H-IIA запускает спутник нового поколения Inmarsat-6 Flight 1. NSF
Автор Ли Канаяма 21 декабря 2021 г.
Предоставлено: MHI Launch Services
В среду Япония успешно запустила спутник Inmarsat-6 Flight 1 (I-6 F1) как часть спутниковой группировки широкополосной связи следующего поколения Inmarsat. I-6 F1 запущен на борту ракеты H-IIA 204 в 00:32 по местному времени в четверг (15:32 по всемирному координированному времени в среду).
Запуск в среду, обозначенный как H-IIA F45, является третьим орбитальным запуском Японии в 2021 году и второй миссией H-IIA в году, ознаменовав 45-й полет H-IIA в целом.
Обзор ракеты и полезной нагрузки
H-IIA — флагман Японии и в настоящее время самая большая ракета, эксплуатируемая Mitsubishi Heavy Industries (MHI) для Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA).
С момента первого запуска H-IIA в 2001 году она стала самой долго эксплуатируемой и часто летающей ракетой на жидком топливе, эксплуатируемой Японией. В 1975 году Япония запустила на орбиту свою первую ракету с жидкостным двигателем в рамках партнерства с американской компанией McDonnell Douglas, выпустив свои первые ракеты на жидком топливе, заимствованные из американской серии Thor-Delta.
Опираясь на свой опыт с первыми ракетами, названными NI и N-II, Япония затем начала работу над новой ракетой, известной как HI. Эта ракета была первой японской ракетой, в которой в качестве топлива использовался жидкий водород. Первой ступенью была американская разработка, оснащенная керосином и жидким кислородом (kerolox), Extended Long Tank Thor (ELTT) с твердотопливными ракетными ускорителями (SRB) Castor-2. Вторая ступень представляла собой разработанную японцами и построенную вторую ступень водород/жидкий кислород (гидролокс) с использованием двигателя LE-5. С 1986 по 1992 год HI совершил девять полетов, и все его полеты были успешными.
Начиная с H-II, преемника H-I, все будущие ракеты будут использовать только жидкий водород, а их проектирование и строительство будет происходить в Японии. H-II использовался с 1994 по 1999 год, и его первые пять полетов достигли орбиты. Однако из-за высокой стоимости и сложности ракеты уже готовились к замене. Последние два полета H-II закончились неудачей.
Новая ракета, теперь известная как H-IIA, была создана для снижения затрат при меньшей сложности, что позволило ей быть более конкурентоспособной на пусковом рынке. H-IIA использовал аналогичную, но обновленную конструкцию H-II.
Первая ступень приводится в движение водородным двигателем LE-7А. LE-7A развивает тягу 1098 кН с удельным импульсом 440 секунд в вакууме. Его диаметр составляет четыре метра, а высота - 37,2 метра. Во время запуска ступень будет работать 390 секунд.
Для обеспечения начального этапа полета используются два или четыре SRB. Известные как SRB-A, они обеспечивают первоначальный разгон для выхода из атмосферы. Каждый ускоритель обеспечивает тягу 2,020 кН при времени горения 100 секунд.
Вторая ступень H-IIA приводится в движение одним двигателем Hydrolox LE-5B. Этот двигатель может создавать тягу 137 кН с удельным импульсом 448 секунд в вакууме. Ступень такая же в диаметре четыре метра, но высота — 9,2 метра. Чтобы вывести полезные нагрузки на орбиту, ступень может работать 530 секунд.
Обтекатель полезной нагрузки диаметром четыре метра, расположенный на верхней части второй ступени, используется для защиты полезной нагрузки до и во время запуска. Существует также возможность установки обтекателя диаметром пять метров для размещения более крупных грузов.
Чтобы обозначить, какую версию использует H-IIA, была создана система нумерации. Первое число означает, сколько ступеней используется, хотя во всех летных конфигурациях использовались две ступени. Вторая цифра означает, сколько жидкостных ускорителей будет использовано, однако это было отменено перед первым полетом H-IIA. Таким образом, первые два числа в системе всегда фиксируются на «20».
Третье число означает, сколько бустеров SRB-A используется, а необязательная четвертая цифра означает, сколько твердотельных бустеров Castor-4XL (SSB) будет использоваться. Ранние ракеты H-IIA имели возможность использовать до четырех Castor-4AXL вместе с двумя SRB-As. Этот вариант был отменен в 2010 году.
Используя самую мощную версию, H-IIA 204 с четырьмя SRB-As, можно поднять до 15 тонн на низкую околоземную орбиту (LEO) или шесть тонн на геостационарную переходную орбиту (GTO).
Ракета H-IIA была выбрана для запуска I-6 F1 в 2017 году. Обозначенная H-IIA F45, запуск в среду использовал этот вариант H-IIA 204 для вывода спутника I-6 F1 на орбиту. Ожидается, что это будет последний полет конфигурации 204, в результате чего 202 останется единственным активным вариантом H-IIA, поскольку JAXA сворачивает операции с H-IIA в рамках подготовки к его замене предстоящим H3.
Inmarsat — ведущий мировой поставщик спутниковой связи, который начал свою деятельность в 1970-х годах как межправительственная организация. После, приватизированная британская компания обеспечивает спутниковую связь по всему миру.
Первая спутниковая группировка Inmarsat была унаследована от ее предшественницы, Marisat, и состояла из трех космических аппаратов, которые были запущены на ракетах Delta в 1970-х годах. За ними последовали два спутника MARECS, запущенные на ракетах Ariane в 1980-х годах, а третий был потерян в результате неудачного запуска.
Спутники следующего поколения начали запускаться в 1990-х годах с использованием спутниковой платформы Eurostar-1000, произведенного Airbus. Четыре из них, получившие название Inmarsat-2, были запущены на ракетах Delta II и Ariane 4.
С 1996 по 2013 год было запущено девять спутников в составе серий «Inmarsat-3» и «4». Многие из этих спутников используются до сих пор. Эти спутники в основном использовали транспондеры L-диапазона для связи как часть сети ELERA.
Начиная с 2013 года, Inmarsat приступил к запуску своей группы спутников пятого поколения, известной как Inmarsat-5. Вместо использования L-диапазона, как на предыдущем космическом аппарате компании, он использовал транспондеры Ka-диапазона как часть новой группировки широкополосного Интернета под названием Global Xpress (GX). Первые четыре спутника использовали мощную спутниковую платформу Boeing 702.
Пятый и самый последний спутник был запущен на Ariane 5 ECA в 2019 году. Inmarsat-5 F5 использовал спутниковую платформу Spacebus-4000B2. Эти пять спутников обеспечивают глобальное покрытие для обеспечения широкополосного доступа в Интернет. Будущие спутники будут использовать в основном транспондеры Ka-диапазона.
I-6 F1 — первый из двух спутников серии Inmarsat 6 и новейший спутник в постоянно растущем парке спутников Inmarsat. Inmarsat заказал два спутника I-6 у Airbus в 2015 году. I-6 основан на спутниковой платформе Eurostar-3000 для подъема на целевую орбиту на электрической тяге (E3000-EOR).
Впечатление художника об Inmarsat-6 на орбите. (Источник: Airbus / Inmarsat)
Платформа для спутников Eurostar — это основное предложение Airbus для модульных спутников на геостационарной орбите (GEO). Eurostar начала свою деятельность в 1990-х годах со спутников Inmarsat-2. С тех пор платформа Eurostar стала самой надежной платформой без сбоев на орбите.
E3000-EOR — первая спутниковая платформа компании Airbus с полностью электрической силовой установкой. Это позволило Airbus удалить стандартный силовой модуль, чтобы снизить вес любого спутника. Так появилась новая спутниковая платформа Eurostar-NEO, который представляет собой более совершенную версию E3000-EOR.
Уменьшенная масса платформы позволила Inmarsat оснастить его двойной полезной нагрузкой и цифровым процессором нового поколения. Это будет первый случай, когда спутник Inmarsat поддерживает двойную полезную нагрузку. I-6 будет поддерживать транспондеры L-Band и Ka-Band для сетей ELERA и GX.
Для поддержки транспондера L-диапазона на I-6 будет использоваться большая девятиметровая антенна. Новые возможности, добавленные I-6, расширят услуги ELERA для поддержки промышленного Интернета вещей (IIoT), служб безопасности на море и авиации, а также обеспечат поддержку автономных транспортных средств.
Транспондеры Ka-диапазона на I-6 также известны как GX6A. GX6A — это набор из девяти многолучевых антенн, используемых для обеспечения дополнительных мощностей в ключевых областях спроса и роста. Новые возможности будут использоваться, чтобы помочь расширить сеть Inmarsat GX во всем мире. I-6 обеспечит покрытие над Индийским океаном при поддержке наземных станций в Австралии.
В рамках плана по запуску семи спутников к 2024 году I-6 также будет использоваться как часть сети Inmarsat ORCHESTRA. Сеть будет использовать спутники как с GEO, так и с LEO, с высокоэллиптических орбит (HEO), а также с 5G, чтобы обеспечить единую непрерывную глобальную сеть мобильной связи.
Благодаря размерам космического аппарата, двойной полезной нагрузке и электрической силовой установке, спутники I-6 являются одними из крупнейших и наиболее совершенных коммерческих спутников связи из когда-либо запущенных.
I-6 F1 операции перед доставкой. (Источник: Airbus)
На космическом аппарате используются большие двойные солнечные батареи, обеспечивающие электроэнергию. В расширенном состоянии солнечные батареи будут иметь размах в 47 метров, что почти равно размаху крыльев самолета Boeing 767. Две солнечные батареи будут обеспечивать мощность 21 кВт.
Используя электрическую силовую установку, I-6 F1 проработает в GEO не менее 15 лет. Полностью заправленный спутник имеет массу около 5 470 кг.
В конце 2020 года первый космический аппарат I-6 был построен и приступил к предстартовым испытаниям. После завершения испытаний I-6 F1 был загружен одной тонной ксенонового топлива для его электрической двигательной установки. К ноябрю 2021 года была завершена окончательная подготовка, и космический корабль доставили в Космический центр Танегасима на грузовом самолете Ан-124.
Примерно в то же время на Танегасиму прибыли первая и вторая ступени H-IIA F45. Оба были установлены в Vehicle Assembly Building (VAB) на стартовом комплексе Yoshinobu. В начале декабря к ракете H-IIA добавили четыре ускорителя SRB-A.
Спутник был заключен в четырехметровый обтекатель полезной нагрузки также в начале декабря. Из-за размеров спутника между стенкой обтекателя и космическим кораблем остается всего 21 мм. В середине декабря спутник и обтекатель были установлены на вершине второй ступени, завершив ракету H-IIA.
Запуск
Примерно за 18 часов до запуска собранная ракета H-IIA была вывезена на стартовую площадку Pad 1 стартового комплекса Yoshinobu, также известного как Y1. launch site. От VAB до космодрома ~ 500 метров, время в пути ~ 30 минут. Оказавшись на площадке Y1, ракета была подключена к наземным стартовым системам.
После завершения окончательных проверок перед началом загрузки пороха завершается опрос «Go/No-Go». Вскоре после этого начинается окончательный отсчет, а окончательные испытания ракеты-носителя продолжаются до обратного отсчета. Загрузка топлива LH2 и LOX завершается примерно за шесть часов до запуска.
На отметке в один час в обратном отсчете, называемой в японской терминологии часом X-1, начинается последний отсчет времени перед запуском. Последовательность автоматического обратного отсчета запуска начинается с X-4 минут 40 секунд. Вода для системы шумоподавления срабатывает примерно за 35 секунд до запуска.
Двигатель LE-7А загорается за три секунды до пуска. В X-0 четыре SRB-As зажглись, и H-IIA стартовала со спутником I-6 F1.
Запуск H-IIA F44. (Предоставлено: MHI Launch Services)
Через несколько секунд после старта H-IIA начинает маневр по тангажу, чтобы направиться строго на восток к своей геопереходной орбите (GTO).
В момент X + 1 минута 40 секунд четыре SRB отключаются. Затем четыре SRB-A отделяются парами, первая через X + 2 минуты и 5 секунд, а вторая пара через несколько секунд.
Как только ракета достигает космоса, обтекатель полезной нагрузки больше не нужен, и его сбрасывают примерно через четыре минуты полета.
После шести с половиной минут работы уровень топлива на первой ступени истощается, и двигатель LE-7А выключается. Через несколько секунд отделяется вторая ступень и зажигается двигатель LE-5А.
После приблизительно пяти с половиной минут работы вторая ступень достигает начальной парковочной орбиты Земле и выключает двигатель. Оттуда вторая ступень переходит в фазу свободного полета перед своим вторым включением.
Ракета при втором включении выходит на запланированную переходную орбиту. Работа двигателя длится примерно три минуты. После завершения спутник I-6 F1 отделяется от второй ступени. После этого будут развернуты двойные солнечные батареи космического аппарата, и его бортовая силовая установка будет использоваться для вывода спутника на его конечную геостационарную орбиту (GEO).
После выхода на GEO спутник приступит к испытаниям на орбите. После испытаний I-6 присоединится к остальной части спутникового парка Inmarsat в обеспечении глобальной связи.
Будущее Японии и Inmarsat
С приближением 2021 года 2022 год станет важным годом как для Inmarsat, так и для Японии. Япония собирается запустить ракету нового поколения H-III в начале года. Ракета H-III предназначена для замены ракет семейства H-II с целью снижения сложности и стоимости. После запуска I-6 F1 пять ракет H-IIA остаются в эксплуатации до вывода из эксплуатации.
В марте 2021 года первая ракета H-III прошла репетицию с заправкой для проверки систем ракеты. Вскоре после этого ракета была демонтирована перед повторной сборкой в августе 2021 года. В настоящее время ракета проходит окончательную сертификацию двигателя для своего первого испытательного полета . Первый полет H-III выведет на орбиту спутник Advanced Land Observation Satellite (ALOS) -3.
Художественное впечатление от всех спутников Inmarsat Global Xpress на орбите. (Источник: Inmarsat)
После миссии I-6 F1 в 2022 году будет запущено еще три спутника Inmarsat. Во втором квартале 2022 года спутник I-6 F2 будет запущен на борту ракеты SpaceX, при этом ракета-носитель (Falcon 9 или Falcon Heavy) еще не объявлена.
В четвертом квартале 2022 года SpaceX Falcon 9 запустит два спутника Arctic Satellite Broadband
Mission (ASBM), также известный как GX 10A/10B. В партнерстве с Inmarsat и Министерством обороны Норвегии спутники ASBM будут обеспечивать связь с Арктикой. ASBM будет использовать спутниковую платформу Northrop Grumman GEOStar-3. Спутники будут использовать транспондеры Ka- и X-диапазонов с полезной нагрузкой EHF. Falcon 9 выведет два спутника на высокоэллиптические орбиты с периодом обращения 16 часов.
В 2023 и 2024 годах будут запущены спутники Inmarsat седьмого поколения. Созвездие I-7 будет состоять из трех космических аппаратов, также известных как GX 7, 8 и 9. I-7 будет использовать спутниковую платформу Airbus OneSat и будет нести реконфигурируемую полезную нагрузку в Ka-диапазоне.