Введение
Прототип аппарата для повторного входа в атмосферу, разработанный ESA для создания промежуточного экспериментального аппарата. Промежуточный экспериментальный аппарат (IXV) – это экспериментальный суборбитальный аппарат Европейского космического агентства (ESA). Он был разработан в качестве прототипа аппарата с подъемной силой для орбитального возвращения, чтобы подтвердить разработки ESA в области многоразовых аппаратов для орбитального возвращения. Европейское космическое агентство реализует программу «Подготовительная программа перспективных носителей» (FLPP), в рамках которой был объявлен конкурс на разработку многоразового космического самолета. Одно из предложений поступило от Итальянского космического агентства, представившего свою программу демонстрации многоразового использования на орбите в Европе (программа PRIDE), которая привела к разработке первоначального испытательного аппарата Pre X, за которым последовал прототип под названием Промежуточный экспериментальный аппарат (IXV) и, впоследствии, Space Rider, унаследовавший технологии от прототипа IXV. 11 февраля 2015 года IXV совершил свой первый 100-минутный суборбитальный космический полет, успешно завершив миссию после посадки в целости и сохранности на поверхность Тихого океана. Этот аппарат – первый в истории образец с подъемной силой, выполнивший полное атмосферное торможение с орбитальной скорости. В предыдущих миссиях испытывались либо крылатые аппараты, которые отличаются высокой управляемостью, но при этом сложны и дороги, либо капсулы, которые сложнее в управлении, но проще и дешевле.
The Intermediate eXperimental Vehicle (IXV) is a European Space Agency (ESA) experimental suborbital re entry vehicle. It was developed to serve as a prototype lifting body orbital return vehicle to validate the ESA's work in the field of reusable orbital return vehicles. The European Space Agency has a program called Future Launchers Preparatory Programme (FLPP), which made a call for submissions for a reusable spaceplane. One of the submissions was by the Italian Space Agency, that presented their own Programme for Reusable In orbit Demonstrator in Europe (PRIDE program) which went ahead to develop an initial test vehicle, Pre X, followed the prototype named Intermediate eXperimental Vehicle (IXV) and the consequential Space Rider that inherits technology from its prototype IXV. On 11 February 2015, the IXV conducted its first 100 minute suborbital space flight, successfully completing its mission upon landing intact on the surface of the Pacific Ocean. The vehicle is the first ever lifting body to perform full atmospheric reentry from orbital speed. Past missions have flight tested either winged bodies, which are highly controllable but also very complex and costly, or capsules, which are difficult to control but offer less complexity and lower cost.
Предыстория
В 1980-х и 1990-х годах наблюдался значительный международный интерес к разработке многоразовых пусковых комплексов и многоразовых космических аппаратов, особенно в отношении космических самолетов, наиболее яркими примерами которых были американский космический челнок и советская программа "Буран". Национальные космические агентства европейских стран, такие как Национальный центр космических исследований Франции (CNES) и Немецкий аэрокосмический центр (DLR), работали над собственными проектами в эту эпоху, наиболее заметным из которых стал космический самолет "Гермес". Разработка программы "Гермес", которая несколько лет поддерживалась Европейским космическим агентством (ESA), была окончательно прекращена в 1992 году до осуществления каких-либо полетов в пользу партнерского соглашения с Российским авиационно-космическим агентством (РАКА) с целью использования существующего космического корабля "Союз". Хотя работы по разработке аппарата "Гермес" были отменены в начале 1990-х годов, ESA сохранила свою стратегическую долгосрочную цель – самостоятельно разработать и в конечном итоге развернуть аналогичные многоразовые космические аппараты. В соответствии с этой целью, ESA приступила к серии проектных исследований различных экспериментальных концепций транспортных средств, а также к совершенствованию и улучшению технологий, считающихся критически важными для перспективных аппаратов, возвращающихся в атмосферу. Для тестирования и дальнейшей разработки технологий и концепций, полученных в результате этих исследований, возникла явная необходимость в накоплении практического опыта полетов с системами возвращения в атмосферу, а также в поддержании и расширении международного сотрудничества в области космического транспорта, исследований и науки. Из этих стремлений возникла Подготовительная программа перспективных пусковых установок (FLPP) – инициатива, возглавляемая ESA, задуманная и поддержанная рядом государств-членов, которая обеспечила основу для решения проблем и развития технологий, связанных с аппаратами, возвращающимися в атмосферу. В 2011 году общая расчетная стоимость проекта IXV составила. В конце 2012 года подзвуковая парашютная система IXV была испытана на полигоне Yuma Proving Ground в Аризоне, США. Вскоре после этого в исследовательском бассейне INSEAN при Consiglio Nazionale delle Ricerche недалеко от Рима, Италия, была проведена серия испытаний на воздействие воды. 21 июня 2013 года испытательный аппарат IXV был сброшен с высоты на полигоне Salto di Quirra у Сардинии, Италия. Целью этого испытательного сброса была проверка системы посадки на воду, включая подзвуковой парашют, аэростаты и систему развертывания радиомаяка. Во время надувания аэростатов была обнаружена незначительная аномалия, однако все остальные системы функционировали в соответствии с ожиданиями. После испытательного сброса аппарат был извлечен для дальнейшего анализа. 23 июня 2014 года судно-восстановитель "Nos Aries" провело учебные маневры с участием одного испытательного образца IXV у побережья Тосканы. В июне 2014 года испытательный аппарат IXV прибыл в Технический центр ESTEC в Нордвике, Нидерланды, для проведения испытательной программы, подтверждающей его готовность к полету в преддверии запуска на ракете-носителе Vega, который к тому времени был запланирован на ноябрь того же года.
