Atlas-Centaur

Atlas-Centaur

Запуск Atlas-Centaur Surveyor 1 (1966)
Функция	Расходуемая система запуска
Производитель	Подразделение Convair. General Dynamics
Страна происхождения	США
История запусков
Статус	На пенсии
Стартовые площадки	Мыс Канаверал, LC-36
Всего запусков	197
Успешно	181
Отказ (-ы)	13
Частичный (-ые) отказ (-ы)	3
Первый полет	8 мая 1962 г.
Последний полет	31 августа 2004 г.

Атлас -Centaur - американская ракета-носитель одноразового использования, созданная на основе ракеты SM-65 Atlas D. Пуски производились с Стартового комплекса 36 на станции ВВС на мысе Канаверал во Флориде.

Содержание

• 1 Ранняя разработка
  • 1.1 Технические
  • 1.2 Программа
• 2 Полеты на НИОКР
  • 2.1 Первый полет
    • 2.1.1 Отказ
    • 2.1.2 Расследование
  • 2.2 Второй полет
  • 2.3 Третий полет
  • 2.4 Четвертый полет
  • 2.5 Пятый полет
    • 2.5.1 Отказ
    • 2.5.2 Расследование
• 3 Последующие полеты
• 4 Оперативные запуски
  • 4.1 Отказ AC-33
  • 4.2 Отказ AC-43
  • 4.3 Отказ AC-67
• 5 Вариантов
• 6 Ссылки

Ранняя разработка

Convair, производитель Атласа, разработал верхняя ступень Centaur специально для этого ускорителя, разделяющая структуру его резервуара со стабилизированным давлением.

Technical

Centaur была первой ступенью ракеты, которая использовала жидкий водород (LH2) и жидкий кислород (LOX) в качестве топлива. Несмотря на высокие характеристики, LH2 приходилось охлаждать при чрезвычайно низких температурах (ниже, чем LOX), а его низкая плотность означала необходимость больших топливных баков.

Первой попыткой использования двигателя на LH2 / LOX была сверхсекретная программа ВВС Lockheed CL-400 Suntan в середине 1950-х годов. Прогресс, достигнутый во время прерванного проекта, был подхвачен Convair и другими для использования на ступенях ракеты. Первоначально Centaur задумывался как чисто экспериментальный проект по разработке опыта для более крупных и мощных ступеней ракеты, чтобы не отвлекать внимание Convair на важнейшую ракетную программу SM-65 Atlas.

Convair разработала специально улучшенную версию машины Atlas D для стыковки со ступенями Centaur; Атлас был оснащен усиленной силовой установкой МА-5 с двумя турбонасосами на каждом бустерном двигателе и усиленной конструкцией большой верхней ступени, а также удлиненными топливными баками. Разработка Centaur была несколько затруднена из-за того, что требовалось модифицировать компоненты Atlas, а не разрабатывать совершенно новые. Это было сделано из соображений времени и бюджета, а также потому, что это позволяло производить Centaur на существующей сборочной линии Atlas в Convair. Двигатели производились Pratt and Whitney. Интеграция двух аппаратов вызвала значительные трудности, особенно потому, что Atlas-Centaur будет почти на 30% длиннее, чем межконтинентальная баллистическая ракета Atlas, и возникли сомнения в ее аэродинамической устойчивости в полете.

Программа

Хотя Первоначально под наблюдением ARPA «Кентавр» был передан НАСА в июле 1959 года, через одиннадцать месяцев после начала программы. Тем не менее, ВВС сохранили общий контроль отчасти потому, что они намеревались использовать Centaur для запуска сети военных спутников связи, известной как ADVENT. Созвездие из десяти спутников обеспечит круглосуточную мгновенную связь для трех основных родов войск США. Первые три будут запущены с «Атлас-Агена», а остальные - с «Кентавра». ADVENT так и не сошел с чертежной доски, но Centaur быстро нашел применение для нескольких проектов планетарных зондов НАСА, а именно Mariner и Surveyor.

. Первоначальная нехватка средств заставила проект затянуться на гораздо более длительный срок. чем предполагалось. Согласно первоначальному расписанию «Кентавр» должен был совершить свой первый полет в январе 1961 года. В апреле директор НАСА по лунным и планетным программам Оран Никс высказал предположение, что, возможно, потребуется использовать Atlas-Agena для Mariner. В апреле 1962 года, за месяц до первого испытательного запуска Centaur, выяснилось, что грузоподъемность ступени ракеты была примерно на 400 фунтов меньше, чем предполагалось, а это означало, что Surveyor не сможет провести столько экспериментов, как планировалось изначально.

НИОКР полеты

Первый полет

В октябре 1961 года первый Atlas-Centaur (автомобиль Flight-1: Atlas 104D и Centaur F-1) прибыл на мыс Канаверал и был установлен на недавно построенном и специально построенный LC-36A. Технические проблемы привели к тому, что аппарат простоял на стартовой площадке в течение семи месяцев, наиболее серьезной из которых была утечка жидкого водорода через промежуточную переборку, разделяющую топливные баки, в сочетании с многочисленными менее серьезными проблемами с системами наведения и двигательной установки.

Неудача

Машина была спущена на воду 8 мая 1962 года с намерением произвести единичный поджог частично заправленным топливом «Кентавр». В момент времени T + 53 секунды сцена «Кентавр» разорвалась и распалась, забрав с собой Атлас за считанные секунды.

Сначала было неясно, что стало причиной сбоя, так как запись с камеры слежения просто показала большое белое облако, окутывающее ракету-носитель, за которым последовал взрыв всей ракеты-носителя. Первоначальные предположения заключались в том, что у Atlas произошел отказ танка LOX, либо из-за проблемы с повышением давления, разрыва танка из-за разлетающихся обломков, либо из-за изгиба конструкции / аэродинамических проблем, вызванных недоказанной комбинацией Atlas-Centaur, и действительно, было несколько предыдущих случаев эти режимы отказа на запусках Атласа. Скотт Карпентер до полета на Меркурии оставался всего в нескольких днях, и если сбой был вызван Атласом, это могло означать значительные задержки для этой миссии, в которой использовался аналогичный Атлас. D производный бустер Atlas LV-3B. Однако анализ данных телеметрии и более тщательное изучение фильмов о запуске быстро подтвердили, что «Кентавр» является источником проблем.

Причиной отказа была изоляционная панель, оторвавшаяся от «Кентавра» во время всплытия, что привело к скачку давления в баллоне при перегреве LH2. Пневматическая система отреагировала выпуском топлива, чтобы снизить уровни давления, но в конечном итоге они превысили конструктивную прочность бака LH2. Затем он разорвался, в результате чего летающие обломки также разорвали танк LOX Атласа, за которым последовало полное разрушение ракеты-носителя. Панель должна была сбрасываться на высоте 80 км, когда воздух был разреженным, но механизм, удерживающий ее на месте, был разработан неадекватно, что привело к преждевременному отделению. Изоляционные панели уже подозревались во время разработки Centaur как потенциальная проблемная зона, и возможность разрыва резервуара LH2 рассматривалась как сценарий отказа. Испытания были приостановлены, пока были предприняты усилия по исправлению недостатков конструкции «Кентавра».

Расследование

Расследование Конгресса в июне 1962 г. назвало общее руководство программой «Кентавр» «слабым», и Вернер фон Браун рекомендовал отменить его в пользу Saturn I с разгонным блоком Agena для планетарных миссий. Комитет Конгресса возглавил представитель Джозеф Карт (штат Миннесота), который выразил мнение, что Centaur был бесполезным проектом.

Кроме того, производственная сцена Centaur имела меньшую грузоподъемность, чем изначально планировалось, что привело к отмене ARPA Project Advent. НАСА передало разработку Centaur из MSFC в Исследовательский центр Льюиса в Огайо, где команда, возглавляемая Эйбом Сильверстейном, работала над исправлением проблем с изоляционной панелью и различных других недостатков конструкции.

В ноябре 1962 года президент Кеннеди предложил полностью отказаться от «Кентавра», но от него отказались на том основании, что опыт, накопленный с жидкостными ракетными двигателями, был жизненно важен для успеха программы «Аполлон». Вдобавок фон Браун предложил исключить Сатурн-Агену из соображений стоимости - Сатурн был слишком дорог, чтобы оправдывать его использование в качестве ракеты-носителя для небольших беспилотных зондов. Аджена оказалась кошмаром надежности как для программ ВВС, так и для НАСА.

К концу 1964 года планировалось завершить восемь испытательных миссий Атлас-Кентавр, за которыми последует первая программа Surveyor запускать. «Кентавр» был повышен до высокоприоритетного проекта из-за его прямого отношения к «Аполлону».

Между тем, министерство обороны остановилось на семействе Титанов для его запуска в тяжелых условиях, и поэтому «Атлас-Кентавр» останется гражданская ракета-носитель, используемая НАСА для запуска научных и коммерческих грузов. Конфликт между ВВС, которые в первую очередь контролировали Атлас, и НАСА также существовал, поскольку этап Кентавра требовал различных модификаций базового Атласа. К 1962 году ВВС считали Атлас полностью разработанным и действующим и были против любых дальнейших существенных изменений в нем, которые потенциально могли поставить под угрозу программу межконтинентальных баллистических ракет. Спор был в конечном итоге разрешен НАСА, согласившимся приобрести стандартные машины Atlas D, которые можно было модифицировать для запусков Centaur. Однако, когда программа межконтинентальных баллистических ракет Atlas завершилась в 1965 году, Convair заменила все предыдущие варианты стандартизированной ракетой-носителем для всех космических запусков.

Второй полет

Более чем через год, 27 ноября. 1963 год, 18:57 по Гринвичу, AC-2 произошел через пять дней после убийства президента Кеннеди. Модернизированная сцена «Кентавр» работала без каких-либо проблем и выполнила один проход на геостационарную переходную орбиту (орбита 474 x 1586 км, наклон 30,4 ° и период 105,8 минут), на которой она останется в 2020 году. Изоляционные панели были постоянно прикреплены к стадии, так как проблема выброса так и не решена. Данные о вибрации доказали, что панели были бы преждевременно отсоединены, если бы они не были закреплены болтами. Окончательное решение проблемы панели добавило к Centaur больше сухой массы, что еще больше снизило его полезную нагрузку. Эта ракета-носитель Атлас-Кентавр 2 использовалась для испытаний характеристик и структурной целостности. Он нес полезную нагрузку 4620,8 кг и оснащен 907,2 кг датчиков, оборудования и телеметрии.

Третий полет

Полет АС-3 был запущен 30 июня 1964 года с полезной нагрузкой 4815 кг. В течение первой минуты полета у Атласа двигатель работал немного с повышенным содержанием LOX, но это не повлияло на общие характеристики. Впервые испытаны отводы изоляционной панели и кожуха полезной нагрузки. После включения Centaur и запуска двигателя двигатель номер два (C-2) начал терять контроль по крену. Двигатель C-1 смог компенсировать время, но Centaur в конце концов потерял управление и начал кувыркаться. Преждевременное отключение двигателя из-за нехватки топлива произошло в момент T + 496 секунд, и «Кентавр» упал в Южной Атлантике. Послеполетное расследование показало, что неисправность связана с отказом гидравлического карданного привода двигателя С-2.

