Vulcan Centaur — это ракета-носитель большой грузоподъемности, созданная и эксплуатируемая United Launch Alliance (ULA). Это двухступенчатая ракета-носитель для вывода на орбиту, состоящая из первой ступени Vulcan и второй ступени Centaur . Она заменяет ракеты Atlas V и Delta IV компании ULA . Она в основном разработана для программы National Security Space Launch (NSSL), которая запускает спутники для разведывательных агентств США и Министерства обороны , но ULA считает, что она также сможет устанавливать достаточно низкую цену на миссии, чтобы привлечь коммерческие запуски.
ULA начала разработку Vulcan в 2014 году, в основном для того, чтобы составить конкуренцию Falcon 9 компании SpaceX и выполнить требование Конгресса о прекращении использования российского двигателя РД-180 , который использовался в Atlas V. Первый полет Vulcan Centaur изначально был запланирован на 2019 год, но несколько раз откладывался из-за проблем с разработкой нового двигателя первой ступени BE-4 и второй ступени Centaur. [13]
Vulcan Centaur совершил почти идеальный первый запуск 8 января 2024 года с лунным модулем Peregrine , первой миссией программы коммерческих лунных грузов NASA . Второй запуск, сертификационный полет NSSL, состоялся 4 октября 2024 года, в ходе которого был достигнут идеальный выход на орбиту, несмотря на то, что сопло одного из твердотопливных ракетных ускорителей GEM-63XL отвалилось, что привело к уменьшению асимметричной тяги.
Vulcan Centaur использует технологии ракет-носителей ULA Atlas V и Delta IV, а также более новое оборудование для лучшей производительности и снижения затрат. Первая ступень Vulcan по размеру похожа на Common Booster Core семейства Delta , что позволяет ULA повторно использовать производственное оборудование.
Он использует два двигателя BE-4 , созданных Blue Origin , которые сжигают жидкий кислород и жидкий метан (сжиженный природный газ). [14] [15] Метан горит чище, чем керосин , используемый в Atlas, что делает ракету более пригодной для повторного использования, поскольку она не будет загрязнена и в конечном итоге забита побочными продуктами сгорания керосина. По сравнению с криогенным жидким водородом, используемым в Delta, метан более плотный и имеет гораздо более высокую температуру кипения, что позволяет делать топливные баки меньше и легче. [16] [17]
Вторая ступень — Centaur V , более крупная и улучшенная версия Centaur III, используемая на Atlas V, которая оснащена двумя двигателями RL10 , созданными Aerojet Rocketdyne , работающими на жидком водороде и жидком кислороде. [18] Первая ступень может быть дополнена шестью твердотопливными ракетными ускорителями GEM 63XL, созданными Northrop Grumman . [8] [19]
Vulcan Centaur предлагает возможности тяжелой подъемной силы в пределах средней подъемной силы ракеты-носителя. С одним ядром и шестью ускорителями GEM Vulcan Centaur может поднять 27 200 кг (60 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту (НОО). [20] Это намного больше, чем 18 850 кг (41 560 фунтов), которые Atlas V может поднять на НОО с одним ядром и пятью ускорителями GEM, [21] и почти столько же, сколько трехъядерная Delta IV Heavy, которая может поднять 28 790 кг (63 470 фунтов) на НОО. [22]
Vulcan был разработан в соответствии с требованиями Национальной программы безопасности космических запусков и предназначен для получения сертификата соответствия требованиям пилотируемого класса , что позволит запускать такие транспортные средства, как Boeing Starliner или Sierra Nevada Dream Chaser . [3] [18] [23]
ULA решила разработать Vulcan Centaur в 2014 году по двум основным причинам. Во-первых, ее коммерческие и гражданские клиенты стекались к более дешевой многоразовой ракете-носителю Falcon 9 компании SpaceX , в результате чего ULA все больше зависела от контрактов с американскими военными и разведывательными агентствами. [24] [25] Во-вторых, аннексия Крыма Россией в 2014 году усилила недовольство Конгресса зависимостью Пентагона от Atlas V, в котором использовался произведенный в России двигатель РД-180 . В 2016 году Конгресс принял закон, запрещающий военным закупать услуги по запуску на основе двигателя РД-180 после 2022 года. [26]
В сентябре 2014 года ULA объявила, что выбрала двигатель BE-4 от Blue Origin и заправляется жидким кислородом (LOX) и жидким метаном (CH 4 ) для замены RD-180 на новом ускорителе первой ступени. Двигатель находился уже на третьем году разработки, и ULA заявила, что ожидает, что новая ступень и двигатель начнут летать уже в 2019 году. [27] Два из двигателей BE-4 с тягой 2400 килоньютонов (550 000 фунтов силы ) должны были использоваться на новом ускорителе ракеты-носителя. [28] [29] [27]
