Подготовительная программа будущих пусковых установок

Программа подготовки будущих ракет-носителей ( FLPP ) — это программа развития и совершенствования технологий Европейского космического агентства (ЕКА). Он разрабатывает технологии для применения в будущих европейских ракетах-носителях (РН) и в модернизации существующих ракет-носителей. Это помогает сократить время, риски и стоимость программ разработки ракет-носителей.
Первоначальной целью программы, стартовавшей в 2004 году, была разработка технологий для ракеты-носителя следующего поколения (NGL), которая последует за Ariane 5 . С началом проекта Ariane 6 фокус FLPP был смещен на общую разработку новых технологий для европейских ракет-носителей.
FLPP разрабатывает и совершенствует технологии, которые считаются перспективными для будущего применения, но в настоящее время не имеют достаточно высокого уровня технологической готовности (TRL), чтобы можно было четко оценить их эффективность и связанный с ней риск. Эти технологии обычно имеют начальный TRL 3 или ниже. Цель состоит в том, чтобы поднять TRL примерно до 6, создавая таким образом решения, которые проверены в соответствующих условиях и могут быть интегрированы в программы развития с меньшими затратами и ограниченным риском.

Цель

Основные цели

Основными задачами ФЛПП являются:

• Определить и подготовить системную компетенцию и технологии к разработке с целью сократить время вывода пусковой установки на рынок в течение 5 лет, снизить текущие затраты и риски разработки, сохраняя при этом долгосрочную конкурентоспособность отрасли.
• Содействовать повторному использованию существующих и новых технологий для снижения затрат на разработку во всем мире.
• Проводить системные исследования для оценки эволюции действующих пусковых установок, будущих архитектур пусковых установок, передовых концепций, выбора технологий и разработки технологических требований.
• Защитить критически важные европейские промышленные возможности для безопасной эксплуатации существующих ракет-носителей и гарантированного доступа в космос.
• Развивать экологически чистые технологии.

Подход

FLPP решает проблему, заключающуюся в том, что во многих случаях перспективные новые технологии для будущих приложений-носителей имеют низкий TRL. На данном этапе внедрение такой технологии в программу развития представляет собой значительный риск. Если на более поздних стадиях разработки окажется, что технология не работает так, как ожидалось, или концепция, использующая эту технологию, невозможна, перепроектирование всей системы часто имеет серьезные последствия для времени, качества и стоимости.
FLPP решает эту проблему с помощью системного подхода. На основе системных исследований для будущих систем запуска или модернизации существующих систем отбираются перспективные технологии, которые обеспечат преимущества в соответствии с целями FLPP и будут иметь низкий TRL (обычно 2–3). Эти технологии затем разрабатываются для достижения достаточно высокого уровня TRL (минимум 5, обычно 6), чтобы обеспечить их внедрение в текущие или будущие программы развития со значительно сниженными рисками. Поскольку в FLPP уже проведена доработка технологии, необходимый промежуток времени для разработки новой пусковой установки также значительно сокращается.
Подход к доработке 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 ракеты-носителя, где на большую часть конструкции ракеты-носителя часто влияет изменение характеристик подсистемы. После этой фазы «высокого риска» технология может быть передана на разработку ракеты-носителя. Серьезное изменение ожидаемых характеристик технологии в ходе разработки гораздо менее вероятно, если она уже начинается с высокого TRL (т. е. TRL 6) по сравнению с технологией низкой готовности.

Демонстранты

Чтобы повысить уровень готовности технологии до 6, необходимо протестировать технологию на модели или прототипе в соответствующей среде. Для экономичного решения одна или несколько технологий интегрируются в демонстрационный образец и тестируются в соответствующей среде с учетом таких параметров, как среда, давление и температура.
Эти демонстраторы основаны на требованиях, вытекающих из существующих или будущих систем запуска, а также на общем опыте. Требования составлены таким образом, чтобы быть репрезентативными для системы запуска и обеспечивать возможность проверки максимально достижимых характеристик интегрированных технологий, а также запасов безопасности.
Демонстраторы обычно представляют собой подсистему всей пусковой установки, например, танк, ступенчатую конструкцию или двигатель.

Сотрудничество

Проекты, реализуемые ФЛПП, во многом зависят от сотрудничества с внешними партнерами. Поскольку планируемое увеличение TRL связано с последующим применением технологии, такими партнерами обычно являются промышленные предприятия. Если это будет сочтено выгодным, будут также выбраны институциональные партнеры или субподрядчики.

Структура

FLPP — это программа развития управления пусковых установок ЕКА.
FLPP финансируется государствами-членами ЕКА на факультативной основе. Государства-участники подписывают свой вклад в ФЛПП во время министерского совета ЕКА.
Хронологически ФЛПП состоит из последовательных периодов, которые обычно соответствуют времени между советами министров. Для обеспечения непрерывности работы эти периоды перекрываются.

История

Зарождение

ФЛПП была запущена в феврале 2004 года. с подпиской к его декларации 10 государствами-членами ЕКА.

Период 1 (2004-2006 гг.)

Первый период был посвящен исследованиям будущих многоразовых ракет-носителей (РЛВ). Было исследовано несколько различных концепций RLV, чтобы выбрать осуществимые и экономически эффективные варианты. Кроме того, исследовались возможности модернизации с целью снижения стоимости существующих пусковых установок.

Период 2 Шаг 1 (2006-2009 гг.)

В этот период работа над концепциями многоразового и одноразового запуска была продолжена системными исследованиями нескольких перспективных конфигураций пусковых установок.Кроме того, ключевые технологии будущих пусковых установок были интегрированы в демонстрационные модели, чтобы увеличить их TRL в достаточной степени для эффективной интеграции в разработку пусковой установки. Крупным демонстрационным проектом, начатым в этот период, стал промежуточный экспериментальный автомобиль (IXV). разработка двигателя разгонного блока ракеты-носителя Vinci . Кроме того, в это время в рамках программы FLPP финансировалась и управлялась

Период 2 Этап 2 (2009-2013 гг.)

На втором этапе второго этапа завершились системные исследования одноразовых пусковых установок. Продолжались работы по разработке технологий, особенно в области технологий разгонного блока и спуска в атмосферу, а также двигательной установки. Пока 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 разгонного блока на хранимом топливе. На более поздней части этого этапа был запущен проект демонстрационного цикла криогенного детандера.
Начаты многочисленные разработки и демонстрационные проекты по широкому спектру перспективных технологий. Речь идет о ступенчатых и межступенчатых конструкциях, танках, авионике, а также гибридных и твердотопливных двигательных установках.

Период 3/ФЛПП НЕО (2013-2019)

Период 3 начался 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 от подготовки технологий для конкретной ракеты-носителя следующего поколения до общего выявления и разработки перспективных технологий для будущих ракет-носителей, а также модернизации существующих ракет-носителей. Процесс идентификации и развития ключевых технологий по-прежнему является системным и опирается главным образом на системные исследования и интегрированные демонстрационные модели. 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 по разработке технологий.

Прошлые проекты

В этом разделе перечислены известные прошлые проекты ФЛПП. Этот список включает лишь некоторые крупные проекты и не является исчерпывающим.

Системные исследования NGL-ELV

Исследования системы NGL-ELV были проведены для определения перспективных конфигураций ракеты-носителя следующего поколения, которая последует за Ariane 5 , а также технологий, которые должны быть интегрированы в эту ракету-носитель для достижения высокой надежности, высоких характеристик и экономической эффективности.Если идентифицированные технологии не имеют достаточного уровня TRL для эффективной интеграции в программу разработки ракет-носителей, их можно затем доработать в рамках FLPP.

Оценка-D

Демонстратор ракетного двигателя поэтапного сгорания (SCORE-D) представлял собой проект по разработке ключевых технологий и инструментов для двигателя большой тяги (HTE), который планировалось использовать в качестве источника энергии для ракеты-носителя следующего поколения. В качестве топлива рассматривались комбинации жидкий кислород/водород и жидкий кислород/метан. При подготовке демонстрационного проекта было проведено несколько подмасштабных испытаний.
Поскольку твердотопливная двигательная установка изначально была выбрана в качестве базовой для первой ступени Ariane 6, проект был остановлен на стадии SRR.

Винчи

Разработка повторно воспламеняющегося криогенного двигателя верхней ступени Vinci финансировалась и управлялась ФЛПП с 2006 по 2008 год.
Vinci был задуман как двигатель для новой верхней ступени Ariane 5, ESC-B (Etage Supérieur Cryotechnique B/Cryogenic Upper Stage B). Это двигатель с повторным воспламенением и детандером, 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 в ФЛПП. В FLPP технология была отработана и тщательно протестирована. В конце 2008 года Винчи был переведен на Ariane 5 ME, а после остановки этой программы — на Ariane 6.

15

Промежуточный экспериментальный аппарат (IXV) представляет собой возвращаемый демонстратор для проверки технологий многоразовых ракет-носителей и космических кораблей. Основное внимание в этом проекте уделяется тепловой защите, а также механике полета и управлению. Он был запущен ракетой «Вега» в феврале 2015 года. Вход в атмосферу контролировался с помощью двух подвижных закрылков до раскрытия парашютов и приводнения в океан.

Текущие проекты

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

Интегрированный демонстратор технологии расширительного цикла

Интегрированный демонстратор технологии расширительного цикла (ETID) основан на усовершенствованной концепции двигателя верхней ступени, частично заимствованной из технологии Vinci. Он будет включать в себя 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 двигательного сектора. По состоянию на 2016 год проект находится на стадии проектирования и производства.

Демонстратор хранимой двигательной технологии

Демонстратор технологий сохраняемой двигательной установки будет способствовать разработке технологий для ракетных двигателей в диапазоне тяги от 3 до 8 кН. Технология, разработанная в этом проекте, может быть использована в верхних ступенях небольших пусковых установок или в устройствах с аналогичными требованиями к тяге. В демонстраторе используются новые технологии охлаждения, инжектора и демпфирования. По состоянию на 2016 год демонстратор успешно провел две испытательные кампании, выполняя как наземное, так и вакуумное зажигание. Стационарное поведение было протестировано в широком диапазоне рабочих точек и в течение продолжительности до 110 с. Кроме того, были проверены стабильность горения и изменение длины камеры тяги.

Твердая тяга

Текущие усилия в области твердотопливных двигателей сосредоточены на разработке технологий будущих корпусов двигателей и исследовании физики твердотопливных ракетных двигателей, особенно колебаний давления. Обе эти цели преследуются с помощью демонстрантов. «Экспериментальный демонстратор колебаний давления» (POD-X) предназначен для исследования физики сгорания и уже провел пробный запуск, дав ценную информацию о процессах сгорания твердого топлива. «Оптимизированный корпус ракетного двигателя, армированный волокном» (FORC) посвящен разработке намотки из сухого волокна в сочетании с автоматизированной укладкой сухого волокна и последующей технологией инфузии смолы для производства больших корпусов твердотопливных ракетных двигателей из полимера, армированного углеродным волокном, включая производство полномасштабного и репрезентативного испытательного образца с внешним диаметром 3,5 метра. По состоянию на сентябрь 2016 года в ходе разработки процесса для FORC уже было изготовлено несколько образцов меньшего масштаба. Кроме того, испытательный образец находится на стадии производства, а до конца года запланированы масштабные испытания на механическую нагрузку и давление.

Гибридная силовая установка

Деятельность по созданию гибридных силовых установок в рамках FLPP сосредоточена вокруг демонстрационного проекта в сотрудничестве с Nammo . Этот демонстратор, размеры которого подходят для последующих полетов, по состоянию на сентябрь 2016 года провел одну кампанию огневых испытаний. В настоящее время продолжается вторая испытательная кампания, в результате которой будет разработана конструкция, которую планируется запустить на демонстрационном зондирующем ракете.

Демонстратор криогенного резервуара

Демонстратор криогенных резервуаров — это серия демонстраторов, которые будут использоваться для разработки и тестирования технологий будущих легких систем криогенных резервуаров. По состоянию на сентябрь 2016 года 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, что приведет к созданию более легких и эффективных конструкций.
Помимо применения АМ в нескольких других проектах, был начат специальный проект по доработке технологии и разработке приложений для будущих пусковых установок.

