バルーンを使用してロケットを発射する

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世紀の変わり目以降、商業用航空宇宙(別名NewSpace)の前例のない台​​頭により、宇宙探査は劇的に変化しました。新しいテクノロジーを活用し、ペイロードを宇宙に打ち上げるコストを削減することを目的として、真に革新的で斬新なアイデアがいくつか提案されています。これには、気球を使用してロケットを非常に高い高度まで運び、ペイロードを目的の軌道に向けて発射するという考えが含まれます。

「Rockoons」としても知られるこのコンセプトは、Leo Aerospaceの完全自律型で完全に再利用可能な打ち上げシステムに通知しました。これは、高高度エアロスタット(バルーン)とロケット打ち上げプラットフォームで構成されています。来年の最初の商用打ち上げが予定されている同社は、このシステムを使用して、今後数年間でマイクロサテライト(別名CubeSat)市場に定期打ち上げサービスを提供する予定です。

Rockoonのコンセプトは、宇宙時代が始まって以来、調査および検証されてきた多くの空中発射システムの1つです。脱出速度を達成し、ペイロードを軌道に送るために大量の推進剤に依存する従来のロケットとは異なり、空中発射システムは、ペイロードを高地に輸送して低地に送ることができる比較的費用効果の高い方法に依存していますオービット(LEO)。

これにより、必要な推進剤の量が減りますが、空気抵抗が低く、地球の重力を逃れるために必要な力が少ない高度からロケットを発射することも含まれます。これらすべてにより、はるかに小型で軽量な打ち上げ用ロケットを使用できるようになり、大幅なコスト削減につながります。この方法は、ますます一般的になってきているマイクロサテライトのような小さなペイロードに関して特に効果的です。

今日、追求されているほとんどの空中発射システムは、ヴァージンギャラクティックのSpaceShipTwo、Virgin OrbitのLauncherOne、またはStratolaunch航空会社など、高度を発射するためにロケットや宇宙船にロケットモーターを搭載した航空機に関係しています。しかし、ロサンゼルスに本拠を置くLeo Aerospaceの会社は、ペイロードを宇宙に運ぶのに、軽量化(LTA)プラットフォームに依存する同等に有効な方法を調査することを選択しました。

Leo Aerospaceの共同創設者兼CEOのDane Rudyは、電子メールでSpace Magazineに次のように述べています。

「一次物理学の観点から見ると、バルーン発射は、小さなペイロードに効率的で費用効果の高い発射を提供する非常にエレガントなソリューションです。さらに、このアーキテクチャは必要な起動インフラストラクチャの量を劇的に減らし、完全にモバイルなソリューションを実現します。」

この発射システムの中心的なコンポーネントは、Regulus Orbital発射プラットフォームとOrbital Rocketです。 Regulusプラットフォームは、一連のバーナー(エアロスタットが浮力を維持することを保証)とバイプロペラントスラスタの回転制御システムを介して自律飛行制御を提供します。これらはすべて、複合材料で構成される絶縁体に取り付けられています。

一方、オービタルロケットは、アクチュエーターと発射レールを介してプラットフォームに取り付けられた小型3段ロケットです。エアロスタットが展開高度18,000メートル(60,000フィート)に達すると、ロケットが発射し、ペイロードを目的の軌道まで運びます。同社のミッションプロファイルページによると、このシステムはさまざまな高度への複数のタイプの配達を行うことができるようになります。

「気球システムの開発および製造コストは、飛行機を使用するよりも桁違いです」とルディは言いました。 「リフティングガスを使用する他のバルーンシステムと比較して、当社の熱風アーキテクチャは完全かつ迅速に再利用できます。改修が必要になる前に、1つのシステムで何十回もの打ち上げを行うことができます。」

これらは、ペイロードが100 km(62マイル)を超える高度に送られる準軌道ミッションから、CubeSatが550 km(340マイル)の太陽同期軌道(SSO)に送られる軌道ミッションまでさまざまです。彼らが言及するはずの別の可能性は、固定翼航空機、ドローン、または他の航空機がアクセスできない遠隔地への人道援助または緊急通信機器の配達を含みます。

