Atlas LV-3B , ракета-носитель Atlas D Mercury или ракета-носитель Mercury-Atlas , была одноразовой системой запуска, рассчитанной на человека, которая использовалась в рамках проекта США Mercury для отправки астронавтов на низкую околоземную орбиту . Изготовленная компанией Convair , она была разработана на основе ракеты SM-65D Atlas и была членом семейства ракет Atlas . Поскольку Atlas изначально разрабатывалась как оружейная система, в ракету были внесены изменения в испытания и конструкцию, чтобы сделать ее безопасной и надежной ракетой-носителем. После того, как изменения были внесены и одобрены, США запустили LV-3B девять раз, четыре из которых были с пилотируемым космическим кораблем Mercury .
Atlas LV-3B была рассчитанной на человека одноразовой пусковой системой, которая использовалась в рамках проекта США «Меркурий» для отправки астронавтов на низкую околоземную орбиту . Изготовленная американской авиастроительной компанией Convair , она была разработана на основе ракеты SM-65D Atlas и входила в семейство ракет Atlas . [2] Ракета Atlas D была естественным выбором для проекта «Меркурий», поскольку она была единственной ракетой-носителем в арсенале США, которая могла вывести космический корабль на орбиту, а также имела много полетов для сбора данных.
Atlas изначально проектировался как оружейная система, поэтому его конструкция и надежность не обязательно должны были быть на 100% идеальными, поскольку запуски Atlas слишком часто заканчивались взрывами. Таким образом, необходимо было предпринять значительные шаги для оценки ракеты человеком, чтобы сделать ее безопасной и надежной, если только NASA не хотело потратить несколько лет на разработку специальной ракеты-носителя для пилотируемых программ или же ждать, пока не вступит в строй следующее поколение МБР Titan II . Конфигурация Atlas с полутора ступенями считалась более предпочтительной, чем двухступенчатая Titan, поскольку все двигатели зажигались при старте, что облегчало проверку на наличие проблем с оборудованием во время предпусковых проверок. [3]
Вскоре после того, как их выбрали для программы в начале 1959 года, астронавты Mercury были доставлены для наблюдения за вторым испытанием Atlas серии D, которое взорвалось через минуту после запуска. Это был пятый полный или частичный отказ Atlas подряд, и на тот момент ускоритель был далеко не достаточно надежен, чтобы нести ядерную боеголовку или беспилотный спутник, не говоря уже о пассажире-человеке. Планы по пилотируемому Atlas фактически все еще находились на чертежной доске, и Convair подсчитала, что 75% надежности будет достигнуто к началу 1961 года и 85% надежности к концу года. Несмотря на проблемы разработки Atlas, у NASA было преимущество в проведении проекта Mercury одновременно с программой исследований и разработок Atlas, которая дала множество испытательных полетов для получения данных, а также для тестирования модифицированного оборудования для Mercury. [2]
Помимо модификаций, описанных ниже, компания Convair выделила отдельную сборочную линию, предназначенную для аппаратов Mercury-Atlas, на которой работал персонал, прошедший специальную ориентацию и обучение по важности пилотируемой космической программы и необходимости максимально возможного уровня высочайшего качества изготовления. Компоненты, используемые в аппаратах Mercury-Atlas, прошли тщательное тестирование для обеспечения надлежащего качества изготовления и рабочего состояния, кроме того, компоненты и подсистемы с чрезмерным количеством часов работы, несоответствующими спецификации характеристиками и сомнительными записями проверок будут отбракованы. Все компоненты, одобренные для программы Mercury, были маркированы и хранились отдельно от оборудования, предназначенного для других программ Atlas, и были выполнены специальные процедуры обработки для защиты их от повреждений. Заводской осмотр аппаратов Mercury проводился персоналом компании Convair, специально отобранным за их опыт, знакомство с оборудованием Atlas и продемонстрировавшим благоприятный настрой и трудовую этику.
Системы движения, используемые для аппаратов Mercury, будут ограничены стандартными моделями Atlas серии D двигателей Rocketdyne MA-2, которые были протестированы и показали, что их параметры производительности близки к спецификациям NASA. NASA решило, что наилучшим выбором двигателей будут агрегаты с производительностью примерно среднего уровня. Двигатели с производительностью выше средней не считались приемлемыми, поскольку никто не мог точно определить, почему данный набор двигателей работал так, а не иначе, поэтому было сочтено наиболее безопасным использовать двигатели средней производительности.
