Mit der steigenden Nachfrage nach privaten, mobilen und On-Demand-Satellitenstarts entwickelte das Luft- und Raumfahrtunternehmen Stofiel Aerospace ein ballonbasiertes Startsystem, mit dem ein Satellit kostengünstig und praktisch von jedem Ort aus gestartet werden kann, an dem Flüge möglich sind.
Das Unternehmen behauptet, Satelliten starten zu können 25% billiger als jeder andere.
Ihr Design ist jedoch nicht nur billiger, es erfordert auch weniger Engineering und kann von praktisch jeder Ecke der Welt - auch von Parkplätzen aus - gestartet werden, wenn die FAA dies zulässt, sagt Brian Stofiel, CEO von Stofiel Aerospace.
Das Startsystem basiert auf einer Sammlung innovativer, wenn auch nicht unbedingt attraktiver Lösungen, die die günstigsten Optionen für die Weltraumforschung bieten.
Das Hermes-Feststoffraketensystem kann mit einem vollständig zusammengesetzten Düsensystem Schub, Gas und Vektor erzeugen. #newspace #nextfrontier #isdc #losangeles Wir passen interne Strukturen an, um dies durch direkte Wechselwirkung mit der Strömung zu erreichen. NICHT ein Aerospike, sondern eine Turbine. #aerospace pic.twitter.com/CrVVVlOMIB
- Stofiel Aerospace @StofielAero 18. Mai 2018
„Wir verwenden 70% weniger Kraftstoff und es gibt wahrscheinlich 20% weniger Engineering . Die Einsparungen sind also nicht nur Kraftstoffeinsparungen “, sagte Stofiel gegenüber Interessante Technik | wissenschaft-x.com.
Entwicklung eines billigen mobilen Satellitenstartsystems
Derzeit ist das Unternehmen ein Viertel des Weges zu seinem Ziel, einen erfolgreichen Start, eine erfolgreiche Umlaufbahn und die Rückkehr eines Raumfahrzeugs abzuschließen.
„Wir haben die Raketen herausgefunden. Wir haben [auch] die Drop-Drohne - Artemis - herausgefunden. Jetzt gehen wir zum Leitsystem und zu allem anderen über “, fügte er hinzu.
Artemis ist eine Drohne, die aus dem Ballon fallen gelassen wird und Daten über den Flug und die obere Atmosphäre zurückgibt. Das Navigationssystem und das Rückfahrfahrzeug Hyperion befinden sich noch in der Entwicklung. Stofiel behauptet jedoch, dass es nicht mehr lange dauern wirdbis die gesamte Technologie bereit ist, einen Satelliten in die erdnahe Umlaufbahn zu bringen.
„Wir werden bis Dezember 2019 im Orbital sein“, behauptet Stofiel, ein ehrgeiziger Plan für ein Unternehmen, das weniger als ein Jahrzehnt alt ist.
Sobald Stofiel Aerospace im Orbit ist, wird es über Forschung und Entwicklung hinaus Fortschritte machen und öffentliche Dienstleistungen und regelmäßige Raumlieferungen anbieten.
Satelliten auf einem Rockoon starten
Der Hermes-Rockoon - eine vom Ballon abgefeuerte Rakete hilft dabei, Stofiel Aerospace über den Horizont hinaus in die Umlaufbahn zu bringen.
Ein Rockoon ist eine Festbrennstoffrakete, die nicht vom Boden aus abgefeuert wird, sondern von einem gasgefüllten Ballon hoch in die Atmosphäre befördert wird. Bei Erreichen der Höhe löst er sich vom Ballon, bevor er sich entzündet und nimmt-off in Richtung der Sterne.
Im Bild oben startet einer der ersten Rockoons der Welt in Richtung Weltraum.
