Sedan sekelskiftet har rymdutforskningen förändrats dramatiskt tack vare den oöverträffade ökningen av kommersiell rymd (aka. NewSpace). Med målet att utnyttja ny teknik och sänka kostnaderna för att starta nyttolaster ut i rymden läggs några verkligt innovativa och nya idéer fram. Detta inkluderar idén att använda ballonger för att transportera raketer till mycket höga höjder och sedan skjuta nyttolaster till deras önskade banor.
Också känt som "Rockoons", har detta koncept informerat Leo Aerospace: s helt autonoma och helt återanvändbara lanseringssystem - som består av en höghöjd aerostat (ballong) och en raketuppskattningsplattform. Med de första kommersiella lanseringarna som planeras för nästa år planerar företaget att använda detta system för att tillhandahålla regelbundna lanseringstjänster till marknaden för mikrosatelliter (aka CubeSat) under de kommande åren.
Rockoon-konceptet är ett av många luftstart-system som har undersökts och validerats sedan rymdåldern började. Till skillnad från konventionella raketer, som förlitar sig på enorma mängder drivmedel för att uppnå utrymningshastighet och skicka nyttolast till bana, litar luftuppskjutningssystem på den relativt kostnadseffektiva metoden att transportera en nyttolast till hög höjd där den sedan kan skickas till låg jord Orbit (LEO).
Detta minskar mängden drivmedel som behövs men innebär också att man skjuter ut en raket från höjder där luftmotståndet är lägre och mindre kraft behövs för att undgå jordens tyngdkraft. Allt detta gör det möjligt att använda mycket mindre och lättare lanseringsfordon, vilket leder till betydligt lägre kostnader. Denna metod är särskilt effektiv när det gäller små nyttolaster som mikrosatelliter, som blir allt vanligare.
Idag involverar de flesta luft-lanseringssystem som drivs med flygplan som tar med raketer eller rymdfarkoster med raketmotorer för att starta höjder - som Virgin Galactics SpaceShipTwo, Virgin Orbit's LauncherOne eller Stratolaunch-lufttrafikföretaget. Emellertid valde det Los Angeles-baserade företaget Leo Aerospace att undersöka den lika giltiga metoden att förlita sig på en lättare-än-luft (LTA) -plattform för att få nyttolast till rymden.
Som Dane Rudy, medgrundare och VD för Leo Aerospace, berättade för Space Magazine via e-post:
”Från ett första ordens fysikperspektiv är ballongutsättning en mycket elegant lösning för att tillhandahålla en effektiv och kostnadseffektiv lansering för små nyttolaster. Dessutom minskar denna arkitektur dramatiskt mängden lanseringsinfrastruktur som krävs, vilket möjliggör en helt mobil lösning. ”
De centrala komponenterna i detta lanseringssystem är Regulus Orbital lanseringsplattform och Orbital Rocket. Regulus-plattformen tillhandahåller autonom flygkontroll genom en serie brännare (som säkerställer att aerostaten förblir flytande) och ett rotationsstyrningssystem av bipropellant-thrusterar, som alla är monterade på en isolerad kropp bestående av kompositmaterial.
Under tiden är Orbital Rocket ett miniatyr trestegs uppskjutningsfordon som är fäst vid plattformen via ett ställdon och en lanseringsskena. När aerostaten når en utbyggnadshöjd på 18 000 meter, kommer raketen att lansera och transportera nyttolasten till den önskade bana. Enligt företagets sida om uppdragsprofiler kommer systemet att kunna utföra flera typer av leveranser till olika höjder.
"Utvecklings- och produktionskostnaderna för ett ballonsystem är beställningar av större storlek än att använda ett flygplan," sade Rudy. ”Jämfört med andra ballongsystem som använder lyftgas är vår varmluftsarkitektur återanvändbar helt och snabbt. Vi kan genomföra dussintals lanseringar med ett enda system innan renoveringar krävs. ”
Dessa kommer att sträcka sig från suborbitaluppdrag - där nyttolaster skickas till höjder över 100 km (62 mi) - till orbitaluppdrag, där CubeSats skickas till sol-synkron bana (SSO) på 550 km (340 mi). En annan möjlighet som de säkert kommer att nämna är leverans av humanitärt bistånd eller nödkommunikationsutrustning till avlägsna regioner som är otillgängliga för fastvingade flygplan, drönare eller andra flygfordon.
