Подготовительная программа для будущих пусковых установок - Future Launchers Preparatory Programme

Пусковая Подготовительная программа Future ( FLPP ) является разработка технологии и созревание программы Европейского космического агентства (ЕКА). Он разрабатывает технологии для применения в будущих европейских ракетах-носителях (пусковых установках) и в модернизации существующих ракет-носителей. Тем самым это помогает сократить время, риски и стоимость программ разработки пусковой установки.
Стартовав в 2004 году, первоначальной целью программы была разработка технологий для пусковой установки следующего поколения (NGL), которые последуют за Ariane 5 . С началом проекта Ariane 6 фокус FLPP сместился на общую разработку новых технологий для европейских пусковых установок.
FLPP разрабатывает и совершенствует технологии, которые считаются многообещающими для будущего применения, но в настоящее время не имеют достаточно высокого уровня технологической готовности (TRL), чтобы можно было четко оценить их производительность и связанный с этим риск. Эти технологии обычно имеют начальный TRL 3 или ниже. Задача состоит в том, чтобы поднять TRL примерно до 6, тем самым создавая решения, которые проверены в соответствующих условиях и могут быть интегрированы в программы разработки с меньшими затратами и ограниченным риском.

Цель

Основные цели

Основными задачами ФЛПП являются:

  • Выявить и подготовить системную компетенцию и технологию для разработки с целью ограничения времени вывода пусковой установки на рынок в течение 5 лет, снижения текущих затрат и рисков разработки при сохранении долгосрочной конкурентоспособности отрасли.
  • Содействовать повторному использованию существующих и новых технологий для снижения затрат на разработку во всем мире.
  • Выполнение системных исследований для оценки эволюции действующих пусковых установок, будущих архитектур пусковых установок, передовых концепций, выбора технологии и разработки технологических требований.
  • Для защиты важнейших промышленных возможностей Европы для безопасной эксплуатации существующих ракет-носителей и гарантированного доступа в космос.
  • Разрабатывать экологически чистые технологии.

Подход

FLPP решает проблему, заключающуюся в том, что во многих случаях многообещающие новые технологии для будущих приложений запуска обладают низким TRL. На данном этапе внедрение такой технологии в программу развития представляет значительный риск. Если выясняется, что технология не работает так, как ожидалось на более поздних стадиях разработки или концепция, использующая эту технологию, неосуществима, перепроектирование всей системы часто оказывает серьезное влияние на время, качество и стоимость.
FLPP решает эту проблему с помощью системного подхода. На основе системных исследований для будущих систем запуска или модернизации существующих систем выбираются перспективные технологии, которые обеспечат преимущества в соответствии с целями FLPP и имеют низкий TRL (обычно 2-3). Затем эти технологии разрабатываются для достижения достаточно высокого TRL (не менее 5, обычно 6), чтобы их можно было внедрить в текущие или будущие программы развития со значительным снижением рисков. Поскольку разработка технологий в FLPP уже завершена, время, необходимое для разработки новой пусковой установки, также значительно сокращается.
Подход к отработке технологии в демонстраторе, основанный на системных исследованиях, в значительной степени снижает влияние худших, чем ожидалось, характеристик (например, по весу, эффективности, сложности) по сравнению с разработкой пусковой установки, где на большую часть конструкции пусковой установки часто влияет изменение характеристик подсистемы. После этого этапа созревания "высокого риска" технология может быть передана в разработку пусковой установки. Серьезное изменение ожидаемых характеристик технологии в ходе разработки гораздо менее вероятно, если уже началось с высоким TRL (т.е. TRL 6) по сравнению с технологией с низкой готовностью.

Демонстранты

Чтобы повысить уровень готовности технологии до 6, технология должна быть протестирована на модели или прототипе в соответствующей среде. Выполняя это экономически эффективным способом, одна или несколько технологий интегрируются в демонстратор и тестируются в соответствующей среде с учетом таких параметров, как среда, давление и температура.
Эти демонстраторы основаны на требованиях, которые вытекают из текущих или будущих систем запуска, а также из общего опыта. Требования составлены так, чтобы быть репрезентативными для пусковой системы и обеспечивать возможность тестирования максимально достижимых характеристик интегрированных технологий, а также запаса прочности.
Демонстраторы обычно представляют собой подсистему полной пусковой установки, например, танк, сценическую конструкцию или двигатель.

Сотрудничество

Проекты, выполняемые FLPP, во многом зависят от сотрудничества с внешними партнерами. Поскольку увеличение TRL, которое преследуется, связано с более поздним применением технологии, эти партнеры обычно являются промышленными. Если это будет сочтено выгодным, будут также выбраны институциональные партнеры или субподрядчики.