углепластиковые технологии

В рамках ФЛПП реализуется несколько проектов по передовым технологиям производства широкого спектра конструкций из углепластика (CFRP). Эти конструкции охватывают диапазон от криогенных питающих линий и криогенных резервуаров до конструкций верхних ступеней и промежуточных конструкций.

Технологии обтекателя

В рамках FLPP разрабатывается несколько будущих технологий, касающихся обтекателей. К ним относятся мембрана, герметизирующая внутреннюю часть обтекателя снаружи для поддержания условий окружающей среды и чистоты на желаемом уровне, а также технологии, позволяющие минимизировать удары во время отделения обтекателя.

Капсула наблюдения за сходом с орбиты

Сводная наблюдательная капсула предоставит подробные данные о распаде верхних ступеней ракеты-носителя при входе в атмосферу. Это поможет спроектировать будущие этапы безопасного и эффективного маневров по сходу с орбиты.
Для сбора этих данных капсула будет запущена на ракете-носителе и после отделения соответствующей ступени будет наблюдать за поведением и распадом этой ступени при входе в атмосферу.

Автодвижущая система адаптеров с несколькими полезными нагрузками

Объем этой деятельности заключается в анализе потребностей, проверке осуществимости и предоставлении предварительного определения маршевого орбитального модуля (APMAS), основанного на существующей системе распределения нескольких полезных нагрузок, для улучшения задач и характеристик существующей ракеты-носителя. верхние ступени для Веги и Ариан-6.

Вторичный адаптер полезной нагрузки

Целью данного проекта является разработка структурной и тепловой модели переходного кольца вторичной полезной нагрузки для полезной нагрузки до 30 кг. Это может помочь максимизировать массу полезной нагрузки для ракет-носителей «Вега», «Ариан-6» и «Союз».

Дизайн для гибели

Проект «Проектирование гибели» (D4D) исследует процессы, которым подвергаются компоненты ракеты-носителя при входе в атмосферу. Особое внимание уделяется поведению фрагментации таких компонентов, как обедненные 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 результаты способствуют снижению риска падения мусора на землю в соответствии с требованиями ESA по уменьшению засорения.

Питание через Ethernet

Технология Power over Ethernet позволяет смешивать передачу энергии и сигналов по одному и тому же кабелю и потенциально позволяет снизить массу и стоимость, а также снизить сложность эксплуатации телеметрии пусковой установки. В настоящее время реализуется проект по определению модульной архитектуры телеметрии пусковой установки на основе этой технологии. Целью проекта является использование готовых компонентов для сокращения затрат и времени разработки. В будущем система может быть интегрирована в более крупный демонстратор авионики и обеспечивать питание других подсистем на шине авионики.

Усовершенствованный испытательный стенд авионики

Усовершенствованный испытательный стенд авионики оснащен несколькими инновационными технологиями, такими как: обнаружение неисправностей проводки, питание через Ethernet, системы оптоэлектронной телеметрии и модули волоконно-оптических датчиков с брэгговской решеткой, которые позволяют подключать несколько датчиков по одному волокну. Предусмотрены демонстрации на земле и в воздухе.

Космический самолет Space Rider

Space RIDER — это планируемый беспилотный орбитальный космический самолет, находящийся в стадии разработки, целью которого является предоставление Европейскому космическому агентству (ЕКА) доступного и регулярного доступа в космос. Разработку Space RIDER возглавляет итальянская программа PRIDE для ЕКА, и она унаследовала технологию от Intermediate eXperimental Vehicle (IXV). Он будет запущен на ракете 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 рамках программы разработки 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 из технологий, реализованных в FLPP, созданы для конфигураций Ariane 6 и Vega C.

См. также

• Европейское космическое агентство ( ЕКА )
• ПЛД Спейс
• Ариана 6
• Ариан Далее
• 15
• Винчи (ракетный двигатель)
• Прометей (ракетный двигатель)
• Программа Фемида

Внешние ссылки

• ЕКА ФЛПП