Space rocket for air-rocket system

• Autorzy: Zalewski Piotr , Kachel Stanisław , Motyl Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.7125

Warianty tytułu

PL

Koncepcja rakiety kosmicznej dla zestawu rakietowo-lotniczego do wynoszenia ładunków na orbitę okołoziemską

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The traditional and most used method of launching payloads into Earth orbit is to launch a carrier rocket from the surface. An alternative method of space transport is launching payloads into Earth's orbit using air-rocket (air-assisted) systems. The concept of mixed space transport involves launching a space rocket with a payload from an aircraft or other reusable platform-carrier at a specific altitude above the Earth's surface. The air-rocket system enables the launch of small satellites while reducing ground infrastructure and costs. Such a method seems promising in the context of relatively cheap, mobile and responsive small payload launch systems. It is an interesting proposition and beneficial especially for countries without convenient conditions to build their own spaceport. The paper analyses the fundamental requirements for the design of rockets used in this type of system and performs preliminary calculations of a conceptual two- and three-stage rocket capable of lifting a payload of 10 kg into a zero-inclination orbit at an altitude of 500 km. The analyses carried out were based on available research reports in this area.

PL

Tradycyjnym i najczęściej wykorzystywanym sposobem wynoszenia ładunków na orbitę ziemską jest start rakiety nosiciela z powierzchni Ziemi. Wzmożone zainteresowanie eksploracją przestrzeni kosmicznej oraz gwałtowny rozwój przemysłu zajmującego się produkcją małych satelitów wymagają dedykowanych systemów wynoszenia ładunków dostosowanych do indywidualnych potrzeb klienta. Alternatywnym sposobem transportu kosmicznego jest wynoszenie ładunków na orbity Ziemi za pomocą lotniczo-rakietowych systemów. Koncepcja mieszanego transportu kosmicznego zakłada start rakiety kosmicznej z ładunkiem użytecznym z samolotu lub innej platformy – nosiciela wielokrotnego użytku na określonej wysokości nad powierzchnią Ziemi. W artykule dokonano analizy wymagań stawianych konstrukcji rakiet wykorzystywanych w tego rodzaju systemach, a także wykonano wstępne obliczenia koncepcyjnej rakiety dwu- i trzystopniowej zdolnej do wyniesienia ładunku o masie 10 kg, na orbitę o zerowej inklinacji i wysokości 500 km. Przeprowadzone analizy wykonano w oparciu o dostępne raporty z badań w tym zakresie.

Słowa kluczowe

EN

air-assisted rocket launch system; space rocket; rocket design

PL

system lotniczo-rakietowy; rakieta kosmiczna; projektowanie rakiet

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONBiN
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 53, iss. 2
• Strony: 45--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zalewski Piotr

• Military University of Technology (Wojskowa Akademia Techniczna)

• https://orcid.org/0000-0002-3834-5376

autor

Kachel Stanisław

• Military University of Technology (Wojskowa Akademia Techniczna)

• https://orcid.org/0000-0002-7340-8192

autor

Motyl Krzysztof

• Military University of Technology (Wojskowa Akademia Techniczna)

• https://orcid.org/0000-0001-7399-8455

Bibliografia

• 1. M.W. Kersten, Air Launch versus Ground Launch: A Multidisciplinary Design Optimization Study of Expendable Launch Vehicles on Cost and Performance, Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology, 2013.
• 2. P.A. Bartolotta, A.W. Wilhite, M.G. Schaffer, L.D. Huebner, R.T. Voland, D.F. Voracek, “Near-term Horizontal Launch for Flexible Operations: Results of the DARPA/NASA Horizontal Launch Study”, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2012.
• 3. E. Kulu, Small Launchers - 2021 Industry Survey and Market Analysis, IAC-21-D2.9-D6.2.3, 2021.
• 4. Small Satellite Launchers, https://www.newspace.im/launchers, (accessed 07.11.2021).
• 5. N. Bérend, J Gauvrit-Ledogar et al., “ALTAIR Semi - Reusable Air - Launch System - Current Design and Status of Flight Experiments”, In Proc. 8th European Conference For Aeronautics And Space Sciences (EUCASS), DOI: 10.13009/EUCASS2019-830.
• 6. T. Chen, P.W. Ferguson, D.A. Deamer, J. Hensley, “Responsive Air Lunch F-15 Global Strike Eagle”, presented at AIAA - 4th Responsive Space Conference, RS4-2006-2001, 2006.
• 7. A. Olejnik, P. Zalewski, Ł. Kiszkowiak, M. Frant, R. Rogólski, M. Walkowiak, “Responsive Space Assets for Polish Armed Forces: Feasibility Study”, Safety & Defense Scientific and Technical Journal, Vol 8, No 1, 2022, DOI:10.37105/sd.171.
• 8. A. Olejnik, P. Zalewski, A. Dziubiński, Ł. Kiszkowiak, “The Use of Reverse Engineering and Computational Fluid Dynamics Methods in Preliminary Design of Low Cost Satellite Launch System”, in Proceedings of 32nd Congress - of the International Council of the Aeronautical Sciences. September 6-10, 2021 Shanghai, China. Available: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2020/data/preview/ICAS2020_1221.htm (accessed February 2, 2022).
• 9. P. Zalewski, A. Olejnik, “Su-22 and MiG-29 aircraft as air-launch platforms for space rockets”. Bulletin of Military University of Technology LXIX (3) pp: 88-103, 2020.
• 10. A. Olejnik, P. Zalewski, Ł. Kiszkowiak, A. Dziubiński, “Low Cost Satellite Launch System - Aerodynamic Feasibility Study”, MDPI - Aerospace, Vol. 9, Iss. 6, 2022, DOI: 10.3390/AEROSPACE9060284.
• 11. P. Zalewski, M. Frant, Majcher M., Omen Ł., Experimental Study of Air-Assisted Rocket System Models for Launching Payloads into a Low Earth Orbit, Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Engineering, Volume 13, Issue 3, pp. 67-82, DOI 10.5604/01.3001.0016.0052, 2022.
• 12. P. Zalewski, D. Filipiak, J. Postek, “Air-rocket space launch system - as Responsive Space System”, Defence Science Review, No. 13, 2022, pp DOI:10.37055/pno/153381 79-89.
• 13. Pegasus User's Guide, Release 8.2 September 2020.
• 14. Northrop Grumman, https://www.northropgrumman.com/space/pegasus-rocket.
• 15. LauncherOne Service Guide, Virgin Orbit, Version 2.1, August 2020.
• 16. I.M. Beerer, Modelling Dispersions in Initial Conditions for Air - Launched Rockets and Their Effect on Vehicle Performance, MIT, 2013.
• 17. M.J.T. Turner, Rocket and Spacecraft Propulsion, 2006.
• 18. A.J.P. Kleef, B.A. Oving, “Affordable Launch Opportunities for Small Satellites”, NLR - TP - 2012 - 310, NLR 2012.
• 19. G.P. Sutton, O. Biblarz, Rocket Propulsion Elements, 2001.
• 20. P. Hill, C. Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, 2010.
• 21. B.T.C. Zandbergen, Thermal Rocket Propulsion, 2006.
• 22. A. Derek, “Systemy sterowania rakiet, cz. 1. Dynamika systemów sterowania rakiet”, Warszawa: WAT, 1979.
• 23. A. Dębecki, S. Dubiel, Konstrukcja rakiet. Część III. „Podstawy projektowania. Charakterystyki aerodynamiczne i optymalne programy lotu rakiet”, Warszawa 1988.
• 24. Northrop Grumman, Propulsion Products Catalog.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).