Национальное аэрокосмическое агентство (NASA) провело необычный запуск – целое созвездие спутников системы Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) было запущено с помощью ракеты, которая стартовала уже с летящего высотного самолёта.
«Первой ступенью» системы стал самолёт L-1011 Stargazer, который поднялся на высоту до 12 км. Затем от него отстыковалась ракета Orbital ATK Pegasus XL, которая на протяжении 5 секунд свободно падала, после чего был запущен маршевый двигатель, который и вывел её на расчётную орбиту.
Спустя 14 минут после запуска ракета Pegasus отправила «на работу» свой полезный груз в виде капсулы с упакованными в ней спутниками. Это произошло на высоте в 508 километров над поверхностью планеты. Сам проект стоил внушительные $157 миллионов, а партнёрами NASA стали Мичиганский институт и Юго-Западный исследовательский институт из Сан-Антонио.
Спутники CYGNSS займутся изучением метеорологических и климатических условий ряда регионов нашей планеты. В частности, их задачами будет отслеживание ураганов и тропических циклонов, определение их интенсивности и мониторинг тропического пояса планеты, где они и возникают.
На борту каждого спутника CYGNSS установлен Delay Doppler Mapping Instrument (отображение радиолокационных данных с доплеровским сдвигом частоты), который включает в себя многоканальный GPS-приёмник, зенитную антенну низкого усиления и 2 надирные антенны с высоким коэффициентом усиления. Эти инструменты позволяют аппаратам обнаруживать и измерять отраженные от поверхности океанов сигналы GPS спутников. В случае появления урагана радиосигналы смогут дать представление о скорости ветра в этом регионе, а также о конфигурации самого урагана. Система спутников может проводить 32 измерения в секунду, обеспечивая невиданную прежде точность оценки интенсивности ураганов. Прямые сигналы спутники тоже улавливают, и с их помощью определяется точное местоположение аппаратов в космическом пространстве.
Мы можем узнать скорость ветра, находясь вне бури благодаря нашим системам
Климатолог Крис Руф, научный руководитель проекта
Также спутникам надлежит изучать взаимное влияние поверхности океана, термодинамики атмосферной влажности, радиации и конвективной динамики, что позволит определить условия формирования тропических ураганов, а также выяснить, набирает ураган силу или нет.
В целом, главная задача программы CYGNSS – изучение текущего состояния нашей планеты, включая атмосферу и гидросферу для точного прогнозирования возможных изменений климата.
Отметим, что подобная схема запуска разрабатывалась в 1980-х для программы «Спираль» в СССР в рамках проектов «Воздушный старт» и МАКС, однако после прекращения программы в пользу проекта «Буран», её развитие прекратилось. На тот момент запуск с самолёта был готов наполовину – носитель уже был, а вот самого космического аппарата ещё не существовало «в материале».
В США подобные проекты имели место на 20 лет раньше – ещё в 60-х. Там были были созданы запускаемые с самолётов-носителей экспериментальные ракетопланы, в том числе первый гиперзвуковой самолет — суборбитальный пилотируемый космоплан North American X-15, также Bell X-1, Lockheed D-21, Boeing X-43 и др. Подобные (но не суборбитальные) системы были также во Франции (Ледюк) и других странах. Воздушный старт использовался для отработки космоплана Энтерпрайз в масштабной программе многоразовой транспортной космической системы Спейс шаттл.
Преимущества такой системы очевидны: не нужна громоздкая инфраструктура космодромов, хватит обычного аэродрома. Недостатки также налицо:
- Суборбитальные космические полёты начинаются с высоты примерно 100 км, при этом уже на высоте 30 км снижение плотности воздуха сводит на нет аэродинамические преимущества крыла и для дальнейшего увеличения высоты нужны ракетные технологии.
- Затруднена масштабируемость — ракеты, которые выводят хотя бы 2 тонны на орбиту, весят 100-200 тонн, что близко к пределу грузоподъемности существующих самолётов: Ан-124 поднимает 120 тонн, Ан-225 — 247 тонн.
- Проблемы структурной прочности полезной нагрузки и ракеты-носителя — спутники достаточно часто разрабатываются с требованием выдерживать только осевые перегрузки, и даже горизонтальная сборка (когда спутник лежит «на боку») для них недопустима.
- Необходимость разработки мощных гиперзвуковых двигателей. Поскольку эффективный носитель — это быстрый носитель, обычные турбореактивные двигатели плохо подходят.
При существующем уровне развития технологий аэрокосмические системы могут стать эффективным средством доставки грузов на орбиту, но только если эти грузы будут небольшими (в районе пяти тонн), а носитель — гиперзвуковым.
К слову, на последнем этапе как раз и споткнулись советские инженеры, ведь рабочего серийного гиперзвукового двигателя на тот момент просто не существовало. Даже сейчас есть лишь прототипы.