Jedes Satellitenstartsystem ist auf die Spezifikation der Nutzlast zugeschnitten. Das Satellitenlieferungssystem, Boreas Launch System genannt, wird in einer Kiste geliefert, die einen Ballon, die Hermes 3D-gedruckte Rakete und optional den Hyperion, einen kleinen Satelliten, enthältRücklaufsystem. In Aktion wird der Ballon gefüllt und die Rakete angehoben. 30 Kilometer in die Atmosphäre. Dann löst sich die Rakete, bevor sie sich entzündet und in eine erdnahe Umlaufbahn bringt. 230 Kilometer nach oben
3D-Druck Hermes Rocket - Sonderanfertigung auf Bestellung
Hoch über dem Boden gestartet, muss die Hermes-Rakete nicht durch die unteren und dickeren Schichten der Atmosphäre fliegen - eines der größten Hindernisse für die Raumfahrt.
Hoch in der Atmosphäre gibt es weniger Luftwiderstand und anschließend weniger Druck, gegen den die Rakete kämpfen muss. Die Raketenstrukturen sind weitaus weniger Kraft ausgesetzt und können daher mit leichteren Materialien hergestellt werden, wodurch mehr Kraftstoff und Zeit gespart werden.
Obwohl der Rockoon an und für sich keine neue Strategie ist, hat Stofiel Aerospace ihn zusammen mit einigen anderen Schlüsseltechnologien integriert, um eine völlig neue Lösung für einen billigeren und zugänglicheren Raumflug vorzustellen.
Zusammen mit dem Rockoon integriert Stofiel Aerospace eine weitere Kerntechnologie, die die Produktionszeiten und -kosten der Hermes-Raketentriebwerke weiter reduziert.
Die fragliche Technologie - eine neue 3D-Druckstrategie, bei der alter Druckkunststoff mit einer neuen Hitzeschildbeschichtung kombiniert wird. Das System schafft die bisher günstigste und effektivste Lösung für die Weltraumforschung.
3D-Druck von Raketenteilen aus Kunststoff
Herkömmliche Raketendüsen bestehen aus Metallen wie Kupferlegierungen und Stahl, Materialien, deren Herstellung zu Raketenteilen notorisch zeitaufwändig und teuer sein kann. Darüber hinaus erfordern sie mehr technische und häufig komplexe Kühlsysteme, um zu verhindern, dass sie während des Prozesses schmelzenlanger Aufstieg durch die Atmosphäre.
Kunststoff hingegen ist billig und leicht zu formen - insbesondere mit einem 3D-Drucker. Aber natürlich übertrifft die Umgebung, die ein Raketentriebwerk aushalten muss, die Einschränkungen eines nicht unterstützten Kunststoffs bei weitem.
Bei richtiger Behandlung kann Kunststoff jedoch in ein Supermaterial umgewandelt werden, das Tausenden von Grad standhält - und den Start eines Satelliten. Die Kunststoffraketen enthalten keine Metallteile und können gemäß den Spezifikationen in Massenproduktion hergestellt und gebaut werdender Nutzlast. Aber ohne die geniale Hitzeschildbeschichtung wäre der Motor unbrauchbar.
Hermes Rocket Hitzeschildbeschichtung
Die Ingenieure von Stofiel Aerospace haben eine firmeneigene Beschichtung entwickelt, die die 3D-Kunststoff-Raketendüsen in ein hartes Keramikmaterial verwandelt, das Temperaturen über 1 ° C standhält. 4000 ° Celsius . Die Umwandlung erfolgt, wenn die Raketen abfeuern und eine Reaktion zwischen den Materialien auslösen.
„Die proprietäre Wärmebeschichtung ermöglicht PLA-Kunststoff, der normalerweise schmilzt. 200 ° C um einen zusammengesetzten Raketenbetriebszyklus zu überstehen und zu widerstehen + 4000 ° C ”behauptet Stofiel Aerospace.
Wenn die Raketen fertig sind, bleibt kein Kunststoff mehr übrig, sondern ein hartes Keramikmaterial.