В большинстве случаев NASA предпочитало оставаться консервативным в отношении аппаратов Mercury и избегать их модификации сверх необходимого. Изменения в Atlas в основном ограничивались теми, которые повышали безопасность пилотов, а стандартная конфигурация Atlas серии D должна была быть сохранена в максимально возможной степени, поэтому различные усовершенствования, внесенные в последние ракеты Atlas, не использовались. Различное оборудование и процедуры, используемые с аппаратами Mercury, хотя и устаревшие и часто не самые лучшие или новейшие, были предпочтительны, поскольку они были проверены и хорошо понятны. Любое новое оборудование или изменения в оборудовании, внесенные в аппаратные средства Mercury, должны были быть выполнены как минимум в трех испытаниях НИОКР Atlas, прежде чем NASA одобрит их для использования. Несмотря на консерватизм и осторожность, проявленные при проектировании аппаратов Mercury, огромное количество изменений, тем не менее, произошло за 4+Со временем программа была разработана на основе извлеченных уроков, и контроль качества становился все более жестким; последние два полета Mercury прошли такой уровень испытаний и предполетных проверок, который был неслыханным во время полета Большого Джо в 1959 году.
Все ракеты-носители должны быть полностью готовы к полету при доставке на мыс Канаверал без недостающих компонентов или незапланированных модификаций/улучшений. После доставки будет проведена комплексная проверка ускорителя, а перед запуском соберется летная комиссия для утверждения готовности каждого ускорителя к полету. Комиссия проведет обзор всех предпусковых проверок и ремонтов/модификаций оборудования. Кроме того, будут рассмотрены полеты Atlas за последние несколько месяцев в программах NASA и ВВС, чтобы убедиться в отсутствии сбоев, связанных с компонентами или процедурами, имеющими отношение к проекту Mercury.
Программа контроля качества НАСА означала, что на производство и сборку каждого аппарата Mercury-Atlas уходило в два раза больше времени, чем на Atlas, предназначенный для беспилотных миссий, а на испытания и проверку перед полетом уходило в три раза больше времени.
Центральным элементом этих усилий была разработка системы обнаружения и реализации прерывания (ASIS), которая обнаруживала бы неисправности в различных компонентах Atlas и при необходимости запускала бы прерывание запуска. Была встроена дополнительная избыточность; если бы сама ASIS вышла из строя, потеря питания также вызывала бы прерывание. Система ASIS впервые использовалась в нескольких полетах ракеты Atlas R&D, затем летала в открытом цикле на Mercury-Atlas 1, что означало, что ASIS могла генерировать сигнал прерывания, но не отправлять команду отключения в двигательную систему. Она впервые была запущена в замкнутом цикле на MA-3.
Система аварийного покидания ракеты Mercury (LES), использовавшаяся при запусках Redstone и Atlas, была идентична, но система ASIS значительно различалась между двумя ускорителями, поскольку Atlas был гораздо более крупным и сложным аппаратом с пятью двигателями, два из которых сбрасывались во время полета, более сложной системой наведения и надувными баллонами, которым требовалось постоянное давление, чтобы не разрушиться.
Big Joe и MA-1 не имели аварийной башни, отказ последнего в полете, возможно, был вызван отсутствием LES, что негативно повлияло на его аэродинамический профиль, поэтому MA-2 нес фиктивную башню. Действующая LES была впервые установлена на MA-3 (и в конечном итоге доказала свою функциональность в незапланированном испытании).
Данные летных испытаний Atlas были использованы для составления списка наиболее вероятных режимов отказа для транспортных средств серии D, однако соображения простоты диктовали, что только ограниченное количество параметров ускорителя может контролироваться. Отказ может быть вызван следующими условиями, каждое из которых может быть признаком катастрофического отказа:
Система ASIS была признана необходимой, поскольку некоторые отказы в полете аппаратов Atlas (например, Atlas 6B) происходили так быстро, что астронавт практически не мог вовремя среагировать и вручную активировать LES. Другие виды отказов, такие как отклонение от правильной траектории полета, не обязательно представляли непосредственную опасность для безопасности астронавта, и полет можно было прервать вручную.
Не все перечисленные ниже модификации были реализованы в каждом полете Mercury, и многочисленные изменения были сделаны по ходу дела в интересах улучшения или в результате данных полета, полученных из неудачных запусков Atlas. Процедуры контроля качества и проверки также улучшились и стали более подробными в ходе программы.