同社はまた、エアロスタットから展開できるグライダーとドローンを組み込んで、ドローン監視、科学実験、通信サービスなどの他のミッションプロファイルを提供する予定です。打ち上げシステムは、小さなペイロードを軌道に配置するためのより費用効果の高い手段であることに加えて、非常にコンパクトであるという利点もあります。

このため、ロケット、エアロスタット、およびそれを膨張させるために必要な機械類はすべて標準の輸送用コンテナに入れられ、セミトラックに積み込まれ、必要な場所に出荷されます。トレーラーキャブは、打ち上げの最初の通信ステーションとしても機能します。このレベルの機動性と柔軟性は、エアロスタットプラットフォームを緊急援助と救援サービスの提供に効果的にすることができる特性の1つです。ルディが言ったように:

「私たちは、開発中の再利用可能な自律型エアロスタットプラットフォームのさまざまな使用例を明らかにし始めています。完全に移動可能で、標準の輸送用コンテナに収まるため、輸送と保管が簡単です。さらに、操作が簡単で信じられないほど堅牢です。ガス風船を持ち上げるのとは異なり、当社のシステムは、風船素材に車のサイズの穴があっても動作します。当社の協力者は、これらの機能を活用して、ハリケーン後の災害地域にセンサースイートを迅速に展開したり、手の届きにくい場所に緊急救援物資を提供したりすることに興奮しています。陸軍スペースや高高度実験のブランチなどのグループと協力して、このようなさまざまな問題のケースを特定して解決することは信じられないことです。

これらすべてにより、Leo Aerospaceのような企業や、空気より軽いコンセプトを追求している他の企業が、衛星市場の成長をうまく利用することができます。マイクロサテライト(別名CubeSats)の急増と軽ロケット打ち上げサービス(RocketlabやVirgin Orbitなど)の出現の間に、この市場は今後数年で爆発すると予想されています。

しかし、Leo Aerospaceを際立たせているのは、重量が25 kg(55ポンド)未満の衛星の配送に重点を置いている点です。ルディが説明したように、この範囲に入るマイクロサテライトのための専用のソリューションはまだありません。通常、CubeSatはロケットの「ライドシェア」を余儀なくされ、重いペイロードとともにフリースペースを占有します。

これはルディと彼の同僚が是正することを望んでいるものです:

「今後10年間ですべての衛星のほぼ半分がこのセグメントに入ると予測されていることを考えると、これはさらに驚くべきことです。私たちは、25kgセグメントで先駆者の優位性を獲得して維持するために懸命に取り組んできました。私たちは車両の最も広範囲な運用とテストを実施しました。さらに、FAAとの緊密な関係と商用宇宙飛行連盟のアクティブなメンバーシップを通じて、規制業務において最も遠くにいます。最後に、私たちのシステムは、お客様が必要とする専用のローンチを提供し、信じられないほどの需要に対応するのに十分な頻度で提供されるように調整されています。」

2018年末までに、同社は立ち上げテストキャンペーンを無事完了し、全米科学財団およびベンチャーキャピタル会社を通じて資金を確保しました。 2020年に、彼らは最初の飛行を行うことによってプラットフォームを完全に飛行適格とすることを望んでいます。

「これらの商業活動は、民間、防衛、商業の幅広い顧客を擁する26億ドル規模の高高度プラットフォームサービス市場への参入となるでしょう」とRudy氏は述べています。 「私たちはNASA JPLと協力して、いくつかの異なるユースケースを調査しています。 1つの例は、火星の突入車両を地球上の高層大気に運び、データを収集して空力性能をテストするためにそれらを落下させることです。」

ささやかな始まりから、近年、宇宙の本格的な商業化が飛躍的に進んでいます。打ち上げコストの低下、より小さなペイロードの開発、およびより小さなペイロードに対応できる商用打ち上げプロバイダーの台頭の間で、低地球軌道(LEO)は近い将来非常に忙しい場所になるでしょう。

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