Hermes verwendet ein vollständig anpassbares Herstellungsverfahren # 3dprinting positive Strukturformen für den Hephaestus-Wärmekomposit #keramisch Beschichtung. Dies geht in Richtung Massenproduktion eines leichten Orbitals #missile System, das in Tagen auf Bestellung aufgebaut werden kann. # isdc2018 pic.twitter.com/3VgQxRLMvV
- Stofiel Aerospace @StofielAero 14. Mai 2018
Die Reaktion zwischen dem Kunststoff und der Wärmeabschirmung ist ebenfalls endotherm, eine Reaktion, die Energie absorbiert. Während der Umwandlung wird Wärmeenergie aus dem Inneren der Brennkammer durch die Kunststoff- und Wärmebeschichtungsreaktion absorbiert, wodurch die Gesamtbetriebstemperaturen verringert werden.
„Wir haben eine Rakete entwickelt, die wir auf die Nutzlast skalieren können. Wir können sie mobil starten und in Massenproduktion herstellen.“
Das Starten in der Nähe des Weltraums bedeutet auch, dass die Raketen nicht so lange brennen, was den für die Entwicklung erforderlichen technischen Aufwand weiter verringert. In so großen Höhen können die Temperaturen auf -50 ° C sinken. ° Celsius, Vorkühlung und anschließender Schutz der Rakete vor der extremen Hitze des Abgases.
Energie aus dem Kohlendioxid, einem Nebenprodukt der Reaktion, wird ebenfalls im Schubsystem zurückgewonnen.
„Wir haben eine Rakete entwickelt, die wir auf die Nutzlast skalieren können. Wir können sie mobil starten und in Massenproduktion herstellen.“ Brian Stofiel, CEO und Gründer von Stofiel Aerospace, sagte gegenüber IE.
Das Boreas-Startsystem
Zusammen bilden die mit einer speziellen hitzebeständigen Beschichtung behandelte Rockoon- und 3D-Kunststoffraketendüse zwei Teile des Boreas-Startsystems - ein dreiteiliges kleines Satellitenstartsystem.
Der dritte Teil ist der Hyperion - ein kleines Satelliten-Rückfahrfahrzeug.
Das Zurückbringen einer Nutzlast zur Erde ist bekanntermaßen schwierig. Die Reibung, die entsteht, wenn große oder schnelle Objekte durch die Atmosphäre stürzen, reicht aus, um die meisten Raumfahrzeuge zu verbrennen, lange bevor sie den Boden erreichen.
Während einige Satelliten so konstruiert sind, dass sie beim Wiedereintritt verbrennen, kann es manchmal vorteilhaft sein, teure Geräte und biologische Proben intakt zurückzugeben, um sie weiter auf der Erde zu untersuchen.
„Wenn ein biologisches Labor sein Experiment direkt in sein Labor bringen möchte, fliegen wir über den Parkplatz, setzen einen Fallschirm ein und lassen die Drohne auf den Parkplatz fallen. Wir sprechen von 5-10 Minuten von der Umlaufbahn zum Labor.Und das verändert wirklich die Wissenschaften, die sie machen können “, behauptet Stofiel.
Andere Satellitensysteme sind überkompliziert
SpaceX ein Branchenführer im Satellitenstart kann Nutzlasten zurückgeben, indem er seine wiederverwendbare Raumkapsel auf Lastkähnen mitten im Meer landet. Das Rückholfahrzeug ist jedoch teuer und erfordert viele zusätzliche technische Schichten, um ein wiederverwendbares Design zu integrieren.
Andere Wiedereintrittsfahrzeuge stürzen sich oft brennend und langsamer in die Atmosphäre, bevor sie einen Fallschirm ziehen. Die Landungen sind jedoch rau und überschreiten manchmal 10 g - das 10-fache der normalen Schwerkraft der Erde.