Företaget planerar också att införliva glidflygplan och drönare som kan distribueras från sina aerostater och därmed erbjuda andra uppdragsprofiler - som droneövervakning, vetenskapliga experiment och kommunikationstjänster. Förutom att det är ett mer kostnadseffektivt sätt att placera små nyttolaster i omloppsbana har lanseringssystemet också fördelen att vara mycket kompakt.
På grund av detta kan alla raketer, aerostat och maskiner som behövs för att blåsa upp den placeras i en vanlig fraktcontainer, laddas på en semitruck och sedan skickas dit det behövs. Släpvagnshytten fungerar också som den första kommunikationsstationen för lanseringen. Denna nivå av rörlighet och flexibilitet är en av egenskaperna som kan göra aerostatplattformar effektiva vid leverans av nödhjälp och hjälptjänster. Som Rudy sa:
”Vi börjar avslöja många olika användningsfall för den återanvändbara och autonoma aerostatplattformen som vi utvecklar. Den är helt mobil och passar in i en vanlig fraktcontainer, vilket gör det enkelt att transportera och lagra. Dessutom är det enkelt att använda och otroligt robust. Till skillnad från att lyfta gasballonger kan vårt system fortfarande fungera med ett hål på storleken på en bil i ballongmaterialet. Våra kollaboratörer är glada över att utnyttja dessa möjligheter för att snabbt distribuera sensorsviter i katastrofområden efter orkanen eller tillhandahålla nödhjälpförsörjning på platser som är svåra att nå. Det har varit otroligt att arbeta med grupper som Army Space och High-Altitude Experiment för att identifiera och lösa ett sådant antal problemfall. ”
Allt detta sätter företag som Leo Aerospace, och andra som bedriver lättare än luftkoncept, i gott ställe för att dra fördel av tillväxten på satellitmarknaden. Mellan spridningen av mikrosatelliter (alias CubeSats) och framväxten av lanseringstjänster för lätt nyttolast (som Rocketlab och Virgin Orbit), förväntas denna marknad explodera under de kommande åren.
Vad som skiljer Leo Aerospace är emellertid hur de är fokuserade på leverans av satelliter som väger mindre än 25 kg. Som Rudy förklarade finns det ännu inte en dedicerad lösning för mikrosatelliter som faller inom detta intervall. Vanligtvis tvingas CubeSats att "rideshare" på raketer, där de tar ledigt utrymme tillsammans med tyngre nyttolaster.
Detta är något som Rudy och hans kollegor hoppas kunna åtgärda:
”Detta är extra förvånande med tanke på att nästan hälften av alla satelliter under de kommande tio åren beräknas falla inom detta segment. Vi har arbetat hårt för att fånga och upprätthålla en första förflyttningsfördel i segmentet 25 kg. Vi har genomfört den mest omfattande operationen och testningen av vårt fordon. Dessutom är vi längst i lagstiftningsarbetet genom vår nära relation med FAA och aktivt medlemskap i Commercial Spaceflight Federation. Slutligen är vårt system skräddarsytt för att ge den dedikerade lanseringen som våra kunder behöver, och med en tillräckligt hög frekvens för att möta den otroliga efterfrågan. ”
I slutet av 2018 hade företaget framgångsrikt genomfört en lanseringstestkampanj och säkrat finansiering genom National Science Foundation och ett riskkapitalföretag. År 2020 hoppas de kunna fullständigt flygkvalificera sin plattform genom att genomföra sin första flygning, som kommer att följas av kommersiell verksamhet och kanske till och med kontrakt med NASA.
"Dessa kommersiella verksamheter kommer att vara vårt inträde på marknaden för höga höjdplattformstjänster på $ 2,6B med en rad civila, försvars- och kommersiella kunder," sade Rudy. ”Vi har arbetat med NASA JPL för att utforska flera olika användningsfall. Ett exempel är att transportera Martian inträdesfordon i den övre atmosfären här på jorden och släppa dem för att samla in data och testa aerodynamisk prestanda. ”
Från dess ödmjuka början har kommersialiseringen av rymden i full skala utvecklats med höga språng under de senaste åren. Mellan sjunkande lanseringskostnader, utvecklingen av mindre nyttolaster och ökningen av kommersiella lanseringsleverantörer som kan rymma mindre nyttolaster kommer Low Earth Orbit (LEO) troligen att bli en mycket upptagen plats inom en snar framtid!