Месяц спустя ULA реструктурировала процессы компании и ее рабочую силу, чтобы сократить расходы. Компания заявила, что преемник Atlas V объединит существующие Atlas V и Delta IV с целью снижения стоимости ракеты Atlas V вдвое. [25]
В 2015 году ULA анонсировала ракету Vulcan и предложила постепенно заменить ею существующие транспортные средства. [30] Ожидалось, что развертывание Vulcan начнется с новой первой ступени, которая будет основана на диаметре фюзеляжа и производственном процессе Delta IV, и изначально предполагалось использовать два двигателя BE-4 или AR1 в качестве альтернативы. Второй ступенью должен был стать существующий Centaur III, уже используемый на Atlas V. Более поздняя модернизация, Advanced Cryogenic Evolved Stage (ACES), планировалась к внедрению через несколько лет после первого полета Vulcan. [30] ULA также раскрыла концепцию конструкции для повторного использования двигателей ускорителя Vulcan, тяговой конструкции и авионики первой ступени, которые могли бы быть отделены как модуль от топливных баков после отключения двигателя ускорителя ; модуль должен был повторно войти в атмосферу за надувным теплозащитным экраном. [31]
В течение первых нескольких лет совет директоров ULA принимал ежеквартальные обязательства по финансированию разработки Vulcan Centaur. [32] По состоянию на октябрь 2018 года [обновлять]правительство США выделило около 1,2 млрд долларов США в рамках государственно-частного партнерства на разработку Vulcan Centaur, и планирует выделить больше средств после того, как ULA заключит контракт на запуск ракеты в интересах национальной безопасности . [33]
К марту 2016 года Военно-воздушные силы США (USAF) выделили до 202 миллионов долларов на разработку Vulcan. ULA еще не оценила общую стоимость разработки, но генеральный директор Тори Бруно сказал, что «новые ракеты обычно стоят 2 миллиарда долларов, включая 1 миллиард долларов за основной двигатель». [32] В марте 2018 года Бруно сказал, что Vulcan-Centaur до этого момента «на 75% финансировался из частных источников». [34] В октябре 2018 года после запроса предложений и технической оценки ULA получила 967 миллионов долларов на разработку прототипа системы запуска Vulcan в рамках программы Национальной безопасности космических запусков. [33]
В сентябре 2015 года было объявлено, что производство ракетных двигателей BE-4 будет расширено для проведения дополнительных испытаний. [35] В январе следующего года ULA проектировала две версии первой ступени Vulcan; версия BE-4 имеет диаметр 5,4 м (18 футов), чтобы поддерживать использование менее плотного метанового топлива. [15] В конце 2017 года верхняя ступень была заменена на более крупную и тяжелую Centaur V, а ракета-носитель была переименована в Vulcan Centaur. [34] В мае 2018 года ULA объявила о выборе двигателя RL10 компании Aerojet Rocketdyne для верхней ступени Vulcan Centaur. [36] В сентябре того же года ULA объявила о выборе двигателя BE-4 компании Blue Origin для первой ступени Vulcan. [37] [38] В октябре ВВС США выпустили соглашение о запуске NSSL с новыми требованиями, отложив первоначальный запуск Vulcan до апреля 2021 года после более ранней отсрочки до 2020 года. [39] [40]
В августе 2019 года части мобильной пусковой платформы Vulcan (MLP) были перевезены [41] в Центр обработки космических полетов (SPOC) около SLC-40 и SLC-41 , мыс Канаверал , Флорида . MLP был изготовлен из восьми секций и движется со скоростью 3 мили в час (4,8 км/ч) на рельсовых тележках, имея высоту 183 фута (56 м). [42] В феврале 2021 года ULA отправила первый завершенный ускоритель Vulcan во Флориду для испытаний Pathfinder перед дебютным запуском Vulcan. [43] Испытания продолжались с ускорителем Pathfinder в течение всего года. [44] [45]
В августе 2019 года ULA заявила, что Vulcan Centaur впервые полетит в начале 2021 года с лунным модулем Peregrine компании Astrobotic Technology . [46] [47] [29] К декабрю 2020 года запуск был отложен до 2022 года из-за технических проблем с главным двигателем BE-4. [48] [49] В июне 2021 года Astrobotic заявила, что Peregrine не будет готов вовремя из-за пандемии COVID-19 , что задержало миссию и первый запуск Vulcan Centaur; дальнейшие задержки Peregrine перенесли запуск Vulcan на 2023 год. [50] [51] [52] В марте 2023 года испытательная ступень Centaur V вышла из строя во время испытательной последовательности. Чтобы устранить проблему, ULA изменила конструкцию ступени и построила новый Centaur для первого полета Vulcan Centaur. [53] В октябре 2023 года ULA объявила, что намерена запустить Vulcan Centaur к концу года. [54]
8 января 2024 года Vulcan впервые стартовал. В полете использовалась конфигурация VC2S с двумя твердотопливными ракетными ускорителями и обтекателем стандартной длины. 4-минутное транслунное выведение с последующим отделением полезной нагрузки вывело посадочный модуль Peregrine на траекторию к Луне. Через один час и 18 минут полета верхняя ступень Centaur включилась в третий раз, отправив его на гелиоцентрическую орбиту, чтобы проверить, как он будет вести себя в длительных миссиях, таких как те, которые требуются для отправки полезных грузов на геостационарную орбиту . [55] [56]
Отказ в двигательной системе Peregrine вскоре после отделения помешал ему приземлиться на Луну; Astrobotic заявила, что ракета Vulcan Centaur отработала без проблем. [57]
14 августа 2019 года ULA выиграла коммерческий конкурс, когда было объявлено, что второй сертификационный полет Vulcan будет называться SNC Demo-1, первый из семи полетов Dream Chaser CRS-2 в рамках программы коммерческих служб снабжения NASA . Они будут использовать конфигурацию VC4 с четырьмя SRB. [58] Запуск SNC Demo-1 был запланирован не ранее апреля 2024 года. [59]
После второй сертификационной миссии Vulcan Centaur ракета будет квалифицирована для использования в военных миссиях США. [60] По состоянию на август 2020 года Vulcan должен был запустить 60%-ную долю полезной нагрузки Национальной безопасности космических запусков[обновлять] ULA с 2022 по 2027 год, [61] но произошли задержки. Запуск USSF-51 Космических сил в конце 2022 года был первой секретной миссией национальной безопасности, но в мае 2021 года космический корабль был переназначен на Atlas V, чтобы «снизить риск расписания, связанный с единовременной проверкой конструкции Vulcan Centaur». [62] По аналогичным причинам прототипный полет Kuiper Systems был перенесен на ракету Atlas V. [63]
После первого запуска Vulcan в январе 2024 года задержки в разработке Dream Chaser заставили ULA задуматься о замене его массовым имитатором, чтобы Vulcan мог продолжить сертификацию, требуемую его контрактом с ВВС. [64] Bloomberg News сообщил в мае 2024 года, что United Launch Alliance накапливает финансовые штрафы из-за задержек в военных контрактах на запуск. [65] 10 мая помощник министра ВВС Фрэнк Калвелли написал руководителям Boeing и Lockheed. «Я все больше беспокоюсь о способности ULA масштабировать производство своей ракеты Vulcan и масштабировать ее такт запусков для удовлетворения наших потребностей», — написал Калвелли в письме, копия которого была получена Washington Post . «В настоящее время из-за задержек с Vulcan на земле остаются военные спутниковые возможности». [66] В июне 2024 года Бруно объявил, что Vulcan совершит свой второй полет в сентябре с массовым имитатором с некоторыми «экспериментами и демонстрациями», чтобы помочь разработать будущие технологии для верхней ступени Centaur. [67]
Vulcan Centaur стартовал во втором из двух полетов, необходимых для сертификации ракеты для будущих миссий NSSL в 11:25 UTC 4 октября 2024 года. Примерно через 37 секунд после запуска сопло одного из твердотопливных ракетных ускорителей (SRB) отвалилось, что привело к выбросу мусора в выхлопной шлейф. Хотя SRB продолжал функционировать в течение всего своего 90-секундного горения, аномалия привела к уменьшению асимметричной тяги. Это заставило ракету слегка наклониться, прежде чем система наведения и основные двигатели успешно исправились и продлили свое горение примерно на 20 секунд для компенсации. Несмотря на аномалию, ракета достигла идеального выхода на орбиту. [68] [69] В пресс-релизе после запуска Космические силы назвали испытательный полет «вехой сертификации» и значительным достижением как для ULA, так и для стратегического космического потенциала страны. Космические силы добавили, что они изучают данные запуска, чтобы определить пригодность Vulcan для будущих миссий национальной безопасности. [68] По состоянию на 16 октября [обновлять]аномалия SRB продолжала оставлять под вопросом сертификацию Vulcan Космическими силами. [70]
ULA имеет четырехбуквенные обозначения для различных конфигураций Vulcan Centaur. Они начинаются с VC для первой ступени Vulcan и верхней ступени Centaur. Третий символ — это количество SRB, прикрепленных к Vulcan — 0, 2, 4 или 6, а четвертый обозначает длину обтекателя полезной нагрузки: S для Standard (15,5 м (51 фут)) или L для Long (21,3 м (70 футов)). [71] Например, «VC6L» будет представлять первую ступень Vulcan, верхнюю ступень Centaur, шесть SRB и обтекатель длинной конфигурации. [71] Самая мощная Vulcan Centaur будет иметь первую ступень Vulcan, верхнюю ступень Centaur с двигателями RL10CX с сопловым удлинителем и шесть SRB. [72]
Грузоподъемность версий Vulcan Centaur составляет: [73] [72]
