Доставка в воздух

Проводить исследования атмосферы и поверхности Земли можно не только с помощью спутников, но и посредством малых ракет. Они запускаются на относительно небольшую высоту, в течение нескольких минут собирают нужную информацию, а затем падают в заранее заданный район. Их функции и конструкция не подразумевают долгой работы в суровых условиях космоса, поэтому они значительно проще и дешевле.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана предложили новый метод запуска таких сверхлегких исследовательских ракет — с борта беспилотника с комбинированной двигательной установкой. Стартует БПЛА с помощью катапульты, а когда набирает максимальную скорость и высоту, запускает бортовой ракетный ускоритель. Благодаря этому он выходит на угол, необходимый для запуска ракеты. Затем беспилотник возвращается к месту старта и садится с помощью парашюта. При таком способе для запуска ракет не требуются специальные площадки и полигоны, а сам беспилотник можно использовать много раз.

— БПЛА будет выполнен по аэродинамической схеме с интегрированным несущим и прямым трапециевидным крылом малой длины, — пояснил старший преподаватель МГТУ им. Н.Э. Баумана Александр Попов. — Данную схему выбрали, чтобы достигалась максимальная скорость и быстрота подъема самолета. Крылья имеют небольшие изгибы на концах.

Силовая установка состоит из двух электромоторов с толкающими винтами, расположенными в задней части фюзеляжа. Это сделано для того, чтобы исключить повреждение двигателей ракетным факелом при воздушном старте. Для придания БПЛА дополнительного ускорения непосредственно перед стартом ракеты он оснащен одним твердотопливным ракетным ускорителем, расположенным по центру аппарата.

Размах крыльев беспилотника — 1,7 м, длина — 1,5 м. Взлетная масса аппарата — 9 кг, полезная нагрузка — до 2,7 кг. Скорость самолета при горизонтальном полете — почти 25 м/с.

Прототип сделан из фанеры, стеклопласта и пенопласта. Бортовое радиоэлектронное оборудование размещается в передней части, парашютный контейнер — в средней, в задней — автопилот, крепления крыла и электрических двигателей.

Ракету размещают внизу фюзеляжа на внешней подвеске, она также оснащена парашютом для посадки. Ракета весит 1,5 кг, может нести 100 г полезной нагрузки. Этого как раз хватит для «поднятия на борт» камеры или иного небольшого технического устройства.

В качестве ускорителя используют ракетный двигатель РД-300. Это самый мощный двигатель для модельных ракет. Он отличается небольшой массой — около 430 г — и размерами (длина — 30 см, диаметр — почти 4 см).

БПЛА, подъем!

Благодаря новому БПЛА на большие высоты можно запускать ракеты, которые в иных условиях не способны на такой полет. Так как беспилотник сам задает начальный курс и скорость, ракета не нуждается в сложном бортовом комплексе управления, следовательно, будет проще и дешевле аналогов. В совокупности всё это позволит снизить стоимость запуска.

— Ракета, в зависимости от ее бортовой «начинки», может выполнять фактически весь спектр задач низколетящих спутников на малом отрезке времени, будь то сбор информации о состоянии атмосферы или съемка с высокой точностью для различного рода целей, — пояснила докторант ФГБНУ «Экспертно-аналитический центр» (компания занимается научными разработками в области космонавтики — «Известия») Мария Баркова. — Наряду с ракетами, заявленными в проекте, в качестве полезной нагрузки могут выступать радиозонды и малые космические аппараты в зависимости от целевой высоты выведения БПЛА.

Помимо проведения исследований Земли и атмосферы, с помощью беспилотника можно будет проводить испытания элементов ракетно-космических систем — подвергать их нужной перегрузке и анализировать результаты. Теоретически можно даже поднимать на суборбиту телескопы, ставить там физические эксперименты.

— В зависимости от цели можно создать и более крупный беспилотник, но в этом случае уже нужно обратить внимание на увеличение мощности двигателя либо использовать технологию выведения шаттла, — отметила Мария Баркова.

Впрочем, у экспертов, опрошенных «Известиями», есть ряд вопросов к технической реализуемости и экономической целесообразности проекта. Так, гендиректор «АК «Новый космос», эксперт рынка НТИ «Аэронет» Антон Алексеев обратил внимание, что состояние атмосферы сейчас эффективно изучают метеоракеты. Они летят по баллистической траектории и в состоянии достигать линии Кармана в 100 км, где начинается космическое пространство.

— Способна ли предлагаемая конструкция быть выгоднее обычного, простого пуска метеоракеты — вот основной вопрос к разработчикам, — подчеркнул эксперт. — Ведь [разработчикам] нужно провести НИОКР, создать специализированный беспилотник с большой грузоподъемностью, отдельно сделать специальную ракету.

По мнению Антона Алексеева, действительно ценной для аэрокосмической отрасли была бы исследовательская ракета, способная поднять 10–20 кг полезной нагрузки. Это дало бы больше возможностей для научных и технологических экспериментов, вывода полноценных малых космических аппаратов, проведения обучения студентов или даже различных маркетинговых акций.

На данный момент в МГТУ им. Н.Э. Баумана создают прототип беспилотника для отработки аэродинамики и конструктивных решений самолета-носителя, а также динамики воздушного старта ракеты. В воздух он поднимется весной 2023 года.