Уильям Грэм 21 января 2022 г.
Первоисточник:
Atlas V на площадке SLC-41 перед запуском. Фото: Стивен Марр для NSF
В пятницу United Launch Alliance провела запуск Atlas V с третьей парой спутников GSSAP для US Space Force. Стартуя в никогда ранее не использовавшейся конфигурации 511, Atlas стартовал сбазы US Space Force на мысе Канаверал в 14:00 по восточному стандартному времени (19:00 UTC) для продолжительной миссии, в ходе которой спутники были выведены на окологеостационарную орбиту.
GSSAP (Программа геосинхронной космической ситуационной осведомленности) — это проект US Space Force, использующий небольшие спутники для инспекции других космических аппаратов, работающих на геостационарной орбите. Пятничный запуск, получивший обозначение USSF-8 (US Space Force 8), вывел пятый и шестой спутники этой серии.
С развертыванием этих двух спутников US Space Force продолжают программу, которая в последние годы дала им новую возможность изучать иностранные спутники и контролировать их работу на орбите. Вероятно, это основано на более ранних экспериментальных спутниках MiTEx (Microsatellite Technology Experiment), которые проводили ряд экспериментов, включая проверки спутников, во время их пребывания на геостационарной орбите в 2000-х годах.
Наряду с GSSAP проводится серия демонстрационных миссий для дальнейшего совершенствования возможностей так называемых спутников «космической ситуационной осведомленности», в том числе спутника ANGELS (эксперимент по автоматизированной навигации и наведению для локального космического пространства), который выведен на орбиту вместе с первыми двумя космическими аппаратами GSSAP и спутника Mycroft, запущенного в 2018 году.
Спутники GSSAP производятся компанией Northrop Grumman, ранее Orbital ATK, и базируются на облегченной платформе GeoStar-1. Это трехосная стабилизированная платформа, включающая в себя системы, позволяющие спутнику выполнять свою миссию. Каждый спутник питается от пары развертываемых солнечных батарей и способен маневрировать на орбите для организации инспекционных проходов других космических аппаратов.
Пара спутников GSSAP на орбите (Предоставлено: US Space Force)
Запуск первого GSSAP состоялся в июле 2014 года, назначенный AFSPC-4 (Air Force Space Command 4). На тот момент GSSAP была программой ВВС США с формированием US Space Force в течение пяти лет в будущем. Два спутника были выведены ракетой Delta IV M+(4,2), которая развернула их, а также второго пассажира ANGELS, вблизи геостационарной орбиты. Еще одна пара космических аппаратов была запущена другой ракетой Delta IV в августе 2016 года как AFSPC-6. До передачи программы US Space Force миссия USSF-8 должна была называться AFSPC-8.
Запуск USSF-8 происходит вскоре после вывода из эксплуатации первых двух спутников GSSAP, при этом GSSAP-1 выводится из эксплуатации и перемещается на «орбиту захоронения» над геостационарным поясом примерно в начале февраля прошлого года. GSSAP-2 присоединился к нему в начале октября. Прибытие GSSAP-5 и 6 восстановит созвездие до четырех спутников, хотя неясно, как долго GSSAP-3 и 4 смогут оставаться в эксплуатации, поскольку они всего на один год моложе, чем GSSAP-1, когда оно выведено из эксплуатации.
В дополнение к их собственным именам и обозначениям для запуска спутникам GSSAP на орбите также были присвоены номера в соответствии с серией обозначений США, присвоенных большинству военных космических аппаратов США. Первая пара получила обозначения USA-253 и 254, а вторая пара — USA-270 и 271. Обозначения USA присваиваются последовательно, и самым последним из анонсированных примеров был USA-319, присвоенный запущенному спутнику GPS-III-05. в прошлом июне. Если до сих пор не было присвоено необъявленных номеров, это означает, что GSSAP-5 и 6, скорее всего, получат обозначения USA-320 и USA-321, как только они достигнут орбиты.
