Rakieta Antares – przegląd

0

Zapraszamy do zapoznania się z opisem jednej z najmłodszych aktualnie dostępnych rakiet na rynku, która w ciągu najbliższych kilku lat odegra dużą rolę między innymi w dostarczaniu ładunków na Międzynarodową Stację Kosmiczną.

 

Antares (pierwotna nazwa Taurus II) jest rakietą średniego udźwigu opracowaną przez firmę Orbital Sciences Corporation (Orbital) z Dulles w stanie Wirginia (USA). Pozwala na wynoszenie na orbitę bezzałogowych pojazdów typu Cygnus w ramach programu komercyjnych lotów transportowych do ISS (Commercial Resupply Services – CRS). Rakieta jest ponadto przeznaczona do wynoszenia satelitów komercyjnych, rządowych, cywilnych i wojskowych.

KONSTRUKCJA

W konfiguracji ze statkiem Cygnus Antares jest rakietą dwustopniową. W przypadku wynoszenia satelitów można do niej dołączyć również stopień trzeci. Charakteryzuje się wysokością 40,5 m, średnicą 3.9 m oraz masą startową około 240 000 kg. W rakiecie wykorzystano komponenty opracowane dla innych rakiet firmy Orbital (Pegasus, Taurus i Minotaur), a także komponenty pochodzące od innych, sprawdzonych producentów amerykańskich i zagranicznych. Finalnie ma to zapewnić uzyskanie wysokiej niezawodności przy niskich kosztach startu.

Rdzeń 1. stopnia jest zbudowany z dwóch zestawów zbiorników paliwa opracowanych przez firmę KB Jużnoje (Biuro Konstrukcyjne Jużnoje) z Ukrainy na bazie rakiet Zenit. Firma ta była odpowiedzialna za zaprojektowanie i weryfikację projektu zbiorników paliwa, układu podnoszącego ciśnienie w systemie paliwowym, zaworów, sensorów, linii paliwowych, okablowania i innego wyposażenia. Same zbiorniki są produkowane przez firmę Jużmasz (Południowe Zakłady Budowy Maszyn imienia A. M. Makarowa) z Ukrainy. Układ kontrolny jest oparty na systemie awioniki modułowej (Modular Avionics Control Hardware – MACH) firmy Orbital. Pierwszy stopień jest wyposażony w dwa silniki AJ26-62 firmy Aerojet z Rancho Cordova w stanie Kalifornia. Zostały one opracowane na bazie rosyjskich silników NK-33 zaprojektowanych dla rakiety N1. Paliwem dla nich jest kerozyna (nafta) RP-1, a utleniaczem – ciekły tlen. Wektor ciągu obu silników może być dostosowywany niezależnie. Oba silniki razem tworzą tzw. system silników głównych (Main Engine System – MES).

Stopień 2, połączony z pierwszym stopniem poprzez międzystopień, wyposażony jest w silnik na paliwo stałe Castor 30 firmy Alliant Techsystems Inc. (ATK) z Minneapolis. Został on opracowany na bazie przeznaczonego dla pierwszych stopni rakiet Athena I i Athena II silnika Castor 120. Nowy silnik odróżnia się od pierwowzoru mniejszą długością. W podstawowej wersji rakiety, która wykorzystana została pomyślnie w trakcie dwóch pierwszych startów, użyto modelu silnika Castor-30A. Rakieta w takiej konfiguracji nosi oznaczenie Antares-110 (pierwsza cyfra – oznaczenie stopnia 1, druga – oznaczenie stopnia 2, trzecia – oznaczenie stopnia 3). W kolejnych dwóch lotach wykorzystany zostanie model silnika o nazwie Castor-30B, odróżniający się poprawionymi parametrami. W zależności od charakteru misji i obecności lub braku stopnia górnego rakiety stosowane będą oznaczania Antares-120 lub Antares-121. Od piątego lotu rakiety Antares zakłada się z kolei wykorzystanie kolejnej modyfikacji silnika górnego stopnia, oznaczonego jako Castor-30XL. Rakiety wyposażone w ten stopień będą oznaczane jako Antares-130, Antares-131 lub Antares-132. System kontrolny stopnia 2, podobnie jak w przypadku stopnia 1 jest oparty na zestawie MACH.

W fazie projektowania jest również wersja stopnia 2 na paliwo ciekłe, pozwalająca na wynoszenie cięższych ładunków. Stopień taki byłby wyposażony w silnik PWR35M firmy Pratt & Whitney z East Hartford w stanie Connecticut. Paliwem byłby metan a utleniaczem ciekły tlen. Z jego użyciem nośność rakiety na LEO wynosiłaby 7 600 kg.

W przypadku wynoszenia satelitów rakieta Antares może być wyposażona w dwa typy stopni górnych. Pierwszym typem jest projektowany przez firmę Orbital stopień 3 wykorzystujący paliwo dwuskładnikowe (Bi-Propellant Third Stage – BTS; wcześniejsza, nieaktualna nazwa Orbit Raising Kit – ORC). Jest on oparty na systemie napędowym platformy satelitarnej Star 2 firmy Orbital. Inne komponenty są oparte na satelicie inżynieryjnym DART (Demonstration for Autonomous Rendezvous Technology) z 2005 r. Firma Orbital była jego głównym wykonawcą. Rakiety wyposażone w ten sposób będą nosiły oznaczenie Antares-121 lub Antares-131.

Drugi typ stopnia górnego będzie oparty na silniku na paliwo stałe Star-48BV firmy ATK. Pozwoli on na wprowadzanie satelitów na orbity wymagające nadania wysokiej energii. Rakiety wyposażone w ten sposób będą oznaczane najprawdopodobniej jako Antares-132.

Zarówno przy startach z pojazdami Cygnus jak i z satelitami ładunek jest osłonięty dwuczęściową owiewką. Ma ona średnicę 3.9 m oraz wysokość 9.9 m. Jej kompozytowa konstrukcja ma strukturę plastra miodu pokrytego arkuszami zewnętrznymi. Została opracowana przez firmę Applied Aerospace Structures ze Stockton w Kalifornii.

Nośność rakiety Antares w wersji Antares-120 na orbity LEO wynosi 5100 kg a na SSO – 850 kg. W wersji Antares-121 parametry te to odpowiednio 4800 kg i 2850 kg, a w wersji Antares-130 – 6000 kg i 4200 kg. Miejscem startu rakiet tego typu będzie komercyjny kosmodrom Mid-Atlantic Regional Spaceport (MARS) zlokalizowany na skraju rządowego Wallops Flight Facility (WFF) w stanie Wirginia. Rakiety Antares wypuszczane są z platformy startowej LP-0A, która zbudowana została w miejscu dawnego stanowiska startowego rakiet programu Conestoga. Dotarcie do ISS z tego kosmodromu będzie tak samo efektywne energetycznie jak z KSC na Florydzie, ale częstotliwość startów jest na nim dużo niższa, co eliminuje możliwość opóźnień.

HISTORIA PROJEKTU

Pierwotnie agencja NASA do programu COST, obok firmy SpaceX wybrała Rocketplane Kistler. Jednak firma ta nie sprostała finansowaniu zaprojektowanej przez siebie rakiety K-1. Dlatego też 18 grudnia 2007 r. NASA rozwiązała z nią kontrakt. Konkurs na zaprojektowanie systemu transportu do ISS został następnie wznowiony. 19 lutego 2008 r. jego zwycięzcą została firma Orbital.

Budowa stanowiska startowego dla nowej rakiety, znanej początkowo pod nazwą Taurus II, oficjalnie rozpoczęła się pod koniec czerwca 2009 r. Do października 2009 r. zakończono serię wstępnych prac rozwojowych nad rakietą. Zakończyły się wtedy testy w tunelach aerodynamicznych i rozpoczęto produkcję rdzeni stopnia 1. Zakończono projektowanie platformy startowej, instalacji do integracji rakiety (Horizontal Integration Facility – HIF) i jej transportu na wyspie Wallops.

W styczniu 2010 r. program przeszedł przegląd sumaryczny (Program Summary Review – PSR). W lutym w Samarze w Rosji z powodzeniem wykonano testowe uruchomienie prototypowego silnika stopnia 1. Na budowanym stanowisku startowym LP-0A umieszczono też pierwsze instalacje. W marcu w Samarze odbyły się kolejne testy prototypowych silników stopnia 1. W kwietniu w Rosji trwały testy rdzenia stopnia 1 pod kątem odporności na naprężenia, których doświadcza on w trakcie transportu i testów. Na wyspie Wallops w dalszym ciągu budowano infrastrukturę do integracji rakiety oraz stanowisko startowe. W połowie lipca rozpoczęły się testy komponentów stopnia 2 przeznaczonych do wykorzystania w trakcie testowych startów nowej rakiety.

Na Wyspie Wallops zbudowano wierzę ze zbiornikiem wody używanej w trakcie startów. W lipcu zdecydowano, że podczas pierwszego lotu rakieta zostanie wyposażona w makietę statku Cygnus, a pierwszy lot nowego pojazdu odbędzie się przy drugim starcie. Do września na wyspie Wallops ukończono budowę struktury platformy startowej. Zainstalowano zbiorniki dla RP-1 i LOX. Kończyły się też prace przy rampie służącej do przewożenia rakiety i instalacji zbiorników gazu podnoszącego ciśnienie w różnych komponentach systemów paliwowych przed starem. W październiku na Wallops dostarczono z Dniepropietrowska na Ukrainie pierwszy rdzeń stopnia 1.

W styczniu 2011 r. w zakładach Chandler wykonywano testy mechaniczne modelu stopnia drugiego, łącznika pomiędzy stopniem 1 i 2 oraz łącznika pomiędzy stopniem 2 a statkiem Cygnus. 22 marca na wyspie Wallops oficjalnie otworzono budynek HIF, a równolegle trwały testy różnych elementów infrastruktury, w tym systemów pompowania wody, zbiorników paliwa i linii służących do tankowania rakiety. W październiku przeprowadzono test transportu stopnia 1 do HIF. W grudniu nazwa rakiety została oficjalnie zmieniona z Taurus II na Antares. Miało to na celu jej wyraźne odróżnienie od rakiet Taurus XL, których dwa ostatnie starty zakończyły się niepowodzeniem.

Przez cały 2012 rok trwały intensywne prace mające na celu przygotowanie stanowiska startowego LP-0A do działania. Napotkane trudności miały swoje źródło w wielkości infrastruktury systemów ciśnieniowych oraz podawczych paliwa. Pozostałe jednostki na terenie WFF oraz rakiety startujące z terenów ośrodka nie wymagały do tej pory takich ilości płynnego paliwa. Sama firma Orbital Sciences Corp. nie miała także dużego doświadczenia z pracą z tym rodzajem paliwa rakietowego.

Czynniki te spowodowały łącznie wielomiesięczne opóźnienie. Firma Orbital w odpowiedzi powołała zespół dodatkowych pracowników oraz narzuciła intensywne tempo pracy. Dodatkowe koszty poniósł w tym miejscu oprócz firmy Orbital także właściciel kompleksu startowego, odpowiadający za stan infrastruktury, w skład której wchodzą m.in. systemy do magazynowania kerozyny, płynnego tlenu, lotnego helu oraz płynnego i lotnego azotu. Ostatnie prace dotyczyły przede wszystkim recertyfikacji spawów oraz czyszczenia zbiorników na paliwa oraz gazy.

Pod koniec 2012 roku firma musiała przerwać prowadzone testy pierwszego stopnia rakiety oraz instalacji na stanowisku startowym z uwagi na ryzyko związane z uderzeniem huraganu Sandy. Ostatecznie zalanie terenu portu kosmicznego spowodowało kolejne wielotygodniowe opóźnienia. Dopiero w nocy z 22 na 23 lutego 2013 roku doszło do próbnego odpalenia silników pierwszego stopnia na czas około 29 sekund. Wcześniejsza próba z 13 lutego zakończyła się niepowodzeniem. Przed podjęciem pierwszej próby startu w kwietniu wykonana została jeszcze symulacja o nazwie WDR (Wet Dress Rehearsal).

Pierwszy start rakiety Antares nastąpił pomyślnie za trzecim podejściem 21 kwietnia 2013 roku. Dwie wcześniejsze próby zostały odwołane na skutek usterki technicznej oraz niesprzyjających warunków meteorologicznych. W ładowni rakiety wyniesiony został na orbitę symulator kapsuły Cygnus o masie ok. 3,8 tony. Ten symulator wyposażony był w 24 sensory temperatury, 22 akcelerometry, 12 cyfrowych termometrów, 12 czujników tensometrycznych oraz 2 mikrofony. Ponadto na orbitę wyniesione zostały 4 małe satelity w standardzie CubeSat (trzy satelity PhoneSat zbudowane w oparciu o części ze smartfonów oraz satelita Dove 1.

 

{youtube}V3L7crGudVU{/youtube}

Dziewiczy start rakiety Antares / Credits: youtube.com, NASA TV

Pierwszy, pomyślny start rakiety Antares umożliwił przeprowadzenie drugiego startu, tym razem z w pełni funkcjonalnym bezzałogowym statkiem Cygnus. Drugi start nastąpił 18 września 2013 roku o godzinie 16:58 CET. Na orbitę trafił drugi w historii, po Dragonie firmy SpaceX, transportowy statek kosmiczny, który niedługo potem pomyślnie przyłączony został do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, dostarczając pierwsze ładunki. Trzeci start rakiety Antares planowany jest obecnie na nie wcześniej niż 13 stycznia po tym jak odwołano próbę startu z 19 grudnia na skutek awarii systemu chłodzenia na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, do której wyniesiony przez rakietę statek Cygnus ma przycumować.

{module[346]}Silnik pierwszego stopnia rakiety Antares - AJ26-62 / Credits: Orbital Sciences CorporationOsłona aerodynamiczna ładunku rakiety Antares / Credits: Orbital Sciences CorporationPierwszy stopień pierwszego egzemplarza rakiety Antares / Credits: Orbital Sciences CorporationSchemat rakiety Antares połączonej ze statkiem Cygnus / Credits: Orbital Sciences Corporation

Share.

Comments are closed.