Космос

Добро пожаловать на сайт космонавтики

РН Ариан.

ARIANE - ЕВРОПЕЙСКИЙ НОСИТЕЛЬ

Более половины запусков коммуникационных спутников на геостационарную орбиту, произведенных во второй половине 90-х, было осуществлено различными модификациями ракеты-носителя Ariane 4. Несмотря на постоянные усилия других пусковых провайдеров потеснить европейский носитель на рынке коммерческих запусков, Arianespace пока не собирается сдавать свои позиции.

Стыковка обтекателя и полезной нагрузки
Тот факт, что с 2000 г. на рынке геостационарных запусков появился Ariane 5, только подтверждает, что сдвинуть нынешнего лидера будет очень и очень непросто. За более чем десятилетнюю эксплуатацию у семейства носителей Ariane сложилась репутация дорогого и надежного носителя, и очень многих операторов устраивает возможность заплатить большие деньги за то, чтобы их аппарат оказался на орбите в нужное время с вероятностью очень близкой к 100%. Однако путь от первых исследовательских ракет до самого надежного носителя занял более 15 лет и сопровождался многочисленными авариями и неудачами.

Европа начала свою космическую программу в середине

60-х годов, когда во всем, что касалось космоса, безраздельно властвовали две сверхдержавы — СССР и США. К этому времени европейские страны тоже начали создавать свое ракетное оружие и делать попытки выхода в космос. В первой половине 60-х Франция начала испытательные запуски своей первой ракеты Veronique с испытательного полигона Колумб Бекар (Columb Bechar) в Алжире.

26 ноября 1965 г. с космодрома Хаммагир (Hammaguira), расположенного в Алжире, носителем Diamant был выведен спутник Asterix-1. Таким образом, Франция стала третьей страной, запустившей искусственный спутник Земли. Asterix-1 был выведен на орбиту французской ракетой-носителем Diamant A.

Diamant A

Пусковые площадки РН Ariane-4
Первая французская ракета-носитель. Было произведено 4 пуска, из них один неудачный (8 февраля 1967 г. при выводе спутника Diademe 1). Первый пуск — 26 ноября 1965 г. Последний — 15 февраля 1967 г. Diamant A имел три ступени (первые две — жидкотопливные, третья — твердотопливная) и был способен вывести 160 кг полезной нагрузки на опорную 200-километровую орбиту.

Запуски Diamant A производились с космодрома Хаммагир. Этот космодром имел 4 пусковых площадки. С него производились пуски баллистических ракет и первых французских ИСЗ. Последний запуск с этого космодрома был осуществлен 15 февраля 1967 г.

В конце 60-х — начале 70-х годов была сделана попытка создать первый европейский носитель. Причем уже тогда подразумевалось, что использование этого носителя будет вестись на коммерческой основе. Эта ракета получила название Europe.

Europe

Пуск Ariane 44LP
Первая европейская ракета-носитель. Первая ступень — МБР Blue Streak (разработка British Aerospace, Великобритания), вторая ступень разработана во Франции, третья — в Германии. Всего было произведено 11 пусков, из них 5 — одноступенчатого варианта (в том числе и по программе испытаний МБР), 2 — в двухступенчатом варианте, 4 — в трехступенчатом варианте. Запуски проводились с космодрома Вумера (Woomera, Австралия). Все запуски двух- и трехступенчатых модификаций были неудачными, поэтому ни одного спутника этим носителем выведено не было. После серии неудач из этого проекта вышла Великобритания, после чего он был прекращен. К тому же уже начиналась разработка носителя Ariane, и было решено все усилия бросить на более перспективный проект. Первый пуск Europe был произведен 5 июня 1964 г., последний — 5 ноября 1971 г. По расчетам носитель должен был выводить 200 кг полезной нагрузки на геосинхронную орбиту.

Неудачи преследовали Europe, но Франция тем временем развивала собственную космическую программу. Космодром Хаммагир в Алжире был демонтирован, и в 1968 г. начались первые пуски экспериментальных ракет с космодрома во Французской Гвиане. Космодром Куру (Kourou) занимает площадь примерно 60 на 20 км и расположен на 5° 18‘ с.ш., 53°з.д. Первый ИСЗ с этого космодрома был запущен в 1970 г. Этот запуск был произведен носителем Diamant B со стартового комплекса ELD.

Diamant B

Пуск Ariane 40
Модернизированный вариант Diamant A. Произведено 9 пусков, из которых 2 были неудачными (5 и 6 декабря 1971 г. при запуске спутников Polaire). Первый пуск произведен 10 марта 1970 г. Последний — 27 сентября 1975 г. Diamant B был способен вывести 160 кг на 200-километровую орбиту.

Еще во время неудачных испытаний носителя Europe было принято решение о создании нового перспективного носителя Ariane. Первые исследовательские работы начались в начале 70-х годов.

В 1975 г. было образовано Европейское Космическое Агентство (ESA — European Space Agency), в задачу которого ставилась организация и поддержка проектов по исследованию космоса. Но одной из самых важных задач, поставленных перед ESA, было продвижение коммерческих космических проектов. Таким образом, Европа еще в 70-х годах взяла курс на то, чтобы получать выгоду от космических технологий. Этим европейская космическая программа отличалась от программ СССР и США, которые были в первую очередь нацелены на оборонные, научные и престижные проекты. Наверное, именно этот коммерческий уклон, принятый Европой в 70-х, и определил то положение, которое сейчас занимает носитель Ariane на мировом рынке.

Членами ESA в 1975 г. стали Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Италия, Нидерланды, Франция, Швейцария и Швеция. Австрия и Норвегия имели статус наблюдателей. С самого начала и по сегодняшний день ведущую роль (в первую очередь по объемам финансирования) играют Франция и Германия. Каждая страна — член ESA сама определяет, в каком проекте и в каком объеме она участвует. Помимо проектов ESA, некоторые страны развивают собственную космическую программу. Однако переплетение связей, которыми "опутаны" предприятия европейской космической индустрии, периодически ставят в тупик даже опытных экспертов, пытающихся определить, какая страна играет ведущую роль в том или ином космическом проекте.

Итак, к концу 70-х новый европейский носитель был готов. 24 декабря 1979 г. носителем Ariane 1 c пускового комплекса ELA-1 космодрома Куру был запущен спутник CAT 1.

Ariane 1

Ariane 4 до стыковки с головной частью Разработан как замена неудачному носителю Europe. Всего произведено 11 пусков, из них 2 неудачных (23 мая 1980 г. при испытательном пуске и 9 сентября 1982 г. при запуске спутника Sirio 2). Первый пуск — 24 декабря 1979 г. Последний — 22 февраля 1986 г. Носитель имел четыре ступени. Первые две работали на топливной паре НДМГ/АТ (несимметричный диметилгидразин и азотный тетроксид, на этой же топливной паре работают двигатели российского носителя "Протон"). Третья — на паре жидкий кислород/жидкий водород. Четвертая — твердотопливная. О массе выводимой полезной нагрузки данных нет, но 19 октября 1983 г. и 5 марта 1984 г. этим носителем были запущены спутники Intelsat 507 и Intelsat 508 по 1928 кг каждый.

Ariane 2/3

Эти модификации отличались от Ariane 1 увеличенной третьей ступенью и возможностью использовать боковые твердотопливные ускорители. Первый пуск был произведен 4 августа 1984 г., на орбиту был выведен спутник Telecom 1A. Всего было произведено 17 запусков, из которых 2 были неудачными (12 сентября 1985 г. при запуске спутника Spacenet F3 и 31 мая 1986 г. при запуске Intelsat 5). В первом случае причиной неудачи был отказ четвертой ступени, в результате чего спутник не смог достичь расчетной орбиты. Причиной второй неудачи стало нештатное срабатывание системы аварийного уничтожения носителя. Последний пуск этого носителя был произведен 12 июля 1989 г., на орбиту был выведен спутник Olympus 1. Этот спутник стал и самым тяжелым аппаратом, запущенным Ariane 2/3, его масса составляла 2595 кг.

Ariane 4

Первая модификация из этого семейства. От предыдущей версии отличается большим размером первой и третьей ступеней. Модификация Ariane 4 (иногда встречается обозначение Ariane 40) используется без навесных боковых ускорителей. Тяги двигателей первой ступени не хватает для того, чтобы оторвать полностью заправленный носитель от стартового стола, поэтому для пуска Ariane 4 топливные баки заправляются частично. Первый пуск был произведен 22 января 1990 г., последний — 24 марта 1998 г., всего было произведено 6 пусков, все были удачными. Грузоподъемность — 2500 кг на геопереходную орбиту.

Ariane 4 состоит из трех ступеней. Первые две ступени работают на топливной паре НДМГ/АТ, третья — на паре жидкий кислород/жидкий водород.

Сейчас Arianespace использует четыре модификации носителя, которые отличаются друг от друга различными комбинациями боковых ускорителей, от количества и конструкции которых зависит грузоподъемность носителя и стоимость запуска.

Ariane 44LP

Носитель Ariane 4 с четырьмя жидкотопливными и 2 твердотопливными ускорителями. Первый пуск был произведен 18 июня 1998 г. По 14 декабря 1999 г. (пуск номер V 100, полезная нагрузка — спутник PAS-7) было произведено 19 пусков, из которых 1 был неудачным. Неудача произошла 24 января 1994 г. при выводе спутника Turksat 1A. Ariane 44LP способен выводить 6600 кг на орбиту высотой 185 км и 4060 кг на геопереходную орбиту.

Ariane 44L

Пуск Ariane 5
Базовый носитель Ariane 4 с четырьмя жидкотопливными боковыми ускорителями. Первый пуск был произведен 5 июня 1989 г. По 21 декабря 1999 г. было произведено 29 пусков, из которых 1 был неудачным (22 февраля 1990 г., спутник BS 2X). Носитель способен вывести на орбиту 185 км полезную нагрузку массой 7700 кг, на геопереходную — 4520 кг. По некоторым данным можно судить, что стоимость запуска Ariane 44L примерно на 17% выше стоимости запуска Ariane 44LP.*

21 декабря 1999 г. этим носителем был поставлен очередной рекорд — на орбиту был выведен самый тяжелый на сегодня коммуникационный спутник. Это был Galaxi IX — первый запущенный спутник, созданный на основе платформы HS-702. Его масса составляла 4500 кг.

Ariane 42P

Базовый носитель Ariane 4 с двумя твердотопливными боковыми ускорителями. Первый пуск был произведен 22 ноября 1990 г. По 12 августа 1999 г. было произведено 11 пусков, из которых 1 был неудачным (1 декабря 1994 г., спутник PAS-3). Грузоподъемность: 4800 кг на орбиту 185 км, 2840 кг на геопереходную орбиту. Стоимость запуска примерно на 28% ниже, чем стоимость запуска Ariane 44LP.

Ariane 44P

Базовый носитель Ariane 4 с четырьмя твердотопливными боковыми ускорителями. Первый пуск был произведен 4 апреля 1991 г. По 25 августа 1998 г. было произведено 12 пусков, из которых не было ни одного неудачного. На орбиту 185 км Ariane 44P выводит полезную нагрузку массой 8300 кг, на геопереходную — 3320 кг. Стоимость пуска примерно идентична стоимости пуска Ariane 44LP.

Для осуществления пусков носителей семейства Ariane 4 на космодроме Куру пришлось создать еще один стартовый комплекс ELA-2, так как комплекс ELA-1 позволял производить пуски только носителей без боковых ускорителей. К тому же один пусковой комплекс не мог удовлетворить растущую потребность в коммерческих запусках. Комплекс ELA-2 вступил в эксплуатацию в 1985 г.

Первые проработки по проекту "Анапе 5" были выполнены в 1982 г. В январе 1985 г. на римском совещании министров стран ESA было решено начать подготовительную работу, а в ноябре 1987 г. на аналогичном совещании в Гааге было принято решение о полномасштабной разработке нового носителя. Решение основывалось на прогнозе увеличения массы геостационарных КА и их количества, который в целом оправдался.

В работах участвовали 12 из 14 стран ESA при максимальном финансовом вкладе Франции - 46.2%. Французский Национальный центр космических исследований был назначен головным подрядчиком по проекту, В промышленности роль "архитектора" проекта досталась компании "Aerospatiale". Всего в работе над "Ариан-5" участвовали 240 компаний. "Критический смотр", окончательно утвердивший проект "Ариан-5", состоялся в феврале 1994 г. Первый пуск из Гвианского космического центра (CSG) был выполнен 4 июня 1996 г.

Проектирование Ariane 5 началось в 1985 г. Предварительные исследования по двигателю "Вулкан" были начаты раньше. Первые огневые испытания "Вулкана" были проведены в июле 1990 г. Первые испытания на полное полетное время с выходом на номинальную тягу были проведены в июне 1991 г. на испытательной базе в Верноне (Vernon), Франция. За восемь лет испытаний и доводок полный ресурс двигателя "Вулкан" был доведен до 125000 с.

Первые испытания в вакууме двигателя верхней ступени Aestus были проведены в конце 1992 г. в Ламполдсхаузене (Lampoldshausen, Германия). Испытания 1994 г. показали, что ресурс двигателя составляет 1000 с.

Первые испытания твердопливного ускорителя были проведены в феврале 1993 г. в Куру, чему предшествовало большое количество предварительных испытаний. По июль 1995 г. было проведено шесть испытаний ускорителей.

Наземные испытания Ariane 5 были закончены после проведения серии из шести огневых испытаний криогенной ступени с июня 1995 г. по январь 1996 г. во Французской Гвиане. В июне 1995 г. была пущена первая серия носителей, состоявшая из 14 изделий.

В состав "Ариан-5" входят два 7-секционных твердотопливных ускорителя EAP, центральный блок EPC (ступень Н155) с кислородно-водородным двигателем и вторая ступень EPS с двигателем на долгохранимых компонентах топлива. Стартовая масса "Ариан-5" - 710-740 тонн, высота с коротким головным обтекателем - 51.49 м (меньше, чем у "Ариан-4"). Основные данные ступеней приведены в таблице.

Центральный блок и ускорители разработаны французской "Aerospatiale". Эта базовая часть носителя используется в любом пуске. Изготовление ЕРС ведется в Ле-Мюро под Парижем, а ускорителей ЕАР- частично в Европе, но в значительной части непосредственно во Французской Гвиане. Твердотопливные двигатели разработаны компанией "Europropulsion", а двигатель центрального блока "Vulkain" - компанией SEP.

"Vulkain" является крупнейшим европейским кислородно-водоро дным двигателем. Двигатель массой 1650 кг развивает тягу от 880 до 1130 кН при давлении в камере сгорания 115 атм.

Ступень	EAP (каждый)	EPC	EPS
Сухая масса, т	39.3	12.2	1.24
Диаметр, м	3.046	5.458	3.96
Длина, м	31.162	30.525	3.356
Масса компонентов топлива, т	237.8	158.1	9.7
Тяга, кН (в вакууме)	6254	1114	29
Длительность работы, сек	130	590	1100

Двигатель состоит из камеры сгорания, турбонасосов водорода и кислорода и газогенератора, работающего на основных компонентах. ТНА кислорода имеет скорость вращения 13610 об/мин и мощность 3.65 МВт. Давление кислорода на выходе 149 атм, расход 228 кг/с. ТНА водорода имеет скорость вращения 34010 об/мин и мощность 12 МВт, подавая компонент под давлением 163.5 атм с расходом 42.6 кг/с. Газогенератор тепловой мощностью 35 МВт выдает газ с температурой 871.2¦С.

ЕАР содержит твердое топливо, в состав которого входит 68% перхлората алюминия (окислитель), 18% алюминиевого порошка и 14% полибутадиенового связующего, залитое в форме 15-лучевой звезды. Сопло с внешним диаметром 2.8 м смонтировано на гибком подшипнике, обеспечивающем отлонение на 6.5¦.

Вторая ступень EPS, отсек системы управления, головной обтекатель и спутник(и) на адаптере(ах) и переходнике составляют головной блок. При пусках на низкую орбиту ступень EPS может отсутствовать. Центральный блок, отсек системы управления и головной обтекатель имеют практически одинаковый диаметр (5.458-5.425 м).

Вторая ступень имеет диаметр 3.96 м и длину 3.3 м и располагается внутри отсека системы управления. Вторая ступень изготавливается германской "Daimler-Benz Aerospace" (DASA). В состав ступени входит двигатель "Aestus" с вытеснительной подачей, который работает на тетраоксиде азота и монометилгидразине. Компоненты топлива хранятся в 4 баках, форма которых образована соединением шара и цилиндра, а гелий для вытеснения компонентов - в двух шар-баллонах под давлением 400 атм.

Отсек системы управления VEB компании "Matra Marconi Space" имеет диаметр 5.46 м, длину 1.56 м и массу 1.46 т. В отсеке находятся два бортовых компьютера и две инерциальные гироплатформы, каждая из которых включает три лазерных гироскопа и 4 акселерометра. Система управления обеспечивает выведение по оптимизированной траектории. Ускорители ЕАР имеют качающиеся сопла для управления по всем трем осям. Качание двигателя "Vulkain" центрального блока обеспечивает управление по тангажу и рысканью. Для управления по крену при работе ступени ЕРС и по трем осям во время работы ступени EPS используется специальная система ориентации SСА. В ее состав входят два бака однокомпонентного топлива - гидразина - и два блока по три управляющих сопла с тягой от 100 до 200 Н, расположенные на внешней поверхности VEB.

Для размещения на РН двух КА используется переходник "Speltra" диаметром 5.375 м и длиной 4.16 или 7.00 м (масса соответственно 704 или 820 кг). Переходники выпускает компания "Dornier", входящая в состав DASA. Один аппарат размещается на адаптере, расположенном под переходником, второй на адаптере на вершине переходника. Масса адаптеров составляет 120-130 кг. Они изготавливаются испанской фирмой САSА или шведской "Saab-Ericsson".

Головной обтекатель "Анапе 5" также спроектирован в двух вариантах - длиной 12.73 или 17.00 м при диаметре 5.425 м. Масса обтекателя составляет соответственно 2.0 или 2.9 тонн. Производство обтекателей осуществляет фирма "Oerikon-Contraves". Под коротким обтекателем имеется место для размещения двух КА диаметром до 4.57 м, причем на нижний приходится 85 м³, а на верхний -115 м³. Длинный обтекатель предназначен для запуска полярной платформы и грузовых пусков по программе МКС.

"Ariane-5'' способна вывести КА массой 18 тонн на низкую околоземную орбиту, а на геопереходную - один аппарат массой 6800 кг или два суммарной массой 5970 кг. "Ariane 5" позволяет запускать два средних или крупных геостационарных спутника в одном пуске, сокращая вдвое затраты в расчете на один аппарат. Один пуск "Ariane 5", по оценкам экспертов, будет стоить около $130 млн.

Дольше всего заняла отработка центрального блока с мощным кислородно-водородным двигателем. Первое огневое испытание двигателя "Vulkain" состоялось в Верноне (Франция) в июле 1990 г., а зачетные (квалификационные) испытания ступени Q1 и Q2 состоялись в СSG только 13 декабря 1995 и 6 января 1996 г. В феврале 1993 г. в CSG было проведено первое огневое испытание усиленного варианта ускорителя ЕАР В1, а 25 июня 1993 г. - первое огневое испытание летного варианта ЕАР М1. Первое длительное испытание опытного экземпляра второй ступени ЕРS на стенде в Лампольдсхаузене состоялось 5 октября 1994 г., а 27 июля 1995г. ступень уже прошла зачетное испытание.

Для подготовки и пуска "Апапе 5" в Куру создан новый комплекс наземных средств, занимающий в общей сложности 21 км . Это площадка ЕLА-3 с зоной пуска ZL, включающей два стартовых стола, Центром управления запуском CDL ¦3, зданиями сборки носителя ВIL и заключительной сборки ВАF и соединяющими их железнодорожными путями. Это зона ускорителей, включающая завод UPG по их производству, здание сборки ускорителей BIP и стенд огневых испытаний ВЕАР. Кислородный и водородный заводы являются общими для носителей "Ariane 4" и "Ariane 5". Наконец, это комплекс подготовки полезных грузов ЕРCU, расположенный частично в техническом центре Куру и частично - ближе к старту.

Пуски "Ariane 5" осуществляет французский CNES. Старт безлюдный: за 5 часов до пуска персонал эвакуируется со стартового стола, и все управление ведется из CDL ¦3. Для контроля и обеспечения полета используются центр управления "Jupiter 2", полигонные радиолокационные и телеметрические станции "Bretange" в Куру (гора Пэре) и вблизи Кайенны (гора Монтабо), два радиолокатора "Adour" и метеостанция, а также радиолокационная и телеметрическая станция в Натале (Бразилия) и телеметрические станции на о-ве Вознесения (Британия) и в странах Африки - Либревилль (Габон), Малинди (Кения) и Хартебеестхук (ЮАР).

Как и на американском шаттле, двигатель "Vulkain" запускается за 7 секунд до старта (именно этот момент обозначается Н0 и используется для "привязки" всех остальных событий). Старт происходит с включением ускорителей. При первых испытательных пусках, а также два раза в год в период штатной эксплуатации, ускорители, приводнившеся на парашютах в Атлантическом океане в 400 км от места старта, с помощью специального судна будут возвращаться в Порт-Куру и в космический центр для инспекции. Сопла ускорителей и некоторые другие детали будут отправляться в Европу для детального исследования.

Грузоподъемность "Ariane 5" для основных орбит
Наименование	Параметры	Масса ПГ
GТО (геопереходная)	7¦, 580х35786 км	6800/5970 кг
SSO (солнечно-синхронная)	98.6¦, 800 км	10000 кг
LЕО (низкая)	28.5¦, 500 км	18000кг
LЕТО (низкая переходная)	51.6¦. 70х300 км	18500кг

Первый полет Ariane 5 (L501/V88) состоялся 4 июня 1996 г с космодрома Куру во Франзузской Гвиане 21.10.1998 (13:37:21 по местному времени). Полет закончился неудачей на 37 секунде. Причиной был сбой в программном обеспечении системы управления. Потеря управления и ориентации привела к тому, что была задействована система аварийного уничтожения носителя. Программное обеспечение было исправлено. Было решено добавить в испытательную программу третий полет.

Второй полет (L502/V101) позволил провести полную оценку работы всех систем носителя на протяжении работы всех ступеней. Вращение в пограничном слое выхлопа двигателя "Вулкан" индуцировало сильное движение кручения во внутренней (главной) ступени после отделения ускорителей. Это кручение не могло быть скомпенсировано системой стабилизации положения в пространстве и послужило причиной преждевременного выключения двигательной установки главной ступени. Двигательная установка верхней ступени выработала полностью весь запас топлива, однако это не могло компенсировать снижение полетных характеристик, и полезная нагрузка была выведена на более низкую нерасчетную переходную орбиту. Явление, послужившее причиной появления кручения, было исследовано, смоделировано и ликвидировано после проведения серии наземных испытаний.

Третий полет (L503/V112). В этом полете двигатель "Вулкан" был модифицирован для устранения кручения, послужившего причиной неудачи предыдущего полета. 28 октября 1998 г. Ariane 5 отработал полностью. Была продемонстрирована возможность одновременного вывода двух типов полезной нагрузки — на низкую орбиту и на высокую. Исследовательский спутник, принадлежащий ESA — Atmospherioc Reentry Demonstrator, был отделен на суборбитальном участке полета. Другая нагрузка — макет коммуникационного спутника — была выведена на ГСО.

Четвертый полет был произведен 10 декабря 1999 г. Это был первый коммерческий запуск нового европейского носителя. На высокоэллиптическую орбиту был выведен научный спутник XMM, принадлежащий ESA. Масса спутника — 4000 кг. Запуск неоднократно откладывался — каждый раз оказывалось необходимым проведение добавочных наземных испытаний.

После осуществления удачного запуска, Arianespace было сразу объявлено, что начинается широкая эксплуатация Ariane 5. На 2000 г. было заявлено 5 пусков РН, которыми будут выведены 18 спутников.

Если посмотреть на статистические данные, то можно увидеть, что все заявления о лидирующем положении Arianespace — не голословные утверждения. Интересен и тот факт, что именно с появлением носителей Ariane 4 компания вышла на уровень 10-11 пусков в год. Как изменит эту ситуацию появление Ariane 5, пока предсказать трудно. Но ввиду того, что предполагается постепенно выводить Ariane 4 из эксплуатации, а Ariane 5 модернизировать в сторону повышения грузоподъемности, можно предположить, что количество пусков останется неизменным, а число выведенных спутников будет возрастать.

Земля-Космос