Ракета-носитель Атлас V
Запуск в пятницу был осуществлен ULA ( United Launch Alliance ). Созданная в 2006 году в результате консолидации ракетных программ компаний Boeing и Lockheed Martin, ULA с момента своего создания является главным подрядчиком по запуску для правительства США, хотя в последнее время эта позиция оказалась под угрозой с появлением SpaceX и других новых аэрокосмических компаний. ULA унаследовала ракеты Delta II и Delta IV от Boeing, а также Atlas V от Lockheed Martin, при этом более старая Delta II была снята с производства в 2018 году, а одноядерные версии Delta IV последовали за ней в 2019 году.
Поскольку они выведены из эксплуатации, флот ULA состоит из Atlas V и трехъядерных Delta IV Heavy, которые будут использоваться для нескольких миссий по национальной безопасности с полезными нагрузками, слишком тяжелыми для Atlas V, прежде чем эти обязанности будут переданы следующему поколению ракет. United Launch Alliance разрабатывает новую ракету Vulcan, которая в настоящее время должна совершить свой первый полет примерно в середине этого года в качестве преемника ракет Atlas и Delta.
Atlas V и Delta IV были первоначально разработаны в рамках программы Evolved Expendable Launch Vehicle ВВС США, начатой в 1990-х годах для замены парка ракет, которые тогда находились на вооружении для запуска полезных нагрузок правительства США: парк, который включал Delta II, Atlas II и Титан IV. Atlas V был разработан Lockheed Martin, в то время как Boeing принял Delta IV по собственному желанию после слияния в 1997 году с McDonnell Douglas. Эти две ракеты были запущены в производство, при этом были закуплены две машины, чтобы обеспечить гарантированный доступ в космос в случае, если одна из них будет заземлена после отказа.
Atlas V впервые поднялся в воздух в августе 2002 года, выведя на орбиту спутник Eutelsat Hot Bird 6 в рамках коммерческой миссии, заключенной по контракту с International Launch Services.
Запуск в пятницу знаменует собой 91-й полет. Он зарекомендовал себя как невероятно надежная «рабочая лошадка» с почти безупречным послужным списком — единственный существенный недостаток произошел во время его 10-го полета в 2007 году, когда верхняя ступень ракеты Centaur отключилась на несколько секунд раньше из-за неисправного клапана, оставив пару Спутники Национального разведывательного управления на нецелевой орбите.
Несмотря на это, полезные нагрузки смогли выйти на свою рабочую орбиту своим ходом.
ULA предлагает Atlas V как для правительственных, так и для коммерческих запусков, а список полезных нагрузок, запущенных за последние двадцать лет, включает в себя важные миссии для NASA, американских военных и коммерческих организаций. К ним относятся спутники наблюдения для Национального разведывательного управления; Миссии GPS-навигации, связи и демонстрации технологий для ВВС США, а затем миссии USA Space Force и NASA, которые расширили наше понимание Земли и Солнечной системы.
Common Core Booster для Atlas AV-084, который будет использоваться для миссии USSF-8 (Источник: United Launch Alliance)
В основе ракеты Atlas V лежит CCB (Common Core Booster), который служит в качестве первой ступени ракеты с керосиновым топливом RP-1 и жидким кислородом для питания основного двигателя РД-180. Как и Delta IV, Atlas V изначально был разработан с конфигурацией Heavy, которая использовала бы три CCB, работающих параллельно, однако это никогда не выходило за рамки чертежной доски. Вместо этого все летающие конфигурации Atlas V использовали одну центральную ступень с добавлением до пяти твердотопливных ракетных ускорителей для увеличения тяги при взлете в зависимости от требований миссии.
