Во время своей второй и последней миссии 2021 года ракета-носитель «Протон» стартовала 13 декабря 2021 года с Байконура с двумя спутниками связи «Экспресс». В течение более чем 18-часового процесса выведения разгонная ступень «Бриз-М» должна вывести спутники «Экспресс» АМУ3 и -АМУ7 на высокую орбиту развертывания, высотой более чем 50 000 километров от Земли.
Краткий обзор миссии спутников «Экспресс-АМУ3» и «-АМУ7»:
Новейшая пара спутников «Экспресс»
Спутники «Экспресс-АМУ3» и «-АМУ7» были построены на «ИСС имени Решетнева» в городе Железногорске для главного российского государственного оператора гражданских спутников связи «Космическая связь», ГПКС. Согласно официальной закупочной документации, ГПКС заплатила за пару 72 миллиона евро. Это были первые из 14 спутников, которые обещали запустить в 2020-х годах для обновления российской группировки космической связи.
Спутники «Экспресс-АМУ3» и «АМУ7» были разработаны для предоставления стационарным и мобильным клиентам, в том числе российскому правительству, различных услуг связи, включая цифровое телевидение и радиовещание, высокоскоростной доступ в Интернет, с охватом всей России и соседних регионов в C-, Ku и L-диапазонах.
На космических аппаратах используются две развертываемые антенны с рефлекторами диаметром 2,4 и 2,2 метра. Одна из них — многолучевая антенна, работающая в Ku-диапазоне, другая объединяет C- и Ku-диапазоны. Спутники также имеют специальные решетчатые антенны L-диапазона.
Сервисный модуль для обоих спутников был построен на спутниковой платформе «Решетнева» «Экспресс-1000Н», которая позволяет устанавливать два спутника друг на друга для совместного выведения на орбиту на одной ракете-носителе «Протон-М/Бриз-М». Одним из основных отличий от предыдущих сервисных модулей этой серии стало использование
тепловых трубок, заменяющих жидкий теплоноситель в системе терморегулирования.
Двигательная установка машины была также модернизирована добавлением одного 29-граммовым электродвигателя СПД-140Д в дополнение к паре двигателей СПД-100В, разработанных в ОКБ «Факел» в Калининграде. Повышение тяги с 8 граммов, создаваемое каждым двигателем СПД-100В, позволяет сократить время, необходимое для перевода спутников с орбиты развертывания в рабочее положение на геостационарной орбите.
Платформа оборудована парой солнечных панелей, построенных «ИСС Решетнева» с элементами арсенида галлия, разработанными на НПП «Квант» в Москве.
Первоначально предполагалось, что оба спутника будут нести 20 транспондеров C-диапазона, 16 транспондеров Ku-диапазона и 1 транспондер L-диапазона. «Экспресс-АМУ7» должен был быть размещен над экваториальной точкой 145 восточной долготы, а «Экспресс-АМУ3» — на 96,5 градусе восточной долготы.
Однако, согласно предварительным планам, разработанным в 2014 году после аннексии Крыма
Кремлем, «Экспресс-АМУ7» будет построен первым и будет нести коммуникационную нагрузку, уже закупленную у итальянского подразделения Thales Alenia Space в рамках традиционного российско-европейского промышленного партнерства. Между тем, последующий «Экспресс-АМУ3» должен был быть оборудован транспондерами российского производства, заменяющими запрещенное европейское оборудование.
Эти планы так и не были реализованы, но в 2018 году «ИСС Решетнева» смогли заключить сделку с Thales на поставку антенн и транспондеров для обоих спутников. Только в случае «Экспресс-АМУ7» компания Thales Alenia впервые заказала у «Решетнева» 2,4-метровый рефлектор из композитных материалов для антенн С-диапазона спутников.
Примерно в то же время Роскосмос планировал перевести спутники с одиночного «Протона» на третий, четвертый или пятый испытательные полеты ракет «Ангара-5»/«Персей» из Плесецка. Представители Роскосмоса, по-видимому, рассматривали миссии АМУ3/7 как возможность дать «Ангаре» реальную работу, продемонстрировав пригодность новой ракеты для международного рынка. Однако, как сообщается, российские чиновники отказались от этого плана, не желая полагаться на бездоказательную и хронически откладывающуюся систему запуска для дорогостоящей миссии.
В 2019 году, после как минимум года споров и противоречивых приказов Роскосмоса, российское правительство приняло специальное решение переназначить спутники обратно на «Протон», который был изготовлен в 2013 году для отмененной миссии ГЛОНАСС-М.
К 2020 году запланированная орбитальная позиция «Экспресс АМУ-3» была сдвинута на 103 градус восточной долготы, которую ранее занимал запущенный в 2005 году больной спутник «Экспресс-АМ3» и должна быть привязана к спутнику «Экспресс-103».
«Экспресс-АМУ7» по-прежнему будет находиться на 145 градусах восточной долготы, заменив неисправный космический аппарат «Экспресс-А4», запущенный в 2002 году.
Известные технические характеристики спутников «Экспресс-АМУ7» и «АМУ3»:
В окончательной конфигурации «Экспресс-АМУ7» был оснащен 16 активными и двумя дополнительными транспондерами С-диапазона, работающими на резервном оборудовании, и двумя радиомаяками; а также 20-ю линейными транспондерами Ku-диапазона, одним маяком и одним активным транспондером L-диапазона. Все они могут работать одновременно.
Тем временем «Экспресс-АМУ3» получил семь активных транспондеров С-диапазона и два активных транспондера L-диапазона. Полезная нагрузка Ku-диапазона имеет трансформируемую архитектуру. В первой конфигурации работает восемь активных транспондеров, а во второй — 22.
Коммуникационная полезная нагрузка на обоих спутниках была разработана для приема радиосигналов с земли, усиления их с низким уровнем помех, преобразования принятого сигнала в зависимости от ширины полосы рабочего канала и последующей повторной передачи сигнала на землю.
Разработка и пусковая кампания
При раннем планировании разработки АМУ-3 и -7 их запуск был намечен на 2016 год, но когда спутники появились в Федеральной космической программе России, утвержденной в середине 2010-х годов, их запуск не ожидался раньше 2018 года. Однако к тому времени производство спутников только начиналось на «ИСС Решетнева» и Thales Alenia Space.
Готовые средства связи для АМУ7 и АМУ3 должны были быть доставлены на «ИСС Решетнева» из Thales Alenia Space в марте и мае 2020 года соответственно. Полностью оборудованные солнечные батареи прибыли на «ИСС имени Решетнева» с НПП «Квант» в начале 2020 года, а служебные модули были допущены к испытаниям. К середине того же года сервисный модуль и секция полезной нагрузки АМУ7 были скреплены болтами, и он прошел комплексные электрические испытания. Из-за ограничений по коронавирусу специалистам Thales впервые пришлось участвовать в тестах удаленно с помощью специально установленных видеокамер. Тогда миссия ожидалась во втором квартале 2021 года.
Сборка родственного спутника АМУ3 была завершена в ноябре 2020 года, и к тому времени запуск двойной полезной нагрузки отложился до конца 2021 года.
В начале 2021 года АМУ7 прошел акустические испытания и высокочастотные радиоиспытания в безэховой камере. Параллельно с ним, АМУ3 проходил электрические и тепловые испытания, за которыми последовали вибрационные испытания в конце лета и радиотесты осенью 2021 года. К сентябрю 2021 года дата запуска двух спутников была назначена на 6 декабря.
В ночь с 15 на 16 марта 2021 г. с завода ГКНПЦ им. Хруничева в Москве на Байконур отправились «Протон-М» и «Бриз-М» для миссии АМУ3/АМУ7 вместе с трехступенчатой ракетой «Протон-М», предназначенной для выполнения запуска модуля МЛМ «Наука».
Спутники «Экспресс-АМУ-3» и -7 прибыли на Байконур 19 октября и приземлились на аэродроме Крайний на борту самолета Ан-124. Затем они были доставлены в Зону 92 для начальной обработки.
30 октября, спутник «Экспресс-АМУ3» был доставлен на заправочную станцию в Зоне 91A, где он был загружен топливом. 1 ноября Роскосмос объявил, что операции по заправке завершены и космический аппарат планируется доставить в технологический корпус на Зоне 92А для измерения сопротивления бортовых силовых шин, проверки целостности нагревателя и проверки механизмов солнечных панелей. Из сообщения было неясно, были ли это стандартные процедуры или они были вызваны некоторыми техническими проблемами. В том же сообщении Роскосмос подтвердил запланированный запуск миссии в декабре 2021 года, но не назвал дату запуска 6 декабря.
Двухдневная заправка спутника «Экспресс-АМУ7» была завершена на Зоне 91А к 5 ноября. Затем спутник был доставлен в технологический корпус на Зоне 92А для загрузки ксенона (ксенон используется в электродвигателях спутника).
Примерно в середине ноября запуск был перенесен с 6 декабря 2021 года в 15:20 мск на 12 декабря в 15:09 мск из-за проблем с разгонным блоком «Бриз-М». 23 ноября Роскосмос объявил, что некоторое оборудование на верхней ступени были заменены внутри технологического корпуса на Зоне 92А-50 и электрические испытания ступени завершены. По словам Роскосмоса, три ступени ракеты-носителя были собраны в цехе сборки того же здания.
25 ноября Роскосмос сообщил, что баки высокого давления на борту «Бриз-М» загружаются компонентами ракетного топлива и 2 декабря оба спутника были установлены на разгонный блок. Затем спутники были закрыты обтекателем полезной нагрузки и перемещены в цех окончательной сборки, где 5 декабря были соединены с разгонными ступенями ракеты «Протон». После этого были проведены электрические проверки, подсоединение шлангов терморегулирования, установка терморегулятора и одеяла на обтекателе полезной нагрузки.
Ракета "Протон" со спутниками "Экспресс АМУ-3" и "АМУ-7" прибывает на стартовую площадку № 39 Зоны 200 9 декабря 2021 года.
На борту «Бриз-М» обнаружена смертельная перегрузка топливом
Ракета-носитель «Протон/Бриз» с установленной полезной нагрузкой была подготовлена к выкатке из сборочного корпуса на открытую заправочную площадку для закачки баков низкого давления разгонного блока «Бриз-М» высокотоксичными и опасными самовоспламеняющимися компонентами ракетного топлива. Операция проводилась утром 9 декабря 2021 года. После заправки «Бриз-М» готовая ракета-носитель проследовала на площадку 39 Зоны 200, где к концу дня была установлена в вертикальном положении.
Однако вскоре после этого возникла еще одна техническая проблема с ступенью «Бриз-М», из-за которой ракету пришлось вернуть со стартовой площадки и отложить запуск. По словам главы Роскосмоса Дмитрия Рогозина, на космическом буксире «Бриз» обнаружено как минимум две проблемы.
Ракета «Протон» со спутниками «Экспресс АМУ-3» и «АМУ-7» на АЗС «Бриз».
Российские официальные лица не предоставили никаких подробностей об инциденте, но хорошо информированные источники в отрасли сообщили, что на борту ступени «Бриз-М» была обнаружена перегрузка ракетным топливом, что напоминает ситуацию, обреченную на аварию миссию трех навигационных спутников ГЛОНАСС на борту «Протон» с разгонным блоком «ДМ03» в декабре 2010 года. К счастью, на этот раз неприятная и потенциально фатальная проблема была обнаружена задолго до старта. Но все же потребовалось снять ракету-носитель с площадки и вернуть её на открытую заправочную площадку, где излишнее топливо тщательно слили с разгонного блока 10 декабря, прежде чем ракета быоа возвращена на стартовую площадку.
В течение 24 часов с момента обнаружения проблемы Рогозин сообщил, что ракета будет возвращена на стартовую площадку 11 декабря с возможностью запуска 13 декабря.
11 декабря Роскосмос подтвердил, что запуск миссии намечен на 13 декабря в 15:07 мск. Второй вывоз ракеты на площадку начался в 04:30 мск 11 декабря.
Профиль запуска.
Ракета «Протон-М/Бриз-М» с парой «Экспресс-АМУ-3/АМУ-7» стартовала с о стартовой площадки 39 на Зоне 200 космодрома Байконур 13 декабря 2021 года в 15:07:00 по московскому времени (7: 07:00 EST)
После нескольких секунд вертикального подъема «Протон» направился на восток по стандартной траектории выведения, что позволило ему достичь наклонения орбиты 51,55 градуса к экватору. Работа первой, второй и третьей ступени ракеты вывела блок полезной нагрузки, включающую разгонный блок «Бриз-М» и два спутника, на суборбитальную траекторию, с небольшим недобором орбитальной скорости. Спустя почти 1,5 минуты после отделения от третьей ступени «Бриз-М» запустил свою главную двигательную установку, чтобы выйти на первоначальную орбиту высотой 178 на 180 километров. Роскосмос подтвердил начало маневра, но аппараты, вероятно, вышли из зоны досягаемости наземной станции на Дальнем Востоке России до того, как было получено подтверждение окончание работы двигателя.
Орбитальные маневры
После периода пассивного полета вокруг Земли «Бриз-М» перезапустил свой двигатель, чтобы вытянуть почти круговую орбиту до эллипса с апогеем (высшей точкой) в 2 507 километрах от Земли (перигей был увеличен лишь незначительно до 199 километров). Космический буксир и его пассажиры затем сделали почти полный цикл по переходной орбите, прежде чем «Бриз-М» запустил свой двигатель в третий раз, чтобы поднять орбиту еще выше.
Источник в отрасли сообщил, что до того, как «Бриз-М/Экспресс» покинул зону досягаемости российских наземных станций, диспетчеры миссии смогли подтвердить, что началось третье включение двигателя «Бриз-М» и начальная парковочная орбита, а также первая переходная орбита находились в пределах технических требований.
После завершения третьего включения «Бриз-М» был запрограммирован на сброс пустого внешнего бака. Подтверждение завершения 3-го включения и последующего сброса бака пришло несколько часов спустя, когда аппараты снова появились в пределах досягаемости российских наземных станций.
Тем временем «Бриз-М» и его пассажиры совершили еще один пассивный виток вокруг Земли, за которым последовал четвертое включение двигателя, на этот раз с расходом топлива из основного модуля «Бриз-М».
Четвертый маневр должен был довести апогей до 53 163 км, а перигей — только до 408 км.
Когда аппараты приблизились к новому апогею, «Бриз-М» включил двигатели в пятый раз, выйдя на так называемую суперсинхронную переходную орбиту с апогеем 52 872 км и перигеем 18 714 км.
Поднявшись на высоту более 36000 километров, где в конечном итоге будут работать спутники, верхняя ступень была менее подвержена гравитационному притяжению нашей планеты. В результате «Бриз-М» смог нести более тяжелую полезную нагрузку во время энергоемкого пятого маневра, который также изменил орбитальную плоскость спутников с 49,3 градусов, до почти совпадения с экваториальной плоскостью.
Во время выхода на орбиту «Экспресс-АМУ7» находился на вершине двухспутниковой стойки и первым отделился спустя почти 17 часов 50 минут после старта с Байконура. После этого, в момент времени 18 часов и 7 минут после запуска, «Экспресс-АМУ3» был отделен от почти пустого разгонного блока «Бриз-М».
Вскоре после этого «Бриз-М» был запрограммирован на использование остатков топлива для выполнения двух заранее запрограммированных тормозных маневров, уводя себя на орбиту захоронения, безопасную для работающих спутников.
Перед вводом в эксплуатацию спутники должны будут потратить почти два месяца, используя свои электрические двигательные установки малой тяги, чтобы достичь своих рабочих позиций.
Первоисточник:
