Ракета -носитель Polar Satellite Launch Vehicle ( PSLV ) — это одноразовая ракета-носитель средней грузоподъемности, разработанная и эксплуатируемая Индийской организацией космических исследований (ISRO). Она была разработана для того, чтобы позволить Индии запускать свои индийские спутники дистанционного зондирования (IRS) на солнечно-синхронные орбиты , услуга, которая до появления PSLV в 1993 году была доступна только на коммерческой основе из России. PSLV также может запускать спутники малого размера на геостационарную переходную орбиту (GTO). [11]
Некоторые известные полезные нагрузки, запущенные PSLV, включают первый индийский лунный зонд Chandrayaan-1 , первую индийскую межпланетную миссию Mars Orbiter Mission (Mangalyaan), первую индийскую космическую обсерваторию Astrosat и первую индийскую солнечную миссию Aditya -L1 . [2]
PSLV завоевала репутацию ведущего поставщика услуг совместных поездок для малых спутников благодаря многочисленным кампаниям по развертыванию нескольких спутников с вспомогательными полезными нагрузками, обычно с совместным использованием вместе с индийской основной полезной нагрузкой. [12] По состоянию на июнь 2022 года PSLV запустила 345 иностранных спутников из 36 стран. [13] Наиболее заметным среди них был запуск PSLV-C37 15 февраля 2017 года, в ходе которого было успешно развернуто 104 спутника на солнечно-синхронной орбите, что в три раза превысило предыдущий рекорд России по наибольшему количеству спутников, отправленных в космос за один запуск, [14] [15] до 24 января 2021 года, когда SpaceX запустила миссию Transporter-1 на ракете Falcon 9, выведшей на орбиту 143 спутника. [16]
Полезные грузы могут быть интегрированы в тандемной конфигурации с использованием адаптера двойного запуска. [17] [18] Меньшие полезные грузы также размещаются на палубе оборудования и настраиваемых адаптерах полезной нагрузки. [19]
Исследования группы планирования PSLV под руководством С. Шринивасана по разработке транспортного средства, способного доставлять 600 кг полезной нагрузки на солнечно-синхронную орбиту высотой 550 км с SHAR, начались в 1978 году. [20] [21] Из 35 предложенных конфигураций были выбраны четыре; к ноябрю 1980 года рассматривалась конфигурация транспортного средства с двумя вспомогательными устройствами на основном ускорителе (S80) с 80-тонной загрузкой твердого топлива каждая, жидкостной ступенью с 30-тонной загрузкой топлива (L30) и верхней ступенью, называемой системой перигей-апогей (PAS). [22] [23] [24] [25]
К 1981 году уверенность в разработке космических аппаратов дистанционного зондирования возросла с запуском Bhaskara-1 , и цели проекта PSLV были модернизированы, чтобы транспортное средство могло доставлять 1000 кг полезной нагрузки на 900-километровый SSO . По мере закрепления передачи технологий ракетного двигателя Viking была выбрана новая более легкая конфигурация с включением ступени с жидкостным приводом. [26] Финансирование было одобрено в июле 1982 года для окончательного проекта, использующего один большой твердотельный сердечник S125 в качестве первой ступени с шестью 9-тонными насадками (S9), полученными из первой ступени SLV-3 , жидкостной второй ступени (L33) и двумя твердыми верхними ступенями (S7 и S2). Эта конфигурация нуждалась в дальнейшем улучшении для соответствия требованиям точности вывода на орбиту спутников IRS, и, следовательно, твердотельная конечная ступень (S2) была заменена на жидкостную ступень с подачей под давлением (L1.8 или LUS), работающую от двух двигателей, полученных из двигателей управления креном первой ступени. Помимо повышения точности, жидкостная верхняя ступень также поглощала любые отклонения в работе твердой третьей ступени. Окончательная конфигурация PSLV-D1 для полета в 1993 году была (6 × S9 + S125) + L37.5 + S7 + L2. [23] [24]
Инерциальные навигационные системы разрабатываются ISRO Inertial Systems Unit (IISU) в Тируванантапураме . Жидкостные двигатели для второй и четвертой ступеней PSLV, а также системы управления реакцией (RCS) разрабатываются Центром жидкостных двигательных систем (LPSC) в Валиамале около Тируванантапурама , Керала . Твердотопливные двигатели обрабатываются в Космическом центре имени Сатиша Дхавана (SHAR) в Шрихарикоте , Андхра-Прадеш , который также осуществляет операции по запуску.
PSLV был впервые запущен 20 сентября 1993 года. [27] [28] Первая и вторая ступени работали так, как и ожидалось, но проблема с управлением ориентацией привела к столкновению второй и третьей ступеней при разделении, и полезная нагрузка не достигла орбиты. [29] После этой первоначальной неудачи PSLV успешно завершила свою вторую миссию в 1994 году. [30] Четвертый запуск PSLV потерпел частичную неудачу в 1997 году, оставив ее полезную нагрузку на более низкой, чем планировалось, орбите. В ноябре 2014 года PSLV запустилась 34 раза без дальнейших неудач. [31] (Хотя запуск 41: август 2017 года PSLV-C39 был неудачным. [2] )
PSLV продолжает поддерживать запуски индийских и иностранных спутников, особенно спутников на низкой околоземной орбите (LEO). Он претерпел ряд усовершенствований с каждой последующей версией, особенно тех, которые касались тяги, эффективности, а также веса. В ноябре 2013 года он был использован для запуска Mars Orbiter Mission , первого межпланетного зонда Индии. [32]
В июне 2018 года Кабинет министров Союза одобрил выделение 6131 крор рупий ( что эквивалентно 72 миллиардам рупий или 860 миллионам долларов США в 2023 году) на 30 эксплуатационных полетов ракеты PSLV, которые должны состояться в период с 2019 по 2024 год. [33]
ISRO работает над передачей производства и эксплуатации PSLV частной промышленности через совместное предприятие. [34] 16 августа 2019 года NewSpace India Limited опубликовала приглашение к участию в тендере на производство PSLV полностью частными предприятиями. [35] [36] 5 сентября 2022 года NewSpace India Limited подписала контракт с Hindustan Aeronautics Limited и Larsen & Toubro, возглавляемым конгломератом, на производство пяти ракет-носителей PSLV-XL после того, как они выиграли конкурсные торги. По этому контракту они должны поставить свою первую ракету-носитель PSLV-XL в течение 24 месяцев, а оставшиеся четыре — каждые шесть месяцев. [37] [38] [39]
Ракета PSLV имеет четыре ступени, в которых попеременно используются твердотопливные и жидкостные двигатели.
Первая ступень, один из крупнейших твердотопливных ракетных ускорителей в мире, несет 138 т (136 длинных тонн; 152 коротких тонны) гидроксильно-терминированного полибутадиенового (HTPB) топлива и развивает максимальную тягу около 4800 кН (1100000 фунт- сил ). Корпус двигателя диаметром 2,8 м (9 футов 2 дюйма) изготовлен из мартенситно-стареющей стали и имеет пустую массу 30200 кг (66600 фунтов). [9]
Управление тангажем и рысканием во время полета первой ступени обеспечивается системой вторичного впрыскивания вектора тяги (SITVC), которая впрыскивает водный раствор перхлората стронция в выхлопной расходящийся S139 из кольца из 24 инжекционных портов для создания асимметричной тяги. Раствор хранится в двух цилиндрических алюминиевых баках, прикрепленных к основному твердотопливному ракетному двигателю и находящихся под давлением азота . Под этими двумя баками SITVC также прикреплены модули Roll Control Thruster (RCT) с небольшим двухкомпонентным (MMH/MON) жидкостным двигателем. [28]
На ракетах PSLV-G и PSLV-XL тяга первой ступени увеличивается за счет шести навесных твердотопливных ускорителей . Четыре ускорителя зажигаются на земле, а оставшиеся два зажигаются через 25 секунд после запуска. Твердотопливные ускорители несут 9 т (8,9 длинных тонн; 9,9 коротких тонн) или 12 т (12 длинных тонн; 13 коротких тонн) (для конфигурации PSLV-XL) топлива и вырабатывают тягу 510 кН (110 000 фунт- сил ) и 719 кН (162 000 фунт -сил ) соответственно. Два навесных ускорителя оснащены SITVC для дополнительного управления ориентацией. [9] В ракете PSLV-CA не используются навесные ускорители.
Разделение первой ступени осуществляется четырьмя парами тормозных ракет, установленных на промежуточной ступени (1/2L). Во время разделения эти восемь ракет помогают оттолкнуть отработанную ступень от второй ступени. [40]
Вторая ступень приводится в действие одним двигателем Vikas и несет 41,5 т (40,8 длинных тонн; 45,7 коротких тонн) жидкого топлива, пригодного для хранения на Земле , — несимметричного диметилгидразина (UDMH) в качестве топлива и азотного тетраоксида (N 2 O 4 ) в качестве окислителя в двух баках, разделенных общей переборкой. [28] Он создает максимальную тягу 800 кН (180 000 фунт- сила ). Двигатель установлен на карданном подвесе (±4°) в двух плоскостях для обеспечения управления тангажем и рысканием с помощью двух приводов, в то время как управление креном обеспечивается двигателем с реактивным управлением горячим газом (HRCM), который выбрасывает горячие газы, отводимые от газогенератора двигателя Vikas. [41]
На промежуточной ступени (1/2U) PS2 имеются две пары ракет-носителей для поддержания положительного ускорения во время ступеней PS1/PS2, а также две пары тормозных ракет для помощи в отталкивании отработанной ступени во время ступеней PS2/PS3. [40]
Вторая ступень также несет некоторое количество воды в тороидальном баке на дне. [42] Водяной распылитель используется для охлаждения горячих газов из газогенератора Vikas до температуры около 600 °C перед поступлением в турбонасос. Топливные и водяные баки второй ступени находятся под давлением гелия . [43] [44] [45]
Третья ступень использует 7,6 т (7,5 длинных тонн; 8,4 коротких тонн) твердого топлива HTPB и создает максимальную тягу 250 кН (56 000 фунт- сил ). Продолжительность горения составляет 113,5 секунд. Она имеет корпус из кевлара - полиамидного волокна и подводное сопло, оснащенное шарнирным соплом с гибким подшипником-уплотнителем с вектором тяги ±2° для управления тангажем и рысканием. Управление креном обеспечивается системой управления реакцией четвертой ступени (RCS) во время фазы тяги, а также во время фазы комбинированного движения по инерции, при которой выгоревший PS3 остается прикрепленным к PS4. [9] [10]
Четвертая ступень приводится в действие регенеративно охлаждаемыми сдвоенными двигателями [46] , сжигающими монометилгидразин (MMH) и смешанные оксиды азота (MON). Каждый двигатель с подачей давления создает тягу 7,4 кН (1700 фунт -сила ) и установлен на карданном подвесе (±3°) для обеспечения управления тангажем, рысканием и креном во время полета с двигателем. Управление ориентацией на этапе береговой фазы осуществляется шестью двигателями RCS 50N. [47] Ступень находится под давлением гелия [48] и несет от 1600 кг (3500 фунтов) до 2500 кг (5500 фунтов) топлива в зависимости от требований миссии. PS4 имеет три варианта L1.6, L2.0 и L2.5 в зависимости от емкости топливного бака. [49] [50]
В ходе миссии PSLV-C29/TeLEOS-1 четвертая ступень впервые продемонстрировала возможность повторного зажигания, которая использовалась во многих последующих полетах для развертывания полезных нагрузок на нескольких орбитах в ходе одной кампании. [51]
В качестве меры по уменьшению космического мусора четвертая ступень PSLV пассивируется путем сброса давления и паров топлива после достижения основных целей миссии. Такая пассивация предотвращает любую непреднамеренную фрагментацию или взрыв из-за накопленной внутренней энергии. [52] [53] [54]
Сопло из ниобиевого сплава , используемое на двух двигателях четвертой ступени, как ожидается, будет заменено более легким, покрытым карбидом кремния дивергентным соплом из углерода-углерода . Новое сопло прошло горячие испытания на объектах IPRC, Махендрагири в марте и апреле 2024 года. Эта замена должна увеличить грузоподъемность PSLV на 15 килограммов (33 фунта). [55]