Этими ускорителями могут быть либо Aerojet Rocketdyne AJ-60A, который использовался на всех запусках, требующих ускорителей до 2020 года, либо Northrop Grumman GEM-63 — последняя часть успешной серии GEM компании (Graphite Epoxy Motors). Запуск в пятницу стал третьей миссией Atlas, в которой использовались ускорители GEM, которые внедряются на Atlas V до их использования на ракете ULA Vulcan следующего поколения.
Атлас представляет собой двухступенчатую ракету-носитель с разгонным блоком Centaur, установленным на Common Core Booster, чтобы доставлять их спутники на конечные орбиты. Для пятничной миссии Centaur был оснащен одним двигателем RL10C-1, хотя также доступен вариант с двумя двигателями RL10A-4-2, который используется вместе с космическим кораблем
Boeing Starliner, который в настоящее время проходит испытания для программы NASA
Commercial Crew. Centaur использует криогенное топливо — жидкий водород и жидкий кислород — и может многократно перезапускаться на орбите. Пятничный запуск нес комплект GSO, также известный как комплект расширенной миссии, с дополнительной защитой, батареями и топливом для маневровых двигателей, чтобы обеспечить длительные переходы между запусками, которые были необходимы для выхода на последнюю окологеостационарную орбиту.
Гибкость была ключевым моментом в Atlas V, а также варьировалось количество ускорителей и количество двигателей на верхней ступени Centaur, размер обтекателя полезной нагрузки также можно варьировать, чтобы адаптировать ракету к ее полезной нагрузке. Доступны различные диаметры и три варианта длины для каждого диаметра обтекателя. Общая конфигурация ракеты обозначается трехзначным числом. Первая цифра указывает приблизительный диаметр обтекателя полезной нагрузки в метрах, доступны четыре и пять метров. При запуске космического корабля Starliner, в котором не используется обтекатель полезной нагрузки, вместо этой цифры ставится буква N.
Верхняя часть обтекателя полезной нагрузки Atlas V со спутниками GSSAP (Источник: United Launch Alliance)
Вторая цифра конфигурации показывает, сколько ускорителей было добавлено. Может быть от нуля до трех при полете с четырехметровым обтекателем и до пяти с пятиметровым вариантом. Третья цифра обозначает количество двигателей на Centaur.
В пятничном запуске использовалась конфигурация 511 — с пятиметровым обтекателем, одним твердотопливным двигателем и одномоторной верхней ступенью Centaur. Ожидается, что это будет единственный раз, когда Atlas V летает в этой конфигурации, которая также является единственной комбинацией диаметра обтекателя и количества ускорителей, которая еще не летала ранее. В дополнение к номеру конфигурации каждый Atlas V имеет хвостовой номер, уникальный для каждой отдельной ракеты. Для запуска в пятницу это был AV-084.
Пятиметровый обтекатель полезной нагрузки изготовлен швейцарской компанией RUAG и аналогичен тому, который RUAG разработал для европейской ракеты Ariane 5. Обтекатель доступен в коротких, средних и длинных вариантах, а в пятницу будет использоваться короткая версия. В пятиметровом обтекателе как полезная нагрузка, так и верхняя ступень Centaur герметизированы, при этом обтекатель разделен на нижнюю половину, которая герметизирует Centaur, и верхнюю половину для полезной нагрузки во время предпусковых операций. Они прикрепляются перед запуском, и когда обтекатель отделяется в полете, он отделяется вдоль.
Запуск USSF-8
Atlas V может запускаться либо с SLC-41 (Космический стартовый комплекс 41) на базе Space Force на мысе Канаверал во Флориде, либо с космодромного комплекса 3E на базе Space Force Ванденберг в Калифорнии. Миссии на геостационарную орбиту должны запускаться с восточного побережья, поэтому запуск в пятницу был с SLC-41. Этот стартовый комплекс был первоначально построен в 1960-х годах как часть комплекса «Интеграция-передача-запуск» для ракеты «Титан III», поддерживающей миссии «Титан IIIC», «Титан IIIE» и «Титан IV» в период с 1965 по 1999 год.
Комплекс был перестроен для Atlas V, первоначально с использованием подхода «чистой площадки» с служебной башней ракеты, установленной на мобильной стартовой платформе, а не стационарной конструкцией на площадке. В последние годы на стартовом комплексе была построена вышка для обеспечения доступа экипажа в миссиях Starliner, однако она не используется для запусков без экипажа. Как и Atlas V, SLC-41 станет стартовой пощадкой для ракеты ULA Vulcan, которая будет иметь собственную мобильную пусковую платформу, позволяющую ракетам совместно использовать объекты во время перехода от Atlas к Vulcan.
Ракета Atlas V прибывает на мыс Канаверал перед запуском USSF-8 (Источник: United Launch Alliance)
При полете с SLC-41 ракеты Atlas собираются на мобильной платформе VIF (Vertical Integration Facility), которая находится в 550 метрах к югу от площадки. Ускоритель Common Core Booster и Centaur AV-084 прибыли на мыс Канаверал на борту транспортного корабля ULA RocketShip в сентябре 2020 года, а запуск был запланирован примерно на март 2021 года. Различные факторы привели к последующим задержкам до этой даты, когда CCB наконец прибыл на объект вертикальной интеграции. 18 декабря, менее чем через две недели после того, как SLC-41 был освобожден предыдущим запуском Atlas V с STP-3.
С вертикальным расположением VIF на мобильной пусковой платформе 20 декабря была добавлена ракета-носитель GEM-63. Centaur прибыл через три дня вместе с промежуточной ступенью и нижней половиной обтекателя полезной нагрузки, внутри которой уже была заключена верхняя ступень. Наконец, 10 января на VIF прибыли спутники GSSAP, уже заключенные в верхнюю часть обтекателя полезной нагрузки, и были подняты на ракету.
Atlas, находящийся на своей мобильной стартовой платформе, был перемещен из VIF на стартовую площадку в четверг по рельсам, соединяющим два объекта. После его прибытия начались последние приготовления к запуску, включая проверку корабля и операции по заправке топливом, начиная с загрузки RP-1 и заканчивая криогенным жидким водородом и кислородом позже в обратном отсчете.
Atlas V 511 выкатывается на площадку SLC-41 (Источник: United Launch Alliance)
Двигатель РД-180 первой ступени был изготовлен российским НПО «Энергомаш» и представляет собой двухкамерную версию четырехкамерного двигателя РД-170, разработанного для советских ракет «Зенит» и «Энергия». Он включается на отметке T-2,7 секунды в обратном отсчете в пятницу, когда GEM-63 зажегся, а ракета взлетела примерно через T+1,0 секунды. AV-084 поднимался вертикально в течение первых семи секунд полета, когда он покидал стартовую площадку, прежде чем начать серию маневров по тангажу и рысканию, чтобы выйти на правильную траекторию для своего полета на орбиту.
Поскольку РД-180 и GEM-63 работают вместе, чтобы протолкнуть Atlas через плотные нижние слои атмосферы Земли, ракета достигла скорости звука 1 Мах после чуть менее 58 секунд полета. Примерно через девять с половиной секунд Atlas прошел через зону максимального динамического сопротивления или Max-Q, где увеличение аэродинамического напряжения, испытываемого транспортным средством из-за увеличения скорости, достигает пика из-за уменьшения плотности воздуха, через который он проходит.
Ускоритель GEM-63 сгорел примерно на 98-й секунде полета. Хотя по прошествии этого времени он больше не создавал полезной тяги, он оставался прикрепленным в течение нескольких секунд, чтобы убедиться, что, когда он действительно отделится, он сделает это чисто, без какого-либо повторного контакта между собой и все еще горящей первой ступенью.
Отработавший ускоритель был сброшен примерно на двухминутной отметке миссии.
После отделения твердотопливного двигателя CCB продолжал толкать AV-084 в космос. К отметке в три с половиной минуты Atlas покинул атмосферу, и его обтекатель полезной нагрузки больше не требовался для защиты космических аппаратов GSSAP. Обтекатель разделился посередине на две секции, отпав и впервые выставив два спутника в космос. Через несколько секунд передний адаптер нагрузки, который помогает распределить часть сил, испытываемых Centaur, на нижнюю часть обтекателя полезной нагрузки, также отделяется.
BECO (отключение двигателя-ускорителя), окончание работы двигателя Common Core Booster, произошло через четыре минуты и 21 секунду после старта. Шесть секунд спустя ракета отключилась, и CCB отделился от разгонного блока Centaur. Centaur вошел в предстартовую последовательность, его двигатель RL10C-1 загорелся через 10 секунд после разделения ступеней. Первый из трех запланированных запусков Centaur во время пятничного запуска, он длился восемь с половиной минут и позволил ракете выйти на начальную парковочную орбиту.
Проведя на парковочной орбите чуть более 56 минут, Centaur перезапустил двигатель для второго включения. Это четырехминутный шестисекундный запуск для выхода на геопереходную орбиту. Когда это было завершено, миссия вступила в расширенную фазу свободного полета, поскольку Centaur движется к апогею — или высшей точке — своей орбиты.
Третье включение Centaur начался через шесть часов 31 минуту и 12 секунд по истечении времени миссии и длился одну минуту 47 секунд. Это закруглило траекторию.
Спутник GSSAP-5 отделился первым, отделившись от Centaur через две минуты 49 секунд после окончания последнего включения. Через девять с половиной минут последовал GSSAP-6. Ожидаемая орбита для разделения GSSAP-5 составляет 36 106 на 36 165 километров (22 435 x 22 472 миль, 19 497 x 19 528 морских миль) при наклонении 0 градусов. Для GSSAP-6 перигей разделительной орбиты примерно на 30 километров ниже, а апогей примерно на два километра выше.
Разделение космических кораблей — это не конец миссии AV-084, поскольку Centaur все еще придется пассивировать себя, чтобы снизить риск взрыва на орбите, который может создать обломки, которые могут быть опасны для других космических аппаратов. Это особенно важно для пятничной миссии, поскольку ступень останется на орбите в течение длительного времени и будет вращаться вблизи загруженного геостационарного пояса. Ступень начнет продувку примерно через 26 минут после отделения GSSAP-6. Запуск USSF-8 официально завершится в T+7 часов 46 минут 40,3 секунды.
Первый полет United Launch Alliance и Atlas V в 2022 году, пятничный запуск начинает напряженный год как для компании, так и для ее ракеты. Следующий запуск Atlas V запланирован на начало марта вместе с метеорологическим спутником GOES-T для Национального управления океанических и атмосферных исследований. Другие предстоящие миссии включают давно отложенный второй испытательный полет космического корабля
Boeing Starliner без экипажа, который в настоящее время ожидается в мае, миссию NROL-107 «SILENTBARKER» для Национального разведывательного управления и два запуска спутников обнаружения ракет: действующий SBIRS-GEO- 6 и испытательный стенд WFOV, последний из которых будет доставлен в рамках миссии USSF-12.
В дополнение к запускам Atlas, ULA запланировала на август миссию Delta IV Heavy с NROL-91 из Ванденберга. Скорее всего, это будет большой спутник ДЗЗ оптического диапазона, который станет последним запуском Delta IV с западного побережья. Первый полет новой ракеты ULA Vulcan также может состояться в 2022 году — в настоящее время он запланирован на середину года, но, как и в случае любого запуска ракеты и особенно внедрения любого нового транспортного средства, время может быть изменено. Ожидается, что дебютом Vulcan станет коммерческий лунный модуль Peregrine для американской компании Astrobotic Technology.
Первоисточник:
