Автор Сойер Розенштейн, 3 января 2024 г.
Первоисточник
Первая ракета ULA Vulcan собирается внутри комплекса вертикальной интеграции. Предоставлено ULA
United Launch Alliance (ULA) готовится к первому полету своей новой ракеты Vulcan с космического стартового комплекса (SLC) 41 на базе Space Force на мысе Канаверал во Флориде. В настоящее время старт запланирован на 8 января 2024 года, в 2:18 по восточному времени (07:18 UTC).
На борту ракеты во время первого полета будет лунный спускаемый аппарат Astrobotic Peregrine, являющийся частью инициативы НАСА по коммерческому обслуживанию лунной полезной нагрузки (CLPS) и программы Artemis.
Vulcan Centaur заменит ракеты семейства Delta IV, которым остается совершить один полет в 2024 году, и рабочую лошадку ULA Atlas V, все оставшиеся ракеты которой были приобретены заказчиками и закреплены за ними.
Это будет первая новая ракета-носитель ULA в ее парке с момента основания компании в 2006 году.
Высота ракеты Vulcan составляет 61,6 метра (202 фута) при постоянном диаметре 5,4 метра (18 футов). Компания предлагает два обтекателя полезной нагрузки разной длины, то же самое она сделала и с Atlas V. К ним относятся 15,5-метровый (51 фут) «короткий» обтекатель и 21,3-метровый (70 футов) «длинный» обтекатель. В этом полете будет использоваться короткий обтекатель.
Первая ступень Vulcan поднята в здание вертикальной интеграции (VIF) для обработки. (Предоставлено ULA)
Разгонный блок первой ступени корабля изготовлен из алюминиевых орторешетных баков, вмещающих более 450 тонн жидкого кислорода и сжиженного природного газа, последний из которых представляет собой почти чистый жидкий метан. Это первый летательный аппарат ULA на основе топливной пары methalox - или транспортное средство, использующее жидкий кислород в качестве окислителя и метан, в данном случае природный газ, в качестве топлива.
Ступень оснащена двумя двигателями BE-4, разработанными Blue Origin. Каждый двигатель выдает 2,45 меганьютоны (550 000 фунтов) тяги на уровне моря. Дополнительная тяга обеспечивается за счет использования твердотопливных ракетных ускорителей (SRB) GEM 63XL производства Northrop Grumman Space Systems. Vulcan доступен с нулевым, двумя, четырьмя или шестью SRB. В первом полете Vulcan будут задействованы два установленных SRB.
Ускорители GEM-63XL изготовлены из графитово-эпоксидного композита с предварительно сформованным профилем дроссельной заслонки в гранулах топлива. При высоте 21,8 метра (71,8 фута) каждый ускоритель обеспечивает максимальную вакуумную тягу в 2,04 меганьютона (460 000 фунтов).
Твердотопливный ракетный ускоритель GEM 63XL установлен на первой ступени Vulcan. (Фото: ULA)
После исчерпания SRB и первой ступени полет продолжит вторая ступень Centaur V. Хотя Centaur уходит корнями в 1958 год, Vulcan знаменует собой первую переработку полностью криогенного Centaur с 2002 года.
Centaur V, который будет летать на Vulcan, сравнивается с Centaur III от Atlas V. (Предоставлено ULA)
Centaur V диаметром 5,4 метра (18 футов), работающий на жидком водороде и кислороде, оснащен двумя двигателями RL-10 от Aerojet Rocketdyne. Ступень способна к многократным повторным включениям, максимальная тяга составляет 213,5 килоньютонов (48 000 фунтов).
Во время испытаний на загрузку топлива и повышение давления в баках в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА 29 марта 2023 года испытательный элемент разгонного блока Centaur V был разрушен из-за утечки водорода.
Другой разгонный блок Centaur, который на тот момент был подготовлен к первому запуску Vulcan и был готов к полету на борту, был отправлен обратно на производственное предприятие компании в Декейтере, штат Алабама, после взрыва.
По словам генерального директора ULA Тори Бруно, в верхней части купола резервуара образовалась утечка, в результате которой водород в течение четырех с половиной минут выбрасывался в замкнутое пространство. Бруно говорит, что затем был обнаружен источник воспламенения, вызвавший большой огненный шар.
Для укрепления этой области было добавлено дополнительное кольцо из нержавеющей стали. Чтобы помочь продвижению кампании по запуску, Centaur V, запланированный к третьему полету Vulcan, вместо этого был модифицирован и отправлен на стартовую площадку, где он полетит первым рейсом.
Кампания по запуску Vulcan
В 2015 году ULA объявила о своих планах постепенно представить новую ракету-носитель, которую мы теперь знаем как Vulcan. Позже в том же году компания объявила, что откажется от двигателей российского производства РД-180, используемых на борту Atlas вместо BE-4, которые были предназначены для сжигания жидкого метана и кислорода.
Двигатель BE-4 во время подготовки к полету. (Фото: ULA)
Первоначальный проект второй ступени заключался в использовании текущего Centaur III, а затем в обновлении до гораздо более крупной и мощной Advanced Cryogenic Evolved Stage (ACES). Концепция ACES в конечном итоге была отложена, и в 2017 году компания решила вместо нее создать единую вторую ступень, включив элементы конструкции как Centaur III, так и ACES.
В 2019 году было объявлено, что первый полет с Peregrine в качестве полезной нагрузки состоится не ранее июля 2021 года.
В декабре 2020 года ULA заявила, что двигатели BE-4 для полета не будут поставлены до середины 2021 года, что еще больше задерживает полет. Затем Astrobotic объявила, что ей потребуется больше времени для работы над транспортным средством из-за пандемии COVID-19, отложив запуск на 2022 год, прежде чем перенести его на 2023 год.
ULA также ожидала проверки двигателя первой ступени, который, по данным Управления государственной отчетности, испытывал технические трудности.
Первая ступень была доставлена на SLC-41 в начале 2021 года для проведения первого этапа криогенных испытаний. После дополнительных испытаний ракета-носитель Vulcan для первого полета была установлена на площадку в июне 2023 года для шестисекундного «включения готовности к полету» двигателей BE-4.
Аппарат был возвращен в здание вертикальной интеграции (VIF), где в ноябре 2023 года он был интегрирован с разгонным блоком Centaur.
В декабре 2023 года машина попыталась провести генеральную репетицию с полной заправкой (WDR), однако Бруно отметил, что утечка со стороны земли помешала завершению испытаний, заявив, что он хотел бы увидеть полную проверку WDR перед первым полетом. Этот полный WDR был успешно завершен всего несколько дней спустя.
Обтекатель полезной нагрузки Vulcan с уже находящимися внутри полезными грузами установлен на ракете. (Фото: ULA)
Наконец, полезная нагрузка была интегрирована с ракетой-носителем 20 декабря 2023 года, что ознаменовало собой первый полностью готовый к полету Vulcan Centaur.
Миссия номер один «Сапсан» от Astrobotic станет одним из первых американских аппаратов, высадившихся на Луну после «Аполлона-17» в декабре 1972 года.
Компания Astrobotic является одним из 14 подрядчиков CLPS. Цель - провести научные эксперименты, чтобы лучше понять Луну до высадки первых астронавтов программы Artemis на Artemis III.
Посадочный модуль «Сапсан» перед герметизацией внутри обтекателя. Фото: ULA
Посадочный модуль Peregrine после запуска на борту Vulcan должен приземлиться в феврале 2024 года на лунном объекте под названием Sinus Viscositatis, недалеко от самого большого темного пятна на ближней стороне Луны. Место было выбрано потому, что НАСА называет его «геологической загадкой». Этот район, область маре, образованная базальтовым потоком лавы, находится сразу за куполами Грюйтхейзен, или рядом больших куполов, которые не являются базальтовыми.
«Предполагается, что купола были сформированы липкой магмой, богатой кремнеземом, похожей по составу на гранит», - говорится в пресс-релизе НАСА. «На Земле для образования подобных образований требуется значительное содержание воды и тектоника плит, но без этих ключевых компонентов на Луне лунным ученым остается только гадать, как эти купола формировались и эволюционировали с течением времени».
Изображение куполов Груйтхейзена на месте посадки "Перегрина", видимое с лунного разведывательного орбитального аппарата. (Фото: НАСА / GSFC / Университет штата Аризона)
На борту спускаемого аппарата будут находиться пять полезных грузов НАСА, предназначенных для сбора данных о возможных молекулах воды под поверхностью, на поверхности и в экзосфере Луны. Дополнительные эксперименты на борту позволят изучить, как солнечное излучение взаимодействует с поверхностью Луны, чтобы подготовиться к прибытию людей.
Это будет сделано с помощью различных спектрометров для сбора данных. Кроме того, на поверхности будет установлена лазерная матрица световозвращателей. Подобно отражателям, оставленным на поверхности Луны экипажами «Аполлона», эта коллекция из восьми световозвращателей позволяет определять лазерную дальность.
Затем отражения можно будет использовать для измерения расстояния в качестве постоянного маркера на Луне. Всего спускаемый аппарат будет нести 20 различных полезных грузов.
Полезная нагрузка лазерной световозвращающей решетки. (Фото: NASA / GSFC)
Вспомогательная полезная нагрузка является частью космических полетов Celestis Memorial. Миссия deep Space Voyager известна как полет Enterprise.
Это включает в себя капсулу, которая после выпуска отправится в межпланетное пространство. Согласно Celestis, это включает в себя «... специально изготовленные индивидуальные летные капсулы с надписями, содержащие кремированные останки, полный геном человека, индивидуальные образцы ДНК, а также имена и послания доброжелателей со всего мира».
В «экипаж» входят создатель «Звездного пути» Джин Родденберри и его жена Маджел, ДНК их сына Юджина «Рода» Родденберри, Джеймс Духан, ДеФорест Келли, Нишель Николс и ДНК ее сына Кайла Джонсона.
Циклограмма старта Vulcan
Конфигурация Vulcan для этого запуска известна как VC2S. Буква V означает Vulcan, а C - Centaur. 2 - это количество SRB, а S - длина обтекателя полезной нагрузки, что означает, что при этом будет использоваться короткая длина обтекателя в отличие от длинного обтекателя, который будет обозначаться буквой L.
Первым важным этапом будет загрузка топлива, которое включает в себя сжиженный природный газ и жидкий кислород для первой ступени и жидкий водород и жидкий кислород для второй ступени. Что касается этого первого полета, ULA не разглашает точных сроков и процедур, как это будет происходить.
Описание полета для миссии Cert-1. (Предоставлено ULA)
Через T-5 секунд включаются двигатели BE-4, за которыми следует взлет через T + 1 секунду перед началом маневра по тангажу.
После прохождения max-Q, или максимальной аэродинамической нагрузки на транспортное средство при T + 1 минута 16 секунд, SRB завершат свою часть полета. В T + 1:50 SRB будут сброшены за борт. Первая ступень будет продолжать работать до T + 4:59, после чего произойдет отключение разгонного двигателя, или BECO. Пять секунд спустя за этим следует разделение первой и второй ступеней.
Аппарат останавливается еще на десять секунд, прежде чем запустить маршевые двигатели Centaur при T + 5 минута 15 секунд. Затем следует отделение обтекателя полезной нагрузки в T + 5:23, что позволяет вывести полезную нагрузку в космос.
Centaur продолжит запуск до первого отключения маршевого двигателя при T + 15 минут 45 секунд.
Начинается пассивная фаза полета о T + 43 минуты 35 секунд, когда Centaur возобновит работу на 4 минуты и 2 секунды для второго горения.
В T + 50:26 посадочный модуль Peregrine, который, как ожидается, будет находиться на высоте 490 километров и наклонении 30,03 градуса, отделится.
В T + 1:18:23 происходит последнее 20-секундное возгорание Centaur, которое, вероятно, приведет к уничтожению ступени и удалению Peregrine. Официальное завершение миссии ожидается в T +4:24:44.