ISRO успешно завершила 665-секундный горячий тест 3D-печатного двигателя PS4, произведенного Wipro 3D с помощью селективной лазерной плавки . В общей сложности 19 сварных соединений были устранены в ходе этого процесса, а 14 компонентов двигателя были сокращены до одной детали. Это сэкономило 60% времени производства и радикально сократило количество сырья, используемого на двигатель, с 565 кг до 13,7 кг металлического порошка. [56]
PS4 несла размещенные полезные нагрузки, такие как AAM на PSLV-C8, [42] Rubin 9.1 / Rubin 9.2 на PSLV-C14 [57] и mRESINS на PSLV-C21. [58] Но теперь PS4 дорабатывается, чтобы служить в качестве долговременной орбитальной платформы после завершения основной миссии. Орбитальная платформа PS4 (PS4-OP) будет иметь собственный источник питания, телеметрический пакет, хранилище данных и управление ориентацией для размещенных полезных нагрузок. [59] [60] [61]
В кампаниях PSLV-C37 и PSLV-C38 [62] в качестве демонстрации PS4 поддерживалась в рабочем состоянии и контролировалась в течение более десяти орбит после доставки космического корабля. [63] [64] [65]
PSLV-C44 была первой кампанией, где PS4 функционировала как независимая орбитальная платформа в течение короткого периода времени, поскольку на борту не было никаких генерирующих мощностей. [66] Она несла KalamSAT-V2 в качестве фиксированной полезной нагрузки, кубсат 1U от Space Kidz India на основе комплекта Interorbital Systems . [67] [68]
В ходе кампании PSLV-C45 четвертая ступень имела собственную возможность генерации электроэнергии, поскольку она была дополнена массивом фиксированных солнечных элементов вокруг топливного бака PS4. [69] Три полезных нагрузки, размещенные на PS4-OP, включали усовершенствованный анализатор потенциала торможения для исследований ионосферы (ARIS 101F) от IIST , [70] экспериментальную полезную нагрузку AIS от ISRO и AISAT от Satellize . [71] Для работы в качестве орбитальной платформы четвертая ступень была переведена в режим стабилизации вращения с использованием двигателей RCS. [72]
В кампании PSLV-C53 PS4-OP упоминается как орбитальный экспериментальный модуль PSLV (POEM) , и он вмещал шесть полезных нагрузок. POEM был первой орбитальной платформой на базе четвертой ступени PSLV, которая была активно стабилизирована с помощью двигателей на холодном газе на основе гелия после основной миссии и пассивации ступени. [73] [74] [75] [76]
Программа демонстрации технологий многоразовых ракет-носителей представляет собой проект прототипа космического самолета , который в настоящее время разрабатывается ISRO. Планируется использовать GSLV, модифицированный путем замены его криогенной верхней ступени (CUS) на PS-4, поскольку RLV не будет нуждаться в избыточной тяге, создаваемой CUS. [77] [78]
Обтекатель полезной нагрузки PSLV, также называемый его «теплощитом», состоит из конической верхней секции со сферической носовой частью, цилиндрической средней секции и нижней секции в форме лодки. При весе 1182 кг (2606 фунтов) он имеет диаметр 3,2 метра и высоту 8,3 метра. [79] Он имеет конструкцию Isogrid и изготовлен из алюминиевого сплава 7075 со стальной носовой частью толщиной 3 мм. [80] [81] Две половины обтекателя разделяются с помощью пиротехнического устройства на основе системы сброса, состоящей из горизонтальных и боковых механизмов разделения. [82] Для защиты космического корабля от повреждений из-за чрезмерных акустических нагрузок во время запуска внутренняя часть теплозащитного экрана облицована акустическими одеялами. [28]
ISRO предусмотрела несколько вариантов PSLV для удовлетворения различных требований миссии. В настоящее время существуют две рабочие версии PSLV — версия с одним ядром (PSLV-CA) без дополнительных двигателей и версия (PSLV-XL) с шестью дополнительными двигателями увеличенной длины (XL), каждый из которых несет 12 тонн топлива на основе HTPB. [83] Эти конфигурации обеспечивают широкий диапазон полезной нагрузки до 3800 кг (8400 фунтов) на низкой околоземной орбите и 1800 кг (4000 фунтов) на солнечно-синхронной орбите.