Im Moment ist das Zurückspringen von Nutzlasten auf die Erde der effizienteste und effektivste Weg, um Ausrüstung und Proben zurückzugeben. Die Landungen können jedoch etwas unvorhersehbar sein und viele Kilometer vom Kurs abweichen, was die meisten Rückraumfahrzeuge dazu zwingt, an verlassenen Orten zu landen- typischerweise mitten im Meer oder in den Wüsten Kasachstans - eine große Unannehmlichkeit für Wissenschaftler, die versuchen, empfindliche Nutzlasten wiederzugewinnen.
Das Boreas Launch-System unterliegt jedoch nicht denselben Einschränkungen.
„Wir können [eine Rakete] auf eine einzelne Nutzlast skalieren, die sich von den meisten Raketen unterscheidet, bei denen Sie derzeit eine sekundäre Nutzlast auf einer großen Rakete sind. Sie haben eine Nutzlast von 30 Pfund, ich baue eine Rakete, die 30 Pfund fliegt.“
Rückgabe von Nutzlasten und Satelliten mit dem Hyperion Satellite Return Vehicle
Stofiel Aerospace begegnet dem Problem der entfernten und rauen Landung anderer Rückholfahrzeuge mit einem eigenen innovativen Fahrzeug - dem Hyperion - einem kleinen Satellitenrückführungssystem. Mit dem Hyperion kann ein Satellit präzise in einer diskreten Umlaufbahn platziert werdenEs kann auch verwendet werden, um wertvolle Nutzlasten sicher zur Erde zurückzubringen.
Eine einzelne Hermes-Rakete kann drei Hyperion-Rückraumschiffe mit jeweils vielen kleineren Satelliten mit sich führen.
Mit der Möglichkeit, die Neigung zu ändern, kann das Hyperion-Rückfahrfahrzeug seinen Flug anpassen und das atmosphärische Überspringen nutzen. Wie der Name vermuten lässt, fährt der Hyperion schnell genug und ist leicht genug, um vom Rand der Atmosphäre abzuspringenDer Grad der Kontrolle ermöglicht es ihm, präzise über die Erde zu navigieren, bevor ein Abstieg und eine Landung eingeleitet werden.
Beeindruckend ist, dass das Hyperion-Rückfahrfahrzeug in die Erdatmosphäre zurückkehren und in weniger als 1 g landen kann - eine enorme Leistung, mit der Wissenschaftler sensiblere Daten als je zuvor wiederherstellen können.
Schließlich möchte Stofiel, dass das Liefersystem in nur wenigen Minuten eine Nutzlast von einem Satelliten an die Haustür eines Unternehmens zurückgibt.
Entwicklung eines Satellitenstartsystems durch Lernen durch Versuch und Irrtum
Laut Stofiel konzentriert sich das Unternehmen auf Prototyping und Feldversuche. Anstatt sich ständig mit der Perfektionierung und Komplikation von Weltraumtechnologien zu beschäftigen, lernt und entwickelt das Unternehmen, indem es durch Fehler lernt und Prototyping und Design erheblich beschleunigt.
„Komplexität in der Branche macht die Raumfahrt schwierig. Wir verstehen, wie man Raumfahrt macht“, sagt Stofiel. Er fügt hinzu, „die Branche ist voreingenommen gegenüber Komplexität.“
Stofiel schlägt vor, dass Wissenschaftler von Natur aus zu komplexen Lösungen tendieren. Oftmals überkomplizieren Ingenieure Entwürfe, wenn neue Lösungen vorgeschlagen und integriert werden, was häufig zu mehr Fehlerquellen führt.
Weltneuheit !!! Eine Hermes-Rakete konnte sich nicht entzünden ... MK3O tot auf dem Stand. Die Fehleranalyse läuft und ein Rezitationsversuch wird danach durchgeführt. #ISDC pic.twitter.com/RNujY9UFnA
- Stofiel Aerospace @StofielAero 18. Mai 2018
Stofiel Aerospace hingegen lebt vom Ansatz „Schnell scheitern, oft scheitern“, aus Feldversuchen und Misserfolgen zu lernen, anstatt rigoros zu studieren und theoretisch zu entwerfen. Ihre Lösung ist radikal, erweist sich jedoch als weitaus erfolgreicherviel früher als erwartet, einschließlich Stofiel selbst.
