlerische Darstellung der Startrakete Regulus Orbital. Bildnachweis: Leo Aerospace
Aus diesem Grund können die Rakete, der Aerostat und die Maschinen, die zum Aufblasen benötigt werden, alle in einen Standard-Versandcontainer gelegt, auf einen Sattelschlepper geladen und dann dorthin transportiert werden, wo sie benötigt werden. Die Anhängerkabine dient auch als erste Kommunikationsstation für den Start. Dieses Maß an Mobilität und Flexibilität ist eines der Merkmale, die Aerostat-Plattformen bei der Bereitstellung von Nothilfe- und Hilfsdiensten effektiv machen könnten. Wie Rudy sagte:
„Wir beginnen, viele verschiedene Anwendungsfälle für die wiederverwendbare und autonome Aerostat-Plattform, die wir entwickeln, aufzudecken. Es ist vollständig mobil und passt in einen Standard-Versandbehälter, wodurch es leicht zu transportieren und zu lagern ist. Zudem ist es einfach zu bedienen und unglaublich robust. Im Gegensatz zu hebenden Gasballons kann unser System immer noch mit einem Loch von der Größe eines Autos im Ballonmaterial betrieben werden. Unsere Mitarbeiter freuen sich darauf, diese Fähigkeiten zu nutzen, um nach einem Hurrikan schnell Sensorsuiten in Katastrophengebieten bereitzustellen oder an schwer zugänglichen Orten Nothilfegüter bereitzustellen. Es war unglaublich, mit Gruppen wie dem Army Space and High Altitude Experiments Branch zusammenzuarbeiten, um eine solche Bandbreite an Problemfällen zu identifizieren und zu lösen.“
All dies bietet Unternehmen wie Leo Aerospace und anderen, die Leichter-als-Luft-Konzepte verfolgen, gute Chancen, vom Wachstum des Satellitenmarktes zu profitieren. Zwischen der Verbreitung von Mikrosatelliten (auch bekannt als CubeSats) und dem Aufkommen von Startdiensten für leichte Nutzlasten (wie Rocketlab und Virgin Orbit) wird erwartet, dass dieser Markt in den kommenden Jahren explodieren wird.
Was Leo Aerospace jedoch auszeichnet, ist die Art und Weise, wie sie sich auf die Lieferung von Satelliten konzentrieren, die weniger als 25 kg wiegen. Wie Rudy erklärte, gibt es noch keine dedizierte Lösung für Mikrosatelliten, die in diesen Bereich fallen. Typischerweise sind CubeSats gezwungen, auf Startraketen „mitzufahren“, wo sie neben schwereren Nutzlasten freien Platz einnehmen.
Die Leo Aerospace-Anhängerkabine montiert auf einem Sattelzug. Bildnachweis: Leo Aerospace
Hier hoffen Rudy und seine Kollegen Abhilfe zu schaffen:
„Dies ist besonders überraschend, wenn man bedenkt, dass voraussichtlich fast die Hälfte aller Satelliten in den nächsten 10 Jahren in dieses Segment fallen werden. Wir haben hart daran gearbeitet, einen First-Mover-Vorteil im 25-kg-Segment zu erobern und zu halten. Wir haben die umfangreichsten Operationen und Tests unseres Fahrzeugs durchgeführt. Darüber hinaus sind wir durch unsere enge Beziehung zur FAA und die aktive Mitgliedschaft in der Commercial Spaceflight Federation am weitesten in der Regulierungsarbeit. Schließlich ist unser System darauf zugeschnitten, die dedizierte Einführung zu ermöglichen, die unsere Kunden benötigen, und zwar mit einer ausreichend hohen Frequenz, um die unglaubliche Nachfrage zu decken.“
Bis Ende 2018 hatte das Unternehmen erfolgreich abgeschlossen eine Start-Test-Kampagne und gesicherte Finanzierung durch die Nationale Wissenschaftsstiftung und eine Venture-Capital-Gesellschaft. Im Jahr 2020 hoffen sie, ihre Plattform vollständig flugqualifizieren zu können, indem sie ihren Erstflug durchführen, dem kommerzieller Betrieb und möglicherweise sogar Verträge mit der NASA folgen werden.
„Diese kommerziellen Operationen werden unser Einstieg in die 2,6 Mrd Plattformdienste in Höhenlagen Markt mit einer Reihe von Zivil-, Verteidigungs- und gewerblichen Kunden“, sagte Rudy. „Wir haben mit dem NASA JPL zusammengearbeitet, um verschiedene Anwendungsfälle zu untersuchen. Ein Beispiel ist, Mars-Einstiegsfahrzeuge hier auf der Erde in die obere Atmosphäre zu befördern und sie abzusetzen, um Daten zu sammeln und die aerodynamische Leistung zu testen.“
Von ihren bescheidenen Anfängen an hat die vollständige Kommerzialisierung des Weltraums in den letzten Jahren sprunghaft Fortschritte gemacht. Zwischen sinkenden Startkosten, der Entwicklung kleinerer Nutzlasten und dem Aufkommen kommerzieller Startanbieter, die kleinere Nutzlasten aufnehmen können, wird Low Earth Orbit (LEO) wahrscheinlich in naher Zukunft ein sehr geschäftiger Ort werden!
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