Пакет гироскопа скорости был размещен гораздо ближе к передней части бака LOX из-за того, что комбинация Mercury/LES была значительно длиннее боеголовки и, таким образом, создавала другие аэродинамические характеристики (стандартный пакет гироскопа Atlas D все еще сохранялся на транспортном средстве для использования ASIS). Mercury-Atlas 5 также добавил новую функцию надежности — датчики движения для обеспечения надлежащей работы гироскопов перед запуском. Эта идея изначально была задумана, когда первый запуск Atlas B в 1958 году вышел из-под контроля и разрушился после запуска с неработающим гироскопом рыскания, но она была постепенно внедрена в транспортные средства Atlas. Еще одно испытание ракеты Atlas в 1961 году также разрушилось во время запуска, в этом случае из-за слишком низкой скорости двигателя гироскопа. Таким образом, датчики движения исключили бы этот режим отказа.
Система безопасности на полигоне также была модифицирована для программы Mercury. Между отключением двигателя и активацией зарядов самоуничтожения должна была быть трехсекундная задержка, чтобы дать LES время вытащить капсулу в безопасное место. Более конкретно, если была отправлена команда на уничтожение Range Safety, система ASIS позволяла сигналу на отключение двигателя пройти, блокируя сигнал самоуничтожения на три секунды. Затем снижение производительности двигателя фиксировалось ASIS, которая активировала LES, после чего сигнал самоуничтожения разблокировался и уничтожал ракету-носитель. Команды на отключение двигателя и самоуничтожение также блокировались в течение первых 30 секунд запуска, чтобы предотвратить падение неисправного транспортного средства на площадку или вокруг нее.
Ракеты Atlas серии D, а также ранние варианты SLV несли старомодный электромеханический автопилот (известный как «круглый» автопилот из-за формы контейнеров, в которых размещались его основные компоненты), но на кораблях Mercury было решено использовать более новый транзисторный «квадратный» автопилот, разработанный для ракет серий E и F, а также для будущего корабля Atlas-Centaur. Первые три корабля Mercury-Atlas все еще имели круглый автопилот, и он впервые был запущен на Mercury-Atlas 3, но потерпел катастрофическую неудачу, когда ускоритель не выполнил запрограммированный маневр тангажа, и его пришлось уничтожить действием Range Safety. После этого программатор ракеты был восстановлен и исследован. Хотя точная причина отказа не была установлена, было предложено несколько причин и в программатор был внесен ряд изменений. На Mercury-Atlas 4 высокие уровни вибрации в полете привели к дополнительным изменениям, и в конечном итоге он отлично заработал на Mercury-Atlas 5.
Начиная с MA-3, более новая транзисторная телеметрическая система заменила старую ламповую систему, которая была тяжелой, имела высокое энергопотребление и имела тенденцию к затуханию сигнала по мере увеличения высоты полета. Как и большинство конфигураций SLV Atlas, аппараты Mercury несли только один телеметрический пакет, в то время как испытания ракет R&D имели три.
Антенна наведения была модифицирована для уменьшения помех сигнала.
В автомобилях Mercury-Atlas использовался клапан сброса давления от Atlas серии C вместо стандартного клапана серии D из соображений надежности и экономии веса.
Нестабильность горения была повторяющейся проблемой в статических огневых испытаниях двигателей MA-2 и также стала причиной взрыва на стартовой площадке двух аппаратов Atlas в начале 1960 года. Таким образом, было решено установить дополнительные датчики в двигателях для контроля уровня сгорания, а также ускоритель удерживался на стартовой площадке в течение нескольких мгновений после зажигания, чтобы обеспечить плавную тягу. Двигатели также использовали бы «мокрый старт», что означало бы, что трубы двигателя содержали бы инертную жидкость, которая действовала бы как амортизатор удара (два неудачных летных испытания Atlas D использовали сухие старты, без жидкости в трубах двигателя). Если ускоритель не проходил проверку, он автоматически отключался. К концу 1961 года, после того как третья ракета (27E) взорвалась на стартовой площадке из-за нестабильности горения, Convair разработала значительно модернизированную двигательную систему, которая включала в себя инжекторы с перегородками и гиперголический воспламенитель вместо пиротехнического метода, но NASA не желало подвергать риску предстоящий полет Джона Гленна этими непроверенными модификациями и поэтому отказалось устанавливать их в ускорителе Mercury-Atlas 6. Таким образом, этот полет и полет Скотта Карпентера на MA-7 использовали старую двигательную систему Atlas, а новый вариант не использовался до полета Уолли Ширры в конце 1962 года.