„Wir leben nach dem ' schnell scheitern, oft scheitern ' Entwicklungsmethode. Wir glauben, dass diese Methode gute Wissenschaft UND gutes Geschäft ist. ”Erklärte Stofiel.
Wo sich das Unternehmen gerade befindet
Stofiel Aerospace hat bereits viele wichtige Meilensteine erreicht, einschließlich der Entwicklung einer funktionalen 3D-gedruckten Kunststoffrakete. Aber sie entwickeln sich weiter - und haben große Pläne für die nahe Zukunft.
"Wir sind anderthalb Monate davon entfernt, die Carmen-Linie - den Rand des Weltraums - mit 4000 Meilen pro Stunde zu durchbrechen."
Bald wird das Unternehmen die Barriere für den Weltraum durchbrechen und sie in ihre letzte Entwicklungsphase versetzen, bevor sie ihren Service für die Öffentlichkeit bereitstellen.
Vorteile eines Rockoon-Startsystems
„Wir würden gerne sehen 1000 Missionen pro Jahr - 3 pro Tag. ”
Die Hermes-Rakete kann in Verbindung mit der Ballonabgabemethode eine Nutzlast von 15 bis 250 kg in die erdnahe Umlaufbahn befördern, wobei die Kosten nur günstig sind. US 20.000 USD pro Kilogramm , $ 5000 billiger als jede andere auf dem Markt erhältliche Lösung.
Die Idee nimmt schnell Fahrt auf und laut Stofiel selbst wird das Unternehmen im Dezember 2019 mit regelmäßigen Lieferungen beginnen.
„Wir würden gerne sehen 1000 Missionen pro Jahr - 3 pro Tag. ”Sagte Stofiel.
Die hässliche Lösung für den On-Demand-Satellitenstart
Die Möglichkeit, ein Satellitensystem in nur wenigen Stunden zu starten, eröffnet endlose Möglichkeiten für humanitäre Bemühungen.
Mobile Satellitenstartsysteme können in Kernkernen in der Innenstadt in der Nähe von Risikoregionen im Standby-Modus installiert werden und können sofort aufgeblasen und gestartet werden. Innerhalb von zwei Stunden kann ein dedizierter Satellit in einem Katastrophengebiet mit der Fähigkeit zur Bereitstellung hochgefahren werdenWärmebilder in Waldbrandregionen, Kommunikations-Uplinks für Erdbeben und andere Katastrophen sowie Live-Bilder zur Unterstützung und Rettung von Menschen am Boden.
Das Anschnallen einer kleinen Rakete an einen massiven Wetterballon ist kaum eine glamouröse Lösung. Aber eine Lösung, die nicht übersehen werden sollte.
„Wir sehen viele Möglichkeiten, die nicht genutzt werden, weil niemand On-Demand-Service anbieten kann.“
Die Lösung ist billig, effizient und effektiv, was sie zu einem praktischeren Satellitenstartdienst für kleine bis mittlere Satelliten und andere Nutzlasten macht.
Der bisher günstigste Startdienst für mobile Satelliten
Stofiels Rockoon-Lösung für den Satellitenstart bietet einen der bislang effizientesten und kostengünstigsten mobilen Satellitenstartdienste.
Sie sind Vorreiter beim Start mobiler Satelliten und machen sie für den zivilen Gebrauch zugänglicher.
"Es ist nicht herrlich. Es gibt nicht die Sexualität von 'Ich habe eine große Rakete'."
sagt Stofiel. Aber die Lösung funktioniert und bald wird es der schnellste, billigste und effizienteste Weg sein, einen Satelliten zu starten.
Bald wird das Unternehmen seinem Motto gerecht -
"Sie bringen uns am Montag eine Ladung, sie befindet sich bis Freitag im Orbit."