Эти возможности отражают требования NSSL, а также возможности для роста. [5] [74]
Vulcan Centaur с шестью твердотопливными ракетными ускорителями может вывести на низкую околоземную орбиту 27 200 килограммов, что почти столько же, сколько трехъядерный Delta IV Heavy. [18]
С 2015 года ULA говорила о нескольких технологиях, которые улучшат возможности ракеты-носителя Vulcan. Они включают усовершенствования первой ступени, чтобы сделать наиболее дорогие компоненты потенциально многоразовыми, и усовершенствования второй ступени, чтобы позволить ракете работать в течение месяцев в окололунном пространстве на околоземной орбите . [ 80]
Верхняя ступень ACES, работающая на жидком кислороде (LOX) и жидком водороде (LH 2 ) и приводимая в действие четырьмя ракетными двигателями, тип двигателя еще не был выбран, была концептуальной модернизацией верхней ступени Vulcan на момент объявления в 2015 году. Эта ступень может быть модернизирована за счет включения технологии Integrated Vehicle Fluids, которая позволит верхней ступени функционировать на орбите в течение недель вместо часов. Верхняя ступень ACES была отменена в сентябре 2020 года, [30] [81] и ULA заявила, что второй ступенью Vulcan теперь будет верхняя ступень Centaur V: более крупная и мощная версия верхней ступени Dual Engine Centaur, используемой в Atlas V N22. [18] [80] Один из руководителей ULA сказал, что конструкция Centaur V также во многом была вдохновлена ACES. [18] [82]
Однако в 2021 году ULA заявила, что работает над тем, чтобы повысить ценность верхних ступеней, заставив их выполнять такие задачи, как работа в качестве космических буксиров. Генеральный директор Тори Бруно говорит, что ULA работает над верхними ступенями, которые в сотни раз превосходят по выносливости те, которые используются в настоящее время. [82]
Метод повторного использования основного двигателя, называемый Sensible Modular Autonomous Return Technology (SMART), является предлагаемой модернизацией для Vulcan Centaur. В концепции ускорительные двигатели, авионика и тяговая структура отделяются как модуль от топливных баков после отключения ускорительного двигателя. Затем модуль двигателя падает через атмосферу, защищенную надувным теплозащитным экраном . После раскрытия парашюта секция двигателя приводняется, используя теплозащитный экран в качестве плота. [83] ULA подсчитала, что эта технология может снизить стоимость движителя первой ступени на 90% и 65% от общей стоимости первой ступени. [31] [83] Хотя повторное использование SMART изначально не финансировалось для разработки, [80] с 2021 года более высокая частота запусков, необходимая для запуска мегасозвездия Project Kuiper, обеспечила поддержку бизнес-кейса концепции. [84] До 2022 года ULA намеревалась поймать секцию двигателя с помощью вертолета. [83]
В сентябре 2020 года ULA объявила, что они тщательно изучают вариант «Vulcan Heavy» с тремя ускорителями. Спекуляции о новом варианте бушевали в течение нескольких месяцев после того, как изображение модели этой версии появилось в социальных сетях. Генеральный директор ULA Тори Бруно позже опубликовал в Твиттере более четкое изображение модели и сказал, что она является предметом продолжающегося изучения. [18] [85] [ требуется обновление ]
Ракета на метане имеет более низкую плотность, поэтому у нас есть наружный диаметр конструкции 5,4 метра, в то время как для версии AR1 на керосине мы возвращаемся к размеру Atlas V.
выбрали СПГ, потому что он высокоэффективен, дешев и широко доступен. В отличие от керосина, СПГ может использоваться для самонагнетания давления в баке. Это известно как автогенное восстановление давления, и это устраняет необходимость в дорогостоящих и сложных системах, которые используют скудные запасы гелия на Земле. СПГ также обладает чистыми характеристиками сгорания даже при низком дросселе, что упрощает повторное использование двигателя по сравнению с керосиновым топливом.
«Работа ACES нашла отражение в нашей новой версии Centaur, Centaur 5, которую мы запускаем вместе с Vulcan. Эти исследования пяти-восьмилетней давности, безусловно, сослужили нам хорошую службу и вывели нас на хороший путь развития наших верхних ступеней. Мы продолжим совершенствовать нашу верхнюю ступень, чтобы соответствовать потребностям рынка в будущем».
ракетный двигатель американского производства, разрабатываемый для ракеты-носителя Vulcan компании ULA, испытывает технические проблемы, связанные с требуемыми возможностями воспламенителя и ускорителя, и может не пройти квалификацию вовремя для поддержки первых запусков, начинающихся в 2021 г.
sn20241016
была вызвана, но не определена (см. страницу справки ).таблица 10 страницы 27