Структура

FLPP - это программа разработки в Управлении пусковых установок ЕКА.
FLPP финансируется государствами-членами ЕКА на необязательной основе. Государства-участники подписывают свой вклад в FLPP на заседании совета министров ЕКА.
Хронологически FLPP состоит из последовательных периодов, которые обычно соответствуют времени между заседаниями советов министров. Для обеспечения непрерывности работы эти периоды накладываются друг на друга.

История

Зарождение

Программа FLPP была запущена в феврале 2004 года с подписки на ее декларацию 10 странами-членами ЕКА.

Период 1 (2004-2006 гг.)

Первый период был сосредоточен на исследованиях будущих многоразовых ракет-носителей (RLV). Было исследовано несколько различных концепций RLV, чтобы выбрать осуществимые и рентабельные варианты. Кроме того, были исследованы возможности модернизации для снижения стоимости существующих пусковых установок.

Период 2 Шаг 1 (2006-2009)

В течение этого периода работа над концепциями запуска многоразового и одноразового использования была продолжена с проведением системных исследований нескольких многообещающих конфигураций пусковой установки. Кроме того, ключевые технологии для будущих пусковых установок были интегрированы в демонстраторы, чтобы увеличить их TRL в достаточной степени для эффективной интеграции в разработку пусковой установки. Основным демонстрационным проектом, начатым в этот период, была промежуточная экспериментальная машина (IXV). Кроме того, в это время разработка двигателя разгонной части Vinci финансировалась и управлялась программой FLPP.

Период 2 Шаг 2 (2009-2013)

На втором этапе периода 2 завершены системные исследования по пусковым установкам одноразового использования. Работа по развитию технологий, особенно в области разгонной ступени и технологий возврата в атмосферу, а также силовых установок была продолжена. В то время как двигатель Vinci был передан на разработку Ariane 5 ME, был начат демонстрационный проект двигателя первой ступени с высокой тягой под названием Score-D. Кроме того, был создан демонстрационный проект двигателя верхней ступени, использующего хранимое топливо. Поздняя часть этого этапа ознаменовалась началом проекта демонстрации цикла криогенного детандера.
Были начаты многочисленные технологические разработки и демонстрационные проекты по широкому спектру перспективных технологий. Это были области сценических и межкаскадных конструкций, танков, авионики, а также гибридных и твердотопливных двигателей.

Период 3 / ФЛПП NEO (2013-2019)

Период 3 был начат в 2013 году и совпадает с периодом FLPP NEO (Новые экономические возможности), начатым в 2016 году. С началом специального проекта Ariane 6 FLPP расширила сферу своей деятельности с подготовки технологий для конкретной пусковой установки следующего поколения до общая идентификация и разработка перспективных технологий для будущих ракет-носителей, а также модернизация существующих ракет-носителей. Процесс идентификации и созревания ключевых технологий по-прежнему управляется системой и основывается в основном на системных исследованиях и интегрированных демонстраторах. Важной целью является содействие синергии между различными приложениями и программами запуска (например, Ariane и Vega ). FLPP NEO продолжает технологический подход предыдущих периодов с упором на флагманские демонстраторы и концепции очень недорогих пусковых установок.

Проекты

FLPP состоит из нескольких скоординированных проектов развития технологий.

Прошлые проекты

В этом разделе перечислены известные прошлые проекты FLPP. Этот список включает только несколько крупных проектов и не является исчерпывающим.

Системные исследования NGL-ELV

Системные исследования NGL-ELV были выполнены для определения многообещающих конфигураций пусковой установки нового поколения, следующих за Ariane 5, а также технологий, которые должны быть интегрированы в эту пусковую установку для достижения высокой надежности, высокой производительности и экономической эффективности. Если идентифицированные технологии не имеют достаточного TRL для эффективной интеграции в программу разработки пусковой установки, тогда они могут быть доработаны в рамках FLPP.

Забил

Демонстрационный образец ракетного двигателя с поэтапным сгоранием (SCORE-D) был проектом по разработке ключевых технологий и инструментов для двигателя высокой тяги (HTE), который планировалось использовать в пусковой установке следующего поколения. В качестве топливных комбинаций рассматривались жидкий кислород / водород и жидкий кислород / метан. При подготовке демонстрационного проекта было проведено несколько промежуточных испытаний.
Поскольку твердотопливная двигательная установка изначально была выбрана в качестве основы для первой стадии Ariane 6, проект был остановлен на стадии SRR.