Четвертый полет

Полет АС-4 был запущен 11 декабря 1964 года в 14:24 по Гринвичу. полезная нагрузка 2993 кг (несла массовую модель космического корабля Surveyor). После двух попыток очистки из-за плохой погоды он провел испытания силовой установки и разделения ступеней. Впервые система наведения работала по замкнутому контуру, и была предпринята попытка восстановить кожух полезной нагрузки, который был оборудован воздушным шаром, предназначенным для выпуска зеленой маркерной краски в океан. Кожух был замечен спасательными бригадами, но затонул в океане и не мог быть обнаружен. Фаза полета Атласа и начальная фаза полета Кентавра прошли без происшествий. Миссия пошла наперекосяк, когда «Кентавр» не удалось перезапустить из-за непродуманной модификации конструкции - ракеты с незаполненным объемом были уменьшены в размерах для экономии веса, однако их оказалось недостаточно для оседания пороха в баках. Впоследствии выброс водорода привел к тому, что автомобиль потерял управление. После десяти витков "Кентавр" снова вошел в зону южной части Тихого океана 12 декабря 1964 года.

Пятый полет

Полет AC-5 (Atlas-C # 156D) 2 марта 1965 года в 13: 25 GMT от мыса Кеннеди на высокоэллиптической орбите с полезной нагрузкой (Surveyor SD-1) 951 кг предназначалось только для однократного выстрела Centaur C, и официальные лица программы чувствовали себя уверенно. Эта миссия была разработана, чтобы отрепетировать полный ожог верхней ступени Centaur в поддержку программы лунного посадочного модуля Surveyor. При номинальном задании «Кентавр» будет увеличивать полезную нагрузку по прямой траектории восхождения к Луне. В этом испытательном полете НАСА планировало доставить полезную нагрузку, нефункциональную динамическую модель, известную как SD-1, на орбиту размером 167 × 926 625 км, которая имитировала траекторию перехода на Луну.

Отказ

Разгонные двигатели отключились менее чем через 2 секунды после старта, и ракета упала на LC-36A и взорвалась после того, как неисправный клапан, который неправильно закрылся, заставил оба главных двигателя Атласа сработать. неисправность. Тем не менее, это был также первый Atlas-Centaur, оснащенный форсированными двигателями MA-5 тягой 165000 фунтов после предыдущих испытаний на двух рейсах Atlas-Agena. Повреждение LC-36A было не таким серьезным, как казалось, и ремонт был в основном завершен за три месяца, но завершение LC-36B также было ускорено. Большинство повреждений были тепловыми, а не структурными, а верхняя часть шлангокабеля, которая находилась в центре взрыва LH2, была подвергнута воздействию температур 3315 ° C. Авария ознаменовала собой первый отказ ракеты-носителя Atlas при космическом запуске с момента запуска Midas 8 в июне 1963 года, новый рекорд за время 26 последовательных полетов с неисправностями только верхних ступеней или полезной нагрузки. Это будет последний взрыв на площадке мыса Канаверал до 2016 года (предполетная авария SpaceX Falcon 9 ).

Послеполетное расследование изучило несколько возможных причин остановки двигателя ускорителя, при этом внимание быстро сосредоточилось на закрытии топливного клапана ускорителя. Было обнаружено, что топливопровод бустера низкого давления разрушился из-за внезапной потери потока топлива, но не разорвался. Расследование пришло к выводу, что топливный клапан открылся только частично, и потока топлива было достаточно, чтобы закрыть их, что привело к неработающему двигателю РП-1 и остановке с высоким содержанием LOX. Запуск двигателя происходил нормально, и все системы ускорителей работали нормально до закрытия клапана, все другие системы ракеты-носителя работали нормально до этого момента. Стендовые испытания подтвердили, что существует несколько возможных причин, по которым клапан открывается только частично, хотя точная причина не установлена. Этот режим сбоя никогда не возникал в 240 запусках Atlas до AC-5, несмотря на то, что всегда был возможен.

Пока не было найдено более долговременное решение, для Atlas-Agena, оснастив клапан ручной блокировкой, которая будет включена во время предпускового обратного отсчета. Кроме того, не связанная с этим системная неисправность в AC-5 была обнаружена, когда проверка данных телеметрии показала, что в компьютере наведения произошел сбой питания. В качестве временного исправления для Atlas-Centaur AC-6, 7 и 8 несколько неиспользуемых компонентов были удалены из компьютера, чтобы уменьшить сложность системы и уменьшить количество точек отказа.

Исследование

Сбой AC-5 привело к еще одному расследованию Конгресса, которое снова возглавил член палаты представителей Джозеф Карт, который утверждал, что $ 600 миллионов денег налогоплательщиков было потрачено на Centaur до сих пор, мало что можно было показать, и что Convair пользуется преимуществом того, что является единственным поставщиком машины Атлас-Кентавр. Комитет предложил, чтобы НАСА рассмотрело альтернативные варианты программы планетарных зондов, такие как Titan IIIC, или поручило производство Centaur другим подрядчикам. Однако представители НАСА утверждали, что это невозможно, поскольку ни у одной другой аэрокосмической компании не было опыта или технических возможностей для производства баллонов-шаров Кентавра.

Более поздние полеты

Пусковая площадка LC-36B была поспешно введена в эксплуатацию 11 августа 1965 года был запущен полностью успешный AC-6. Хотя «Кентавр» казался готовым к полету, программа Surveyor была отложена. Транспортные средства AC-7 и AC-10 были предназначены для первых миссий Surveyor, с AC-8 для проведения еще одного испытания, которое состоялось 7 апреля 1966 года в 08:01 по Гринвичу с полезной нагрузкой 784,7 кг. Незаполненные двигатели «Кентавра» снова вышли из строя, потому что у них не было достаточно топлива для миссии. Он распадается 5 мая 1966 года. Было запущено семь зондов Surveyor, все на Atlas-Centaur.

Начиная с AC-13 (Surveyor 5 ), машины Atlas-Centaur перешли на стандартизированный SLV -3 Ядро Atlas.

Оперативные запуски

Первоначально в качестве первой ступени использовался модифицированный Atlas D с обозначением LV-3C. Он был быстро заменен SLV-3C, и позже SLV-3D, оба производные от стандартной ракеты Atlas SLV-3. В двух космических полетах с космическими зондами Pioneer 10 и Pioneer 11 к Юпитеру, Сатурну и выходу из Солнечной системы использовалась последняя ступень твердотопливного топлива со стабилизированным вращением "Star-37E" массой 2473 фунтов и увеличивая скорость космического корабля на 8000 миль в час.

После вывода из эксплуатации ступени Аджена в 1978 году все атласы, запущенные с этого момента, были спарены с кентаврами, за исключением нескольких военных полетов с участием списанных Atlas E / Ракеты F.

Первоначально спроектированные и построенные подразделением Convair компании General Dynamics в Сан-Диего, Калифорния, производство Atlas-Centaur в Convair закончилось в 1995 году, но было возобновлено в Lockheed-Martin в Колорадо. Список идентификационных номеров Atlas-Centaur начался с AC-1, запущенного 8 мая 1962 года, и закончился последним Atlas III (Centaur), AC-206, запущенным 3 февраля 2005 года.

Атлас-Кентавр с двигателем Rocketdyne иногда называют двухступенчатой ​​ракетой-носителем, потому что на первой ступени Атласа (в большинстве случаев) был сброшен двухкамерный ускорительный двигатель до завершения сжигания первой ступени. Atlas-Centaur с первой ступенью с двигателем Rocketdyne использовался для 167 запусков в период с 1962 по 2004 год, к тому времени они были заменены Atlas V с новой первой ступенью, оснащенной гораздо более мощным разработанным и построенным в России RD- 180 двухкамерный двигатель. (Atlas V обычно не называют «Атлас-Кентавр» и не имеет серийных номеров AC оригинального Atlas-Centaur, у которого было стабилизировано давление на первых ступенях.)

Неисправность AC-33

20 февраля 1975 года был запущен АС-33 со спутником связи Intelsat-IV. Примерно через две минуты полет сорвался. Во время отделения двигателя ускорителя поворотный шнур, предназначенный для вытаскивания электрической вилки, подающей питание на секцию ускорителя, не отсоединился, что вызвало скачок напряжения, который перезагрузил компьютер наведения Atlas. Управление ускорителем начало давать сбой, и Range Safety послал сигнал разрушения примерно через 403 секунды после запуска. Расследование показало, что строп был не только неправильно спроектирован, но и являлся стандартным компонентом, предназначенным для морского оборудования, а не для ракет или самолетов. Транспортные средства Atlas летали с ними в течение многих лет, но никто не заметил и не подумал об этом потенциальном отказе. Резервный спутник Intelsat был успешно запущен на AC-35 в мае следующего года.

Ошибка AC-43

Два года спустя, 29 сентября 1977 года, была предпринята еще одна попытка запуска Intelsat спутник связи проходил на АС-43. Вскоре после старта в секции тяги Атласа были обнаружены аномальные температуры, которые продолжали расти по мере подъема ракеты-носителя. Видимое возгорание секции тяги можно было наблюдать, начиная с T + 33 секунды, и давление в маршевой системе управления вектором тяги пропадало при T + 55 секунд, что приводило к полной потере управления транспортным средством. Обтекатель полезной нагрузки и спутник были сняты с ускорителя, после чего произошел взрыв «Атласа», когда огонь секции тяги коснулся топливных баков на Т + 60 секунд. «Кентавр» летел на свободе, пока через несколько секунд не был уничтожен офицером безопасности полигона. Представители НАСА и ВВС, уже занятые расследованием неудачного запуска ракеты-носителя Delta тремя неделями ранее, вытащили двигатели Atlas со дна океана и отправили их в Convair для изучения. Был сделан вывод о том, что утечка газа генератора, вызванные неправильной пайки трубы привело к перегреву и возгоранию в разделе тяги атласа. Труба также пострадала от коррозии в результате шести лет простоя на складе в соленом воздухе на побережье Флориды, и повреждения были нанесены в зоне, невидимой во время предполетного осмотра. Атлас, использовавшийся в этом полете, был доставлен на Мыс в 1971 году и с тех пор хранился на хранении необычно долгое время. После аварии НАСА проверило свой инвентарь транспортных средств Atlas и обнаружило еще несколько неправильно спаянных труб, которые требовали замены.

отказ AC-67

26 марта 1987 года отказал AC-67 запустить спутник ВМФ FLTSATCOM. Погодные условия в тот день были плохими, с густыми облаками и осадками от умеренного до сильного. Погодные условия нарушили один критерий запуска («Траектория полета транспортного средства не должна проходить через облака среднего уровня на глубине 6000 футов или более, когда уровень замерзания находится в облаках»), метеорологическая группа сообщила об этом как об обледенении., а не опасность молнии. После обсуждения рисков, связанных со льдом, руководители программ НАСА дали добро. Атлас ударила молния примерно через 38 секунд после запуска. Управление ускорителем начало выходить из строя, и он вышел из строя из-за нагрузок на конструкцию при Т + 50 секунд. Офицер безопасности полигона послал команду на уничтожение, но не было никаких доказательств того, что ракета-носитель когда-либо получила ее. Обломки посыпались дождем из облаков на площадку, береговую линию или на мелководье недалеко от нее и были легко восстановлены. Было обнаружено, что в части обтекателя полезной нагрузки в результате неоднократных ударов молнии прожгли несколько небольших дырок. Ключевым доказательством был бортовой компьютер Атласа, который был восстановлен и исследован. Было обнаружено, что последняя отданная команда была сигналом для поворота ускорительных двигателей в крайнее правое положение, вызванное, очевидно, вызванным молнией электромагнитным импульсом (ЭМИ), изменяющим одно слово в программе наведения.

Эта авария стала кульминацией серии катастроф, обрушившихся на космическую программу США после крушения Титана 34D в августе 1985 года, и вызвала существенную переоценку рекомендаций по погоде на мысе Канаверал.

Варианты

Список литературы