Статические испытания двигателей Rocketdyne вызвали высокочастотную нестабильность горения, что было известно как эффект «гоночной трассы», когда горящее топливо закручивалось вокруг инжекторной головки, в конечном итоге разрушая ее ударными волнами. При запусках Atlas 51D и 48D отказы были вызваны грубым сгоранием низкого порядка, которое разорвало инжекторную головку и купол LOX, вызвав пожар в секции тяги, который в конечном итоге привел к полной потере ракеты. Точная причина отказов из-за нестабильности горения спина к спине на 51D и 48D не была определена с уверенностью, хотя было предложено несколько причин. Эта проблема была решена путем установки перегородок в инжекторной головке для разделения закрученного топлива, за счет некоторой потери производительности, поскольку перегородки добавляли дополнительный вес и уменьшали количество отверстий инжектора, через которые распылялось топливо. Уроки, извлеченные из программы Atlas, позже оказались жизненно важными для разработки гораздо более крупного двигателя Saturn F-1.
В электрическую схему двигательной системы было добавлено избыточное напряжение, чтобы гарантировать, что SECO будет происходить вовремя и по команде. Система подачи топлива LOX получила дополнительное избыточное напряжение, чтобы гарантировать, что клапаны топлива будут открываться в правильной последовательности во время запуска двигателя.
Транспортные средства Mercury до MA-7 имели пенную изоляцию в промежуточной переборке, чтобы предотвратить замерзание RP-1 из-за переохлажденного жидкого кислорода. Во время ремонта MA-6 перед полетом Джона Гленна было решено удалить изоляцию, поскольку она была ненужной и мешала обслуживанию ускорителей в полевых условиях. NASA направило в GD/A меморандум с просьбой, чтобы последующие транспортные средства Mercury-Atlas не включали изоляцию переборки.
В начале 1962 года два статических испытания двигателя и один запуск (ракета 11F) стали жертвами взрывов турбонасоса LOX , вызванных трением лопаток рабочего колеса о металлический корпус насоса и созданием искры трения. Это произошло после более чем трех лет полетов Atlas без каких-либо проблем с турбонасосом, и было неясно, почему произошло трение, но все эпизоды этого происходили, когда впускной клапан маршевого двигателя перемещался в положение готовности к полету «открыто» и во время работы непроверенных модификаций оборудования. Кроме того, Atlas 113D, ускоритель, используемый для полета Уолли Ширры, прошел PFRT (предполетный тест готовности) для проверки надлежащей работы двигательной системы. На MA-9 внутрь насосов была добавлена пластиковая прокладка, чтобы предотвратить повторение этого режима отказа.
Аппараты Mercury использовали стандартную пневматическую систему Atlas серии D, хотя были проведены исследования причины колебаний давления в баке, которые, как известно, возникали при определенных условиях полезной нагрузки. Эти исследования показали, что регулятор гелия, используемый на ранних аппаратах серии D, имел тенденцию вызывать резонансную вибрацию во время запуска, но с тех пор было сделано несколько модификаций пневматической системы, включая использование регулятора новой модели, который не вызывал этого эффекта.
Поток гелия в бак LOX на аппаратах Mercury был ограничен 1 фунтом в секунду. Это изменение было внесено после того, как Atlas 81D, испытательный IOC от VAFB, был разрушен в полете из-за неисправности, которая привела к тому, что регулятор давления создал избыточное давление в баке, пока он не разорвался.
Гидравлическая система на автомобилях Mercury представляла собой стандартную установку Atlas серии D. Аккумулятор Vernier Solo был удален, поскольку автомобили Mercury не выполняли режим Vernier Solo. Гидравлический переключатель давления на MA-7 сработал и подал ошибочный сигнал отмены, поэтому на последующих автомобилях была добавлена дополнительная изоляция, поскольку считалось, что его срабатывание было вызвано низкими температурами от линий LOX.
В случае, если система наведения не выдаст дискретную команду отключения маршевому двигателю и он сгорит до истощения топлива, существует вероятность отключения из-за LOX, что может привести к повреждению компонентов двигателя из-за высоких температур. В целях безопасности система PU была модифицирована для увеличения потока LOX в маршевый двигатель за десять секунд до SECO. Это должно было гарантировать, что запас LOX будет полностью исчерпан в SECO и предотвратить отключение из-за LOX. Система PU была настроена в конфигурации Atlas C до MA-6 в интересах надежности, стандартная настройка PU серии D не использовалась до MA-7.