Винчи

Разработка криогенного разгонного двигателя с возможностью повторного воспламенения Vinci финансировалась и управлялась FLPP с 2006 по 2008 год.
Vinci был задуман как двигатель для новой верхней ступени Ariane 5, ESC-B (Etage Supérieur Cryotechnique B / Cryogenic Верхняя ступень B). Это двигатель с детандерным циклом с повторным воспламенением, работающий на жидком кислороде и жидком водороде.
После неудачного первого полета его предшественника ESC-A (V-157) в 2002 году разработка ESC-B была остановлена, но разработка Vinci была продолжена и позже передана FLPP. В ФЛПП технология была отработана и всесторонне апробирована. В конце 2008 года Винчи был переведен на Ariane 5 ME, а после остановки этой программы - на Ariane 6.

IXV

Промежуточное ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ Транспортное средство (IXV) представляет собой повторный вход Демонстрационный для тестовых технологий для многократного использования пусковых установок и космических аппаратов. Основное внимание в этом проекте уделяется тепловой защите, а также механике полета и управлению. Он был запущен ракетой Vega в феврале 2015 года. Возвращение в атмосферу контролировалось двумя подвижными закрылками до раскрытия парашютов и приводнения в океан.

Текущий проект

В этом разделе перечислены известные текущие проекты FLPP. Поскольку FLPP управляет множеством проектов в основных областях «Двигательные установки», «Системы и технологии» и «Авионика и электроника», следующий список включает только некоторые крупные проекты и не является исчерпывающим.

Интегрированный демонстратор технологии цикла детандера

Интегрированный демонстратор технологии цикла расширителей (ETID) основан на усовершенствованной концепции двигателя верхней ступени, частично заимствованной из технологии Vinci. Он должен включать несколько новых технологий для улучшения характеристик двигателя (особенно тяги / веса) и снижения стоимости единицы. Некоторые из этих технологий также могут быть полезны для деятельности за пределами сектора силовых установок. По состоянию на 2016 год проект находится в стадии проектирования и производства.

Демонстратор сохраняемых силовых установок

Демонстратор сохраняемой двигательной установки поможет разработать технологии для ракетного двигателя в диапазоне тяги от 3 до 8 кН. Технология, разработанная в этом проекте, может быть использована в верхних ступенях небольших пусковых установок или приложений с аналогичными требованиями к тяге. В демонстраторе используются новейшие технологии охлаждения, инжектора и демпфирования. По состоянию на 2016 год демонстратор успешно выполнил две тестовые кампании, выполняя как зажигание на уровне земли, так и вакуумное зажигание. Поведение в установившемся состоянии было протестировано в большом диапазоне рабочих точек и продолжительностью до 110 с. Кроме того, были проверены устойчивость горения и изменение длины камеры тяги.

Твердый движитель

Текущие усилия, касающиеся твердотопливных двигателей, сосредоточены на разработке технологий для корпусов двигателей будущего и исследовании физики твердотопливных ракетных двигателей, особенно колебаний давления. Обе эти цели преследуются демонстрантами. «Экспериментальная демонстрация колебаний давления» (POD-X) посвящена исследованию физики горения и уже провела пробные запуски, предоставив ценную информацию о процессах горения твердотопливных двигателей. «Оптимизированный корпус ракетного двигателя, армированный волокном» (FORC) предназначен для разработки обмотки из сухого волокна в сочетании с автоматическим размещением сухого волокна и последующей технологией инфузии смолы для производства крупных корпусов твердотопливных двигателей из полимера, армированного углеродным волокном, включая производство полномасштабного репрезентативного образца для испытаний с внешним диаметром 3,5 метра. По состоянию на сентябрь 2016 года в ходе разработки процесса FORC уже было изготовлено несколько субмасштабных образцов. Кроме того, образец для испытаний находится в стадии производства, и до конца года запланированы обширные испытания на механическую нагрузку и давление.

Гибридная силовая установка

Гибридные двигательные установки в FLPP сосредоточены вокруг демонстрационного проекта в сотрудничестве с Nammo . Этот демонстрационный образец, размеры которого подходят для более поздних полетов, по состоянию на сентябрь 2016 года провел одну кампанию по огневым испытаниям. Вторая испытательная кампания продолжается, в результате чего будет разработан проект, который планируется запустить на демонстрационном зондировании ракеты.

Демонстрация криогенного резервуара

Демонстрационный образец криогенного резервуара - это серия демонстраторов, которые будут использоваться для разработки и тестирования технологий будущих легких систем криогенного резервуара. По состоянию на сентябрь 2016 г. был изготовлен и испытан маломасштабный демонстратор, а полномасштабная версия в настоящее время находится на стадии проектирования. Демонстраторы также могут использоваться в качестве испытательной площадки для другого танкового оборудования и прилегающих конструкций.

