Siden århundredeskiftet har rumforskning ændret sig dramatisk takket være den hidtil uset stigning i kommercielt rumfart (aka. NewSpace). Med målet om at udnytte nye teknologier og sænke omkostningerne ved at lancere nyttelast i rummet, fremsættes nogle virkelig innovative og nye ideer. Dette inkluderer ideen om at bruge balloner til at transportere raketter til meget høje højder og derefter skyde nyttelast til deres ønskede kredsløb.
Også kendt som "Rockoons" har dette koncept informeret Leo Aerospace 's fuldt autonome og fuldt genanvendelige lanceringssystem - som består af en højhøjde-aerostat (ballon) og en raket-opsætningsplatform. Med de første kommercielle lanceringer, der forventes for næste år, planlægger virksomheden at bruge dette system til at levere regelmæssige lanceringstjenester til mikrosatellitmarkedet (alias CubeSat) i de kommende år.
Konceptet med Rockoon er et af mange luft-lanceringssystemer, der er blevet undersøgt og valideret siden rumalderen begyndte. I modsætning til konventionelle raketter, der er afhængige af massive mængder drivmiddel for at opnå flugthastighed og sende nyttelast til bane, er luftudskytningssystemer afhængige af den relativt omkostningseffektive metode til at transportere en nyttelast til høj højde, hvor den derefter kan sendes til lav jord Orbit (LEO).
Dette reducerer den nødvendige mængde drivmiddel, men involverer også opsætning af en raket fra højder, hvor luftmotstanden er lavere, og der er behov for mindre kraft for at undslippe Jordens tyngdekraft. Alt dette gør det muligt for meget mindre og lettere startkøretøjer at blive brugt, hvilket fører til betydelige reducerede omkostninger. Denne metode er især effektiv, når det kommer til små nyttelaster som mikrosatellitter, der bliver desto mere almindelige.
I dag involverer de fleste luft-lanceringssystemer, der forfølges, fly, der bringer raketter eller rumfartøjer med raketmotorer for at starte højder - såsom Virgin Galactics SpaceShipTwo, Virgin Orbit's LauncherOne eller Stratolaunch-luftfartsselskabet. Det Los Angeles-baserede Leo Aerospace-selskab valgte dog at undersøge den lige så gyldige metode til at stole på en lettere-end-air-platform (LTA) for at få nyttelast til rummet.
Som Dane Rudy, medstifter og administrerende direktør af Leo Aerospace, fortalte Space Magazine via e-mail:
”Fra et første ordens fysikperspektiv er ballonudskytning en meget elegant løsning til at give en effektiv og omkostningseffektiv lancering af små nyttelast. Derudover reducerer denne arkitektur dramatisk den krævede lanceringsinfrastruktur, der muliggør en fuldt mobil løsning. ”
De centrale komponenter i dette lanceringssystem er Regulus Orbital-lanceringsplatformen og Orbital Rocket. Regulus-platformen tilvejebringer autonom flyvningskontrol gennem en række brændere (som sikrer, at aerostaten forbliver flydende) og et rotationsstyringssystem af bipropellante thrustere, som alle er monteret på et isoleret legeme sammensat af kompositmateriale.
I mellemtiden er Orbital Rocket et miniature tre-trins startkøretøj, der er fastgjort til platformen via en aktuator og en startskinne. Når aerostaten når en indsatshøjde på 18.000 meter (60.000 ft), starter raketten og fører nyttelasten til den ønskede bane. I henhold til virksomhedens side om missionsprofiler vil systemet være i stand til at udføre flere typer levering til forskellige højder.
”Udviklings- og produktionsomkostningerne for et ballonsystem er størrelsesordrer mindre end at bruge et fly,” sagde Rudy. ”Sammenlignet med andre ballonsystemer, der bruger løftegas, er vores varmluftsarkitektur genanvendelig fuldt og hurtigt. Vi kan gennemføre snesevis af lanceringer med et enkelt system, før der kræves renovering. ”
Disse vil variere fra suborbitalmissioner - hvor nyttelast sendes til højder over 100 km (62 mi) - til orbitale missioner, hvor CubeSats vil blive sendt til sol-synkron bane (SSO) på 550 km (340 mi). En anden mulighed, som de helt sikkert vil nævne, involverer levering af humanitær hjælp eller nødkommunikationsudstyr til fjerntliggende regioner, der er utilgængelige for fastvingede fly, droner eller andre luftkøretøjer.
Virksomheden planlægger også at inkorporere svæveflyvninger og droner, der kan indsættes fra deres aerostater, og dermed tilbyde andre missionprofiler - såsom dronemonitorering, videnskabelige eksperimenter og kommunikationstjenester. Ud over at være et mere omkostningseffektivt middel til at placere små nyttelast i kredsløb har lanceringssystemet også fordelen ved at være meget kompakt.
På grund af dette kan raketen, aerostaten og maskinerne, der er nødvendige for at pumpe den op, alle placeres i en standard forsendelsescontainer, indlæses på en semi-truck og derefter afsendes, hvor det er nødvendigt. Trailerkabinen fungerer også som den første kommunikationsstation til lanceringen. Dette niveau af mobilitet og fleksibilitet er en af de egenskaber, der kan gøre aerostatplatforme effektive til at levere nødhjælp og nødhjælp. Som Rudy sagde:
”Vi begynder at afsløre mange forskellige anvendelsessager til den genanvendelige og autonome aerostatplatform, som vi udvikler. Den er helt mobil og passer ind i en standard forsendelsescontainer, hvilket gør det nemt at transportere og opbevare. Derudover er det let at betjene og utroligt robust. I modsætning til at løfte gasballoner, kan vores system stadig fungere med et hul på størrelse med en bil i ballonmaterialet. Vores samarbejdspartnere er glade for at udnytte disse kapaciteter til hurtigt at indsætte sensorpakker i katastrofeområder efter orkanen eller levere nødhjælpsforsyninger på steder, der er vanskelige at nå. Det har været utroligt at arbejde med grupper som Army Space og High-Altitude Experimental gren for at identificere og løse en sådan række af problemtilfælde. ”
Alt dette sætter virksomheder som Leo Aerospace og andre, der forfølger lettere end luftkoncepter, i god stand til at drage fordel af væksten på satellitmarkedet. Mellem udbredelsen af mikrosatellitter (alias CubeSats) og fremkomsten af let-nyttelast-lanceringstjenester (som Rocketlab og Virgin Orbit) forventes dette marked at eksplodere i de kommende år.
Det, der dog adskiller Leo Aerospace, er den måde, de er fokuseret på levering af satellitter, der vejer mindre end 25 kg (55 kg). Som Rudy forklarede, er der endnu ikke en dedikeret løsning til mikrosatellitter, der falder inden for dette interval. Typisk er CubeSats tvunget til at ”rideshare” på raketter, hvor de optager fri plads sammen med tungere nyttelast.
Dette er noget, som Rudy og hans kolleger håber at afhjælpe:
”Dette er ekstra overraskende, da næsten halvdelen af alle satellitter i de næste 10 år forventes at falde inden for dette segment. Vi har arbejdet hårdt for at fange og opretholde en første mover fordel i 25 kg segmentet. Vi har udført de mest omfattende operationer og test af vores køretøj. Derudover er vi længst i lovgivningsarbejdet gennem vores nære forhold til FAA og aktivt medlemskab af Commercial Spaceflight Federation. Endelig er vores system skræddersyet til at give den dedikerede lancering, som vores kunder har brug for, og med en høj nok frekvens til at imødekomme den utrolige efterspørgsel. ”
Ved udgangen af 2018 havde virksomheden med succes afsluttet en lanceringstestkampagne og sikret finansiering gennem National Science Foundation og et venturekapitalfirma. I 2020 håber de på fuld flyvekvalificering af deres platform ved at gennemføre deres første flyvning, som vil blive efterfulgt af kommercielle operationer og måske endda kontrakter med NASA.
”Disse kommercielle operationer vil være vores indtræden på $ 2,6B High-Altitude Platform Services-markedet med en række civile, forsvars- og kommercielle kunder,” sagde Rudy. ”Vi har arbejdet med NASA JPL for at udforske flere forskellige anvendelsessager. Et eksempel er at transportere Mars-køretøjer ind i den øvre atmosfære her på Jorden og slippe dem for at indsamle data og teste aerodynamisk ydeevne. ”
Fra sin ydmyge begyndelse har kommercialiseringen af plads i fuldt omfang været i fremskridt i de senere år. Mellem faldende lanceringsomkostninger, udvikling af mindre nyttelast og stigningen i kommercielle lanceringsudbydere, der kan rumme mindre nyttelast, vil Low Earth Orbit (LEO) sandsynligvis blive et meget travlt sted i den nærmeste fremtid!
