Dall'inizio del secolo, l'esplorazione dello spazio è cambiata radicalmente grazie all'ascesa senza precedenti dell'aerospazio commerciale (alias NewSpace). Con l'obiettivo di sfruttare le nuove tecnologie e ridurre i costi di lancio di carichi utili nello spazio, vengono avanzate alcune idee veramente innovative e innovative. Ciò include l'idea di utilizzare palloncini per trasportare i razzi ad altitudini molto elevate, quindi sparare i carichi utili alle orbite desiderate.
Conosciuto anche come "Rockoons", questo concetto ha informato il sistema di lancio completamente autonomo e riutilizzabile di Leo Aerospace, che consiste in un aerostato ad alta quota (pallone) e una piattaforma di lancio di razzi. Con i primi lanci commerciali previsti per il prossimo anno, la società prevede di utilizzare questo sistema per fornire servizi di lancio regolari al mercato dei microsatelliti (aka. CubeSat) nei prossimi anni.
Il concetto di Rockoon è uno dei molti sistemi di lancio aereo che sono stati studiati e validati dall'inizio dell'era spaziale. A differenza dei razzi convenzionali, che si basano su enormi quantità di propellente per raggiungere la velocità di fuga e inviare in orbita i carichi utili, i sistemi di lancio aereo si basano sul metodo relativamente economico di trasporto di un carico utile ad alta quota dove può quindi essere inviato a terra bassa Orbita (LEO).
Ciò riduce la quantità di propellente necessaria ma comporta anche il lancio di un razzo da altitudini in cui la resistenza dell'aria è inferiore e meno forza è necessaria per sfuggire alla gravità terrestre. Tutto ciò consente di utilizzare veicoli di lancio molto più piccoli e leggeri, il che comporta una riduzione significativa dei costi. Questo metodo è particolarmente efficace quando si tratta di piccoli payload come i microsatelliti, che stanno diventando ancora più comuni.
Oggi, la maggior parte dei sistemi di lancio aereo perseguiti coinvolgono aerei che portano razzi o veicoli spaziali con motori a razzo per lanciare altitudini, come SpaceShipTwo di Virgin Galactic, LauncherOne di Virgin Orbit o il vettore aereo Stratolaunch. Tuttavia, la società Leo Aerospace di Los Angeles ha scelto di studiare il metodo altrettanto valido di fare affidamento su una piattaforma più leggera dell'aria (LTA) per ottenere carichi utili nello spazio.
Come Dane Rudy, co-fondatore e CEO di Leo Aerospace, ha detto a Space Magazine via e-mail:
“Dal punto di vista della fisica del primo ordine, il lancio dell'aerostato è una soluzione molto elegante per fornire un lancio efficiente ed economico per piccoli carichi utili. Inoltre, questa architettura riduce drasticamente la quantità di infrastruttura di lancio richiesta, consentendo una soluzione completamente mobile. "
I componenti centrali di questo sistema di lancio sono la piattaforma di lancio Orbital Regulus e l'Orbital Rocket. La piattaforma Regulus fornisce un controllo di volo autonomo attraverso una serie di bruciatori (che assicurano che l'aerostato rimanga galleggiante) e un sistema di controllo rotazionale di propulsori bipropellanti, che sono tutti montati su un corpo isolato composto da materiale composito.
Nel frattempo, Orbital Rocket è un veicolo di lancio in miniatura a tre stadi che è attaccato alla piattaforma tramite un attuatore e una guida di lancio. Quando l'aerostato raggiunge un'altitudine di spiegamento di 18.000 metri (60.000 piedi), il razzo si lancia e trasporta il carico utile nell'orbita desiderata. Secondo la pagina dei profili di missione dell'azienda, il sistema sarà in grado di effettuare più tipi di consegne a diverse altitudini.
"I costi di sviluppo e produzione di un sistema a palloncino sono ordini di grandezza inferiori rispetto all'uso di un aereo", ha affermato Rudy. “Rispetto ad altri sistemi a palloncino che utilizzano gas di sollevamento, la nostra architettura ad aria calda è completamente e rapidamente riutilizzabile. Siamo in grado di condurre decine di lanci con un unico sistema prima che siano necessari lavori di ristrutturazione. "
Queste andranno dalle missioni suborbitali - dove i carichi utili vengono inviati ad altitudini superiori a 100 km (62 miglia) - alle missioni orbitali, dove CubeSats verrà inviato all'orbita sincrona solare (SSO) di 550 km (340 mi). Un'altra possibilità che sono sicuri di menzionare riguarda la consegna di aiuti umanitari o apparecchiature di comunicazione di emergenza in regioni remote inaccessibili ad aeromobili ad ala fissa, droni o altri veicoli aerei.
La società prevede inoltre di incorporare alianti e droni che possono dispiegarsi dai loro aerostati, offrendo così altri profili di missione - come il monitoraggio dei droni, esperimenti scientifici e servizi di comunicazione. Oltre ad essere un mezzo più economico per mettere in orbita piccoli carichi utili, il sistema di lancio ha anche il vantaggio di essere molto compatto.
Per questo motivo, il razzo, l'aerostato e i macchinari necessari per gonfiarlo possono essere tutti collocati in un container standard, caricati su un semi-camion e quindi spediti ovunque sia necessario. La cabina del rimorchio funge anche da stazione di comunicazione iniziale per il lancio. Questo livello di mobilità e flessibilità è una delle caratteristiche che potrebbero rendere efficaci le piattaforme aerostatiche nel fornire aiuti di emergenza e servizi di soccorso. Come ha detto Rudy:
“Stiamo iniziando a scoprire molti casi d'uso diversi per la piattaforma di aerostato riutilizzabile e autonoma che stiamo sviluppando. È interamente mobile e si inserisce in un container standard, facilitando il trasporto e lo stoccaggio. Inoltre, è semplice da usare e incredibilmente robusto. A differenza del sollevamento di palloncini a gas, il nostro sistema può ancora funzionare con un foro delle dimensioni di un'auto nel materiale del palloncino. I nostri collaboratori sono entusiasti di sfruttare queste capacità per implementare rapidamente le suite di sensori nelle aree disastrose dopo l'uragano o per fornire aiuti di emergenza in luoghi difficili da raggiungere. È stato incredibile lavorare con gruppi come l'Esercito Space e il ramo degli Esperimenti in alta quota per identificare e risolvere una tale gamma di casi problematici. "
Tutto ciò mette aziende come Leo Aerospace e altre che stanno perseguendo concetti più leggeri dell'aria, in buona posizione per trarre vantaggio dalla crescita del mercato dei satelliti. Tra la proliferazione di microsatelliti (alias CubeSats) e l'emergere di servizi di lancio di carichi leggeri (come Rocketlab e Virgin Orbit), questo mercato dovrebbe esplodere nei prossimi anni.
Ciò che distingue Leo Aerospace, tuttavia, è il modo in cui sono focalizzati sulla consegna di satelliti che pesano meno di 25 kg (55 libbre). Come ha spiegato Rudy, non esiste ancora una soluzione dedicata per i microsatelliti che rientrano in questo intervallo. In genere, CubeSats è costretto a "rideshare" sui razzi di lancio, dove occupano spazio libero insieme a carichi utili più pesanti.
Questo è qualcosa che Rudy e i suoi colleghi sperano di porre rimedio:
"Ciò è particolarmente sorprendente dato che si prevede che quasi la metà di tutti i satelliti nei prossimi 10 anni rientrino in questo segmento. Abbiamo lavorato duramente per acquisire e mantenere un vantaggio nella prima mossa nel segmento da 25 kg. Abbiamo condotto le operazioni e i test più estesi del nostro veicolo. Inoltre, siamo i più lontani nel lavoro normativo attraverso la nostra stretta relazione con la FAA e l'adesione attiva alla Commercial Spaceflight Federation. Infine, il nostro sistema è progettato su misura per fornire il lancio dedicato di cui i nostri clienti hanno bisogno e con una frequenza abbastanza elevata da soddisfare l'incredibile domanda. "
Alla fine del 2018, la società aveva completato con successo una campagna di test di lancio e ottenuto finanziamenti attraverso la National Science Foundation e una società di venture capital. Nel 2020, sperano di qualificare in pieno volo la loro piattaforma conducendo il loro primo volo, che sarà seguito da operazioni commerciali e forse anche contratti con la NASA.
"Queste operazioni commerciali saranno il nostro ingresso nel mercato dei servizi di piattaforma ad alta quota da $ 2,6 miliardi con una gamma di clienti civili, della difesa e commerciali", ha affermato Rudy. “Abbiamo lavorato con la JPL della NASA per esplorare diversi casi d'uso. Un esempio è trasportare veicoli di ingresso marziani nell'atmosfera superiore qui sulla Terra e farli cadere per raccogliere dati e testare le prestazioni aerodinamiche ".
Sin dai suoi umili inizi, la commercializzazione su vasta scala dello spazio ha fatto passi da gigante negli ultimi anni. Tra i costi di lancio in calo, lo sviluppo di payload più piccoli e l'ascesa di fornitori di servizi di lancio commerciali in grado di gestire payload più piccoli, è probabile che LEO (Low Earth Orbit) diventerà un luogo molto affollato nel prossimo futuro!