Аддитивное производство (AM)

FLPP разрабатывает технологии производства аддитивных слоев, также известные как 3D-печать, для применения в ракетах-носителях. Эти технологии призваны обеспечить более быстрые и дешевые средства мелкосерийного производства, а также дополнительные возможности проектирования, ведущие к более легким и более эффективным конструкциям.
Помимо применения AM в нескольких других проектах, был начат специальный проект по совершенствованию технологии и разработке приложений для будущих пусковых установок.

Углепластиковые технологии

В рамках FLPP существует несколько проектов по передовым технологиям для производства широкого спектра конструкций из полимера, армированного углеродным волокном (CFRP). Эти конструкции охватывают диапазон от криогенных питающих трубопроводов и криогенных резервуаров над конструкциями верхней ступени до межкаскадных конструкций.

Технологии обтекания

В рамках ФЛПП разрабатываются несколько будущих технологий, касающихся обтекателей. К ним относятся мембрана для герметизации внутренней части обтекателя снаружи, чтобы поддерживать условия окружающей среды и чистоту на желаемом уровне, а также технологии для минимизации ударов во время отделения обтекателя.

Капсула наблюдения за отклонением орбиты

Капсула наблюдения за спуском с орбиты будет предоставлять подробные данные о разложении верхних ступеней ракеты-носителя при входе в атмосферу. Это поможет спроектировать будущие этапы для безопасного и эффективного маневрирования с орбиты.
Для сбора этих данных капсула будет запущена на пусковой установке и после отделения соответствующей ступени будет наблюдать за поведением и распадом этой ступени во время повторного входа в атмосферу.

Автодвижущая система с несколькими адаптерами полезной нагрузки

Объем этой деятельности состоит в том, чтобы проанализировать потребности, проверить выполнимость и предоставить предварительное определение движительного орбитального модуля (APMAS) на основе существующей распределительной системы с несколькими полезными грузами для улучшения миссии и характеристик существующей ракеты-носителя. верхние ступени для Vega и Ariane 6.

Вторичный адаптер полезной нагрузки

Целью этого проекта является разработка структурной и тепловой модели вторичного переходного кольца полезной нагрузки для полезной нагрузки до 30 кг. Это может помочь максимально увеличить массу полезной нагрузки для ракет-носителей Vega, Ariane 6 и Союз.

Дизайн для кончины

Проект «Дизайн для гибели» (D4D) исследует процессы, которым подвергаются компоненты ракеты-носителя при входе в атмосферу. Особое внимание уделяется фрагментации таких компонентов, как отработанные ступени, ускорители, обтекатели или адаптеры полезной нагрузки. Цель состоит в том, чтобы лучше понять поведение с помощью численного моделирования, создания баз данных материалов и испытаний в плазменной аэродинамической трубе. Полученные данные способствуют снижению риска столкновения мусора с землей в соответствии с требованиями ЕКА по предотвращению образования космического мусора.

Питание через Ethernet

Технология Power over Ethernet позволяет смешивать мощность и передачу сигнала по одному и тому же кабелю и может снизить массу и стоимость, а также снизить операционную сложность телеметрии пусковой установки. В настоящее время продолжается проект по определению модульной архитектуры телеметрии пусковой установки на основе этой технологии. Он направлен на использование готовых компонентов для сокращения затрат и времени разработки. В будущем система может быть интегрирована в более крупный демонстратор авионики и питать другие подсистемы на шине авионики.

Стенд для испытаний усовершенствованной авионики

Усовершенствованный испытательный стенд авионики оснащен несколькими инновационными технологиями, такими как: обнаружение неисправностей жгута проводов, питание через Ethernet, оптоэлектронные системы телеметрии и модули датчиков с оптоволоконной решеткой Брэгга, которые позволяют подключать несколько датчиков через одно волокно. Предусмотрены наземные и летные демонстрации.

Космический самолет Space Rider

Space RIDER спланированный необитаемый орбитальный космоплан в стадии разработки , направленный обеспечить Европейское космическое агентство (ЕКА) с доступным и рутинным доступом к пространству. Разработкой Space RIDER руководит итальянская программа PRIDE для ESA, и она унаследовала технологию от Intermediate eXperimental Vehicle (IXV). Он должен запустить ракету Vega-C из Французской Гвианы в 2023 году и приземлиться на взлетно-посадочной полосе на острове Санта-Мария на Азорских островах .

Координация с другими программами

В качестве программы развития технологий для будущих пусковых установок и модернизации существующих пусковых установок существует тесная координация между FLPP и программами разработки пусковых установок для Ariane и Vega . Многие технологий , выдержанных в FLPP являются для базовой версии конфигурации Ariane 6 и Vega C .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки