Что нужно сделать, чтобы вывести на орбиту любительский спутник?

Инженер-астронавт, добро пожаловать в маленькое спутниковое сообщество!

Во-первых, важно признать, что FCC жестко регулирует радиоспектры, доступные спутникам и любительским вещателям, поэтому, прежде чем даже думать о том, как запустить свой космический корабль, вы должны убедиться, что ваша полезная нагрузка является законной. Таблицы FCC по распределению частот можно найти здесь ; вас будут интересовать все группы с ассигнованиями на "Любитель-Спутник". Обратите внимание, что некоторые из этих распределений частот не являются двунаправленными, поэтому дважды проверьте подробные примечания по каждому диапазону, чтобы убедиться, что вы понимаете ограничения.

Что касается затрат на запуск, есть несколько поставщиков услуг запуска, которые предлагают место для полезной нагрузки для небольших спутников, чтобы они могли летать вместе с гораздо большей полезной нагрузкой, которую они называют «вторичной полезной нагрузкой». Поставщик услуг обычно может втиснуть в запуск полдюжины или более вторичных полезных нагрузок, а это означает, что эти меньшие полезные нагрузки оплачивают лишь часть общей стоимости запуска.

Провайдеры запуска обычно не делают свои расходы доступными для общественности из соображений конкуренции; обычно вам нужно связаться с одним из них, чтобы запросить расценки, и стоимость может варьироваться в зависимости от окна запуска, транспортного средства и того, сколько других вторичных полезных нагрузок будет участвовать в запуске. Для приблизительной оценки вы можете использовать приведенную здесь таблицу .

Похоже, ваш космический корабль будет относительно небольшим (то, что мы бы назвали «наноспутником»), поэтому вас, вероятно, больше всего заинтересует все, что находится слева от скобки 50 кг в их таблице, в которой указаны цены запуска от 295 тысяч долларов. примерно до 2 млн. Если ваш спутник очень маленький (например, 1U CubeSat), цена может быть еще ниже. Как я уже сказал, ваша фактическая цена будет варьироваться, поэтому вам действительно нужно запросить расценки у поставщика запуска, чтобы получить точные цифры для вашего конкретного случая.

Большинство провайдеров запуска также предъявляют ряд требований к своим клиентам, чтобы гарантировать, что они не будут представлять угрозу безопасности ракеты-носителя или других полезных нагрузок. Ваш спутник должен будет соответствовать определенным конструктивным критериям в отношении того, как он соединяется с ракетой-носителем (например, через адаптер световой полосы, модуль CubeSat и т. д.), расположением его центра масс и частотной характеристикой вибрации, которые обычно прописаны в описании. руководство по техническим данным ракеты-носителя, например, для Minotaur IV. К счастью, некоторые из этих требований менее строги для вторичных полезных нагрузок из-за их небольшого размера, но вам все равно потребуется выполнить некоторый уровень анализа и/или тестирования, чтобы убедиться, что ваш проект соответствует требованиям.

В 2011 году космический шаттл ушел в отставку, и ни один любительский запуск никогда не достигал орбиты, но есть много возможностей использовать коммерческие и государственные службы запуска. В основном это организуется через брокера, например Spaceflight Industries . Приблизительная оценка порядка величины цены будет составлять 50 000 долларов США за кг.

Телевизионное шоу обращалось к этому несколько лет назад. Полное видео на You-tube: (Ссылка утеряна — телепередача «Как это тяжело», Эпизод 3 — «Самодельная ракета».) Веб-сайт владельца с несколькими минутами видео: https:// www.natgeotv.com/ca/how-hard-can-it-be/videos

Это была телевизионная постановка, у них, очевидно, был бюджет намного выше того, что могли бы вложить в нее большинство любителей. Они быстро пришли к выводу, что о выходе на орбиту не может быть и речи в рамках того, что они могли сделать, поэтому они решили сделать все, что могли.

Их ракета, строительство которой обошлось в тысячи долларов, поднялась примерно на 10 миль. Это всего лишь капля в море по сравнению с тем, что потребуется для выхода на орбиту. (Простая иллюстрация: чтобы подтолкнуть ракету к краю космоса, вам потребуется минимум около 1400 м/с. Чтобы вывести ракету на низкую орбиту, вам потребуется минимум около 9800 м/с.)

Кроме того, к тому времени, когда вы говорите о 9800 м/с, ракетное уравнение становится жестоким. Хорошие твердые моторы имеют ISP около 250 против 450 для LH2/LO2. Это означает, что выведение чего-либо на орбиту с помощью твердых тел означает, что ракета в несколько раз больше, чем с помощью хороших материалов — и обратите внимание, насколько велики даже самые маленькие орбитальные ракеты.

Существуют также серьезные проблемы с разрешениями, связанные с таким запуском. Обычные законы безопасности любительской ракетной техники не могут справиться с орбитальным запуском, поэтому вы должны убедить FAA и правительство в том, что ваши системы безопасны, даже если они не работают должным образом. Вам также потребуются лицензии FCC для связи с вашей ракетой и лицензия бластера для системы безопасности полигона. (Да, на каждой взлетающей ракете есть бризантная взрывчатка. Заряды довольно малы, поскольку они предназначены только для того, чтобы взорвать ее, затянуть и закончить работу топливом. Посмотрите видео неудавшейся миссии SpaceX CRS-7 — управляющий компьютер обнаружил катастрофический сбой и уничтожил его Точно так же при первом запуске Ariane 5 ракета опрокидывается, когда она начинает разрушаться, компьютер уничтожает ее. Пилотируемые миссии не являются исключением — поищите достаточно внимательно, и вы можете найти видео с командным уничтожением ускорителей во время катастрофы «Челленджера». Это трудно найти, так как большая часть видео посвящена самой катастрофе. Твердотопливные ускорители все еще горели после большого взрыва, но у них больше не было системы наведения. Обратите внимание на то, как их полет заканчивается большим рывком — это был приказ на уничтожение.)

Поскольку в комментарии упоминаются сокращения: ISP: Удельный импульс. (Обычно это пишется как I pulse [sub] SP ecific[/sub], отсюда и порядок букв.) Это мера производительности ракеты, чем больше число, тем лучше. В то время как соотношение является линейным, соотношение между производительностью и размером является экспоненциальным.

LH2: жидкий водород. (Водород существует в виде молекулы из двух атомов водорода, отсюда и 2.) Энергичный, но очень неприятный в обращении, настолько, что нет ничего необычного в том, что на первой ступени, где производительность не так важна, используется меньшее количество топлива.

LO2: жидкий кислород. Опять молекула из двух атомов. Обратите внимание, что это также иногда обозначается как LOX. Не такой неприятный, как LH2, но все же он требует довольно осторожного обращения, потому что он может очень быстро разжечь небольшой пожар.

Обязательный XKCD Что если .

Выход на орбиту — это не проблема только вертикального расстояния. Вам также нужно двигаться очень быстро, чтобы оставаться на орбите (я предполагаю, что вы хотите, чтобы ваш спутник оставался там).

Сначала нужно подняться примерно на 100 км, затем нужно развить скорость 8 км/с , чтобы остаться на орбите. Для этого потребуется массивная ракета.

Рэндал сравнил орбитальную скорость МКС с винтовочной пулей:

МКС движется так быстро, что если выстрелить из винтовки с одного конца футбольного поля, Международная космическая станция сможет пересечь поле до того, как пуля пройдет 10 ярдов.