Ускорители Big Joe и MA-1 имели более толстую обшивку на топливном баке, но бак LOX использовал стандартную обшивку ракеты серии D. После потери последнего аппарата в полете НАСА определило, что стандартная обшивка бака LOX недостаточна, и запросило сделать ее толще. Atlas 100D стал первым поставленным ускорителем с толстой обшивкой, в то время как ускоритель MA-2 (67D), который все еще был моделью с тонкой обшивкой, должен был быть оснащен стальной усиливающей полосой на стыке между капсулой и ускорителем. Согласно первоначальным планам, Atlas 77D должен был стать ускорителем, используемым для MA-3. Он прошел заводскую проверку в сентябре 1960 года, но вскоре после этого появились результаты послеполетных испытаний для MA-1, которые привели к отзыву тонкостенного 77D и замене его на 100D.
Обшивка бака с жидким кислородом на MA-7 была еще больше утолщена, поскольку на эксплуатационных полетах «Меркурия» перевозилось больше оборудования и расходных материалов, чем на научно-исследовательских, а вес капсулы рос.
Одиночная фаза верньера, которая должна была использоваться на МБР для точной настройки скорости ракеты после отключения маршевого двигателя, была исключена из программы наведения в интересах простоты, а также улучшения производительности и грузоподъемности. Поскольку орбитальные полеты требовали совершенно иной траектории полета по сравнению с ракетами, антенны наведения пришлось полностью переделать, чтобы обеспечить максимальную силу сигнала. Позиционные ракетные двигатели наверху Atlas, предназначенные для отталкивания отработанной ракеты от боеголовки, были перемещены в саму капсулу Mercury. Это также потребовало добавления стекловолоконного изоляционного экрана к куполу бака LOX, чтобы он не был разорван ракетными двигателями.
Распространенным и обычно безвредным явлением на аппаратах Atlas была тенденция ускорителя развивать небольшой крен в первые несколько секунд после старта из-за того, что автопилот еще не включился. Однако в нескольких полетах ускоритель развивал достаточное вращательное движение, чтобы потенциально вызвать условие отмены, если бы это был запуск с экипажем. Хотя некоторый крен был естественным образом передан выхлопом турбины Atlas, это не могло объяснить всю проблему, которая вместо этого была больше связана с выравниванием двигателя. Данные приемки от поставщика двигателя (Rocketdyne) показали, что группа из 81 двигателя имела среднее движение крена в одном направлении примерно той же величины, что и в полете. Хотя данные приемочных испытаний на стенде и данные летного опыта по отдельным двигателям не коррелировали, было установлено, что компенсация выравнивания двигателей ускорителя может противодействовать этому движению крена и минимизировать тенденцию к крену при старте. После того, как полет Mercury Ширры действительно испытал кратковременные проблемы с креном в начале запуска, изменение было включено в ускоритель Гордона Купера на MA-9.
Было запущено девять LV-3B: два в беспилотных суборбитальных испытательных полетах, три в беспилотных орбитальных испытательных полетах и четыре с пилотируемым космическим кораблем Mercury . [4] [1] Запуски Atlas LV-3B проводились со стартового комплекса 14 на авиабазе Кейп-Канаверал , штат Флорида. [4]
Первый полет состоялся 29 июля 1960 года, когда был проведен суборбитальный испытательный полет Mercury-Atlas 1. Ракета потерпела структурную аварию вскоре после запуска, и в результате не смогла вывести космический корабль на заданную траекторию. [5] В дополнение к первому полету, первый орбитальный запуск Mercury-Atlas 3 также потерпел неудачу. Эта авария была вызвана проблемой с системой наведения, которая не смогла выполнить команды по тангажу и крену, из-за чего офицеру по безопасности на полигоне пришлось уничтожить корабль. Космический корабль отделился с помощью своей системы аварийного спасения и был восстановлен в 1,8 километрах (1,1 мили) от стартовой площадки.
Была запланирована еще одна серия запусков Mercury, в которых использовались бы дополнительные LV-3B; однако эти полеты были отменены после успеха первых миссий Mercury. [6] Последний запуск LV-3B был проведен 15 мая 1963 года для запуска Mercury-Atlas 9. Первоначально NASA планировало использовать оставшиеся транспортные средства LV-3B для запуска целевых транспортных средств Gemini-Agena, однако увеличение финансирования в 1964 году означало, что агентство могло позволить себе купить совершенно новые транспортные средства Atlas SLV-3, поэтому эта идея была отменена. [7]
{{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )