Od połowy ubiegłego wieku w różnych krajach opracowywano koncepcję systemu lotniczego z startem powietrznym. Zapewnia wyprowadzenie ładunku na orbitę za pomocą rakiety startowej wystrzelonej z samolotu lub innego statku powietrznego. Ta metoda uruchamiania nakłada ograniczenia na masę ładunku, ale jest ekonomiczna i łatwa w przygotowaniu. W różnych okresach proponowano wiele projektów startów w powietrzu, a niektóre nawet osiągnęły pełną funkcjonalność.
Powietrzny „Pegaz”
Pod koniec lat osiemdziesiątych uruchomiono najbardziej udany do tej pory projekt systemu lotniczego startu lotniczego (AKS). Amerykańska korporacja Orbital Sciense (obecnie część Northrop Grumman), przy udziale Scaled Composites, opracowała system Pegasus w oparciu o pojazd nośny o tej samej nazwie.
Trzystopniowa rakieta Pegasus ma długość 16,9 mi masę startową 18,5 t. Wszystkie stopnie są wyposażone w silniki na paliwo stałe. Pierwszy etap, który odpowiada za lot atmosferyczny, wyposażony jest w skrzydło delta. Aby pomieścić ładunek, znajduje się przedział o długości 2,1 mi średnicy 1,18 m. Waga ładunku wynosi 443 kg.
W 1994 roku zaprezentowano rakietę Pegasus XL o długości 17,6 mi masie 23,13 t. Ze względu na wzrost rozmiarów i masy wprowadzono nowe silniki. Produkt XL wyróżnia się zwiększoną energią i charakterystyką lotu, co pozwala mu osiągać wyższe orbity lub przenosić cięższy ładunek.
Zmodyfikowany bombowiec B-52H był pierwotnie używany jako nośnik dla rakiety Pegasus. Następnie liner Lockheed L-1011 został przebudowany na lotniskowiec. Samolot o własnej nazwie Stargazer otrzymał zewnętrzne zawieszenie na jedną rakietę i różne urządzenia do sterowania startem.
Wystrzelenia AKC Pegasus są przeprowadzane z kilku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych i poza nimi. Technika uruchamiania jest dość prosta. Samolot przewoźnika wlatuje w wyznaczony obszar i zajmuje wysokość 12 tysięcy metrów, po czym rakieta zostaje zrzucona. Produkt Pegasus planuje kilka sekund, po czym uruchamia silnik pierwszego stopnia. Całkowity czas pracy trzech silników wynosi 220 sek. To wystarczy, aby ładunek znalazł się na niskich orbitach Ziemi.
Pierwsze uruchomienie rakiety Pegasus z B-52H miało miejsce w kwietniu 1990 roku. W 1994 roku oddano do eksploatacji nowy samolot lotniskowy. Od początku lat dziewięćdziesiątych corocznie przeprowadzano kilka startów w celu wprowadzenia na orbitę pewnych kompaktowych i lekkich pojazdów. Do jesieni 2019 roku AKS Pegas wykonał 44 loty, z których tylko 5 zakończyło się wypadkiem lub częściowym sukcesem. Koszt startu waha się od 40 do 56 milionów dolarów, w zależności od typu rakiety i innych czynników.
Najnowszy LauncherOne
Od końca lat 2000 amerykańska firma Virgin Galactic pracuje nad projektem AKC LauncherOne. Przez długi czas trwały prace rozwojowe i poszukiwanie potencjalnych klientów. W drugiej połowie dziesiątego roku firma deweloperska miała problemy, przez co trzeba było zrewidować harmonogram projektu.
System LauncherOne jest zbudowany wokół rakiety o tej samej nazwie. Jest to produkt dwuetapowy o długości ponad 21 m i wadze ok. 30 ton Rakieta jest napędzana silnikami N3 i N4 na naftę i ciekły tlen. Całkowity czas pracy silników wynosi 540 sek. Rakieta LauncherOne może wynieść 500 kg ładunku na orbitę o wysokości 230 km. Opracowywana jest trzystopniowa modyfikacja rakiety o ulepszonych właściwościach.
Początkowo pojazd nośny planowano uruchomić specjalnym samolotem White Knight Two, ale w 2015 roku zrezygnowano z niego. Nowym przewoźnikiem był przeprojektowany samolot pasażerski Boeing 747-400 o własnej nazwie Cosmic Girl. Pylon LauncherOne jest zainstalowany pod lewą stroną środkowej sekcji.
Firma deweloperska twierdzi, że AKS LauncherOne może być obsługiwany na dowolnym odpowiednim lotnisku. Miejsce startu rakiety jest wybierane zgodnie z wymaganymi parametrami orbity. Pod względem zasad startu i lotu, rozwój Virgin Galactic nie różni się od innych systemów startów powietrznych. Koszt takiej operacji to 12 milionów dolarów.
Pierwsze uruchomienie LauncherOne odbyło się 25 maja 2020 roku. Po odczepieniu od nośnika rakieta uruchomiła silnik i rozpoczęła lot. Wkrótce potem linia utleniacza pierwszego stopnia zapadła się, powodując zgaśnięcie silnika N3. Rakieta wpadła do oceanu.
Pierwsze udane uruchomienie Virgin Orbit odbyło się 17 stycznia 2017 r. Zmodyfikowana rakieta wystartowała nad Oceanem Spokojnym i wysłała na niską orbitę 10 satelitów CubeSat. Są kontrakty na trzy kolejne starty. Wcześniej było zamówienie od firmy komunikacyjnej OneWeb, ale te premiery są przełożone na czas nieokreślony lub mogą zostać anulowane.
Potencjalni konkurenci
Nowe projekty AKS uruchamiane z powietrza są obecnie tworzone w kilku krajach. Jednocześnie najwięcej projektów proponuje się w Stanach Zjednoczonych, gdzie proaktywni deweloperzy mogą otrzymać poważne wsparcie NASA. W innych krajach sytuacja wygląda inaczej – i jak dotąd nie doprowadziła do zauważalnego sukcesu.
Od końca 2000 roku Francja, reprezentowana przez Dassault i Astrium, rozwija AKS Aldebaran. Początkowo rozważano kilka koncepcji pocisków z różnymi metodami startu, a tylko MLA (Micro Launcher Airborne) otrzymał dalszy rozwój - kompaktową rakietę z ładunkiem kilkudziesięciu kilogramów, odpowiednią do użycia z myśliwcem Rafale.
Projekt Aldebaran MLA trwa już od kilku lat, ale testy jeszcze się nie rozpoczęły. Co więcej, zarówno termin testów, jak i sama przyszłość projektu pozostają pod znakiem zapytania.
Ciekawą koncepcję AKC zaproponowała amerykańska firma Generation Orbit. Jej projekt GOLauncher-1/X-60A zakłada budowę jednostopniowej rakiety na paliwo ciekłe, nadające się do zawieszenia pod samolotem Learjet 35. Musi rozwijać prędkość hipersoniczną i wykonywać loty suborbitalne. W przyszłości możliwe jest uzyskanie zdolności orbitalnych. X-60A jest postrzegany jako platforma dla różnych projektów badawczych.
Na początku ostatniej dekady Generation Orbit otrzymało wsparcie Pentagonu. W 2014 roku prototyp rakiety X-60A wykonał swój pierwszy lot eksportowy na standardowym lotniskowcu. Od tego czasu nie pojawiły się żadne doniesienia o lotach testowych. Prawdopodobnie departament wojskowy i wykonawca nadal się rozwijają, ale jak dotąd nie mogą rozpocząć pełnoprawnych testów w locie z tego czy innego powodu.
W naszym kraju opracowano kilka projektów AKC różnego rodzaju; ich materiały były wielokrotnie pokazywane na różnych wystawach. Na przykład w projekcie MAKS zaproponowano użycie samolotu An-225 i kosmolotu z zewnętrznym zbiornikiem paliwa. Również projekt Air Launch został opracowany na podstawie samolotu An-124. Miał nosić kontener z pociskiem Polet. Oba projekty nie mogły zostać zrealizowane z wielu powodów.
Perspektywy kierunku
Jak widać, w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat koncepcja wystrzelenia powietrznego na orbitę wzbudziła zainteresowanie, co prowadzi do regularnego pojawiania się nowych projektów. Jednocześnie nie wszystkie tego typu opracowania trafiają przynajmniej na testy, nie mówiąc już o pełnym działaniu. Do tej pory tylko AKS Pegasus był w stanie wywołać regularne loty, a już niedługo LauncherOne może odnieść taki sukces.
Taka awaria startu lotniczego wiąże się z kilkoma obiektywnymi ograniczeniami. Nośność takiego AKS do tej pory nie przekracza kilkuset kilogramów i jest wprost proporcjonalna do masy startowej rakiety, która z kolei jest określana zgodnie z charakterystyką samolotu przewoźnika. Oszczędność paliwa spowodowana startem lotniczym generalnie nie rozwiązuje tego problemu.
Jednak systemy uruchamiane powietrzem mają swoje zalety. Okazują się być wygodnym sposobem wprowadzania małych ładunków na niskie orbity. Mniejszy udźwig pozwala na szybszy odbiór całego ładunku i krótszy czas oczekiwania klientów. Jednocześnie możliwe staje się rozłożenie stosunkowo niskiego kosztu uruchomienia na większą liczbę klientów. Jednak twórcy i producenci miniaturowej technologii kosmicznej nie wykazali jeszcze należytego zainteresowania istniejącym AKS.
Doświadczenia zagraniczne pokazują, że systemy lotnicze z startem powietrznym mają pewną przewagę nad innymi technologiami rakietowymi i kosmicznymi i mogą skuteczniej rozwiązywać indywidualne problemy. Można przypuszczać, że w przyszłości ta klasa technologii nie zniknie, a nawet się rozwinie. W rezultacie na rynku kosmicznym wreszcie powstanie nowa nisza, która zainteresuje producentów rakiet i potencjalnych klientów.