During late 2012, the IXV's subsonic parachute system was tested at the Yuma Proving Ground in Arizona, United States. Shortly thereafter, a series of water impact tests were conducted at Consiglio Nazionale delle Ricerche's INSEAN research tank near Rome, Italy. On 21 June 2013, an IXV test vehicle was dropped from an altitude of in the Salto di Quirra range off Sardinia, Italy. The purpose of this test drop was to validate the vehicle's water landing system, including the subsonic parachute, flotation balloons, and beacon deployment. A small anomaly was encountered during the inflation of the balloons; however, all of the other systems performed as expected. Following the drop test, the vehicle was retrieved for further analysis. On 23 June 2014, the recovery ship Nos Aries conducted a training exercise involving a single IXV test article off the coast of Tuscany. During June 2014, the IXV test vehicle arrived at the ESTEC Technical Centre in Noordwijk, The Netherlands, to undergo a test campaign to confirm its flight readiness in anticipation of a flight on a Vega rocket, which was by that point scheduled to occur during November of that year.
Дизайн
Промежуточный экспериментальный аппарат (IXV) — прототип беспилотного многоразового космического самолета и предшественник следующей модели под названием Space Rider. По данным ESA, часть "Промежуточный" в его названии обусловлена тем, что форма аппарата не обязательно отражает облик серийных космических кораблей, которые планируется создать в будущем. Поскольку IXV является экспериментальным аппаратом, предназначенным главным образом для сбора данных, на протяжении всего полета присутствовало и функционировало разнообразное сенсорное и мониторинговое оборудование, необходимое для поддержки оценочных мероприятий, включая проверку критически важных технологий повторного входа в атмосферу. IXV является предшественником следующей модели Space Rider, также разработанной в рамках итальянской программы PRIDE для ESA. Однако позднее первый запуск аппарата был перенесен на конец 2014 года с использованием новой ракеты-носителя Vega. Изначально запланированное окно запуска было упущено из-за нерешенных вопросов безопасности полигона. После некоторой задержки, 11 февраля 2015 года IXV был успешно запущен в суборбитальную траекторию ракетой Vega в рамках миссии VV04. Аппарат отделился от ракеты-носителя Vega на высоте 333 км и поднялся до 412 км, после чего начал управляемое снижение к точке начала повторного входа в атмосферу на высоте 120 км, двигаясь со скоростью 7,5 км/с, что соответствует типичной траектории возвращения космических аппаратов с низкой околоземной орбиты (LEO). После повторного входа в атмосферу IXV спланировал над Тихим океаном, после чего были раскрыты посадочные парашюты для замедления снижения аппарата, пролетевшего более 7300 км с момента начала повторного входа. Жан-Жак Дорден, тогдашний генеральный директор ESA, заявил о миссии: «Результат не мог быть лучше, но сама миссия еще не завершена. Она позволит отодвинуть границы знаний в области аэродинамики, тепловых проблем, а также систем управления и навигации подобных аппаратов – этого несущего корпуса».
Переход к космическому гонщику
В декабре 2016 года Министерский совет утвердил финансирование научного бюджета ESA для следующего полета IXV в виде коммерческого орбитального аппарата Space Rider. После обзоров проекта в 2018 и 2019 годах полноразмерный макет должен был быть сброшен с воздушного шара в 2019 году, а первый полет на ракете Vega C запланирован на 2020/2021 годы. Затем аппарат совершит около 5 научных полетов с интервалом от 6 до 12 месяцев, после чего с 2025 года станет коммерчески доступным по цене 40 000 долларов США за килограмм полезной нагрузки, включая запуск, эксплуатацию и возвращение на Землю. Мини-шаттл Space Rider будет иметь длину от 4 до 5 метров, грузоподъемность 800 кг, общую массу 2400 кг и сможет выполнять миссии продолжительностью от 2 до 6 месяцев на орбите высотой 400 км, после чего вернется на Землю и будет готов к повторному использованию в течение 4 месяцев. Четвертая ступень ракеты Vega C – AVUM – выполняет функции сервисного модуля шаттла, обеспечивая орбитальные маневры и торможение, электропитание и связь, после чего отбрасывается для схода с орбиты. Сервисный модуль AVUM заменяет интегрированный двигательный модуль IXV и освобождает 0,8 м³ внутреннего пространства для отсека полезной нагрузки. Space Rider по принципу работы схож с американским X-37B, но имеет вдвое меньшую длину, в пять раз меньшую массу и грузоподъемность, что делает его самым маленьким и легким космическим самолетом, когда-либо поднимавшимся в космос. Двери отсека полезной нагрузки будут открываться после выхода на орбиту для обеспечения доступа инструментов и экспериментов к космическому пространству, а затем закрываться перед посадкой. В декабре 2020 года ESA подписала контракты с основными подрядчиками Thales Alenia Space и Avio на поставку летного образца Space Rider. Первый полет запланирован на конец 2025 года.