Стандартная или «Generic» версия PSLV, PSLV-G имела четыре ступени, использующие твердотопливные и жидкостные двигательные установки попеременно, и шесть подвесных двигателей (PSOM или S9) с 9-тонной загрузкой топлива. Она имела возможность запускать 1678 кг (3699 фунтов) на высоту 622 км (386 миль) на солнечно-синхронную орбиту. PSLV-C35 был последним эксплуатационным запуском PSLV-G перед его прекращением. [84] [85] [86]
Модель PSLV -CA , CA означает «Core Alone», была впервые представлена 23 апреля 2007 года. Модель CA не включает шесть навесных ускорителей, используемых в стандартном варианте PSLV, но два бака SITVC с модулями Roll Control Thruster по-прежнему прикреплены к боковой стороне первой ступени с добавлением двух цилиндрических аэродинамических стабилизаторов. [49] [86] Четвертая ступень варианта CA имеет на 400 кг (880 фунтов) меньше топлива по сравнению со стандартной версией. [49] В настоящее время она способна выводить 1100 кг (2400 фунтов) на солнечно-синхронную орбиту высотой 622 км (386 миль) . [87]
PSLV-XL — это модернизированная версия ракеты-носителя Polar Satellite Launch Vehicle в стандартной конфигурации, усиленная более мощными, удлиненными ускорителями с 12-тонной топливной нагрузкой. [49] При весе 320 т (310 длинных тонн; 350 коротких тонн) на старте, ракета использует более крупные двигатели (PSOM-XL или S12) для достижения более высокой грузоподъемности. [88] 29 декабря 2005 года ISRO успешно испытала улучшенную версию ускорителя для PSLV. [89] Первым использованием PSLV-XL был запуск Chandrayaan-1 с помощью PSLV-C11. Грузоподъемность этого варианта составляет 1800 кг (4000 фунтов) на солнечно-синхронную орбиту. [87]
Вариант PSLV-DL имеет только два навесных ускорителя с 12-тонной топливной нагрузкой на них. PSLV-C44 24 января 2019 года был первым полетом с использованием варианта PSLV-DL ракеты-носителя Polar Satellite Launch Vehicle. [90] [91] Он способен выводить 1257 кг (2771 фунт) на солнечно-синхронную орбиту высотой 600 км (370 миль). [5]
Вариант PSLV-QL имеет четыре наземных ускорителя, каждый с 12 тоннами топлива. PSLV-C45 1 апреля 2019 года был первым полетом PSLV-QL. [92] Он способен выводить 1523 кг (3358 фунтов) на солнечно-синхронную орбиту высотой 600 км (370 миль). [5]
PSLV-3S была задумана как трехступенчатая версия PSLV с шестью прицепными ускорителями и удаленной второй жидкостной ступенью. Ожидалось, что общая стартовая масса PSLV-3S составит 175 тонн с возможностью размещения 500 кг на низкой околоземной орбите высотой 550 км . [87] [93] [94] [95] [96]
ПСЛВ - XL:
[97] [98] [99]
По состоянию на 1 января 2024 года [обновлять]PSLV осуществила 60 запусков, из которых 57 успешно достигли запланированных орбит, два полностью провалились и один частично провалился, что дало показатель успешности 95% (или 97% с учетом частичного провала). [100] Все запуски были произведены с Космического центра имени Сатиша Дхавана, известного до 2002 года как полигон Шрихарикота (SHAR).
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Примерно через год было внесено важное изменение, при котором твердотельная четвертая ступень была заменена жидкостной. Это изменение считалось необходимым, поскольку точность, с которой спутники IRS должны были быть выведены на орбиту — в пределах 15 км по высоте орбиты и в пределах 0,1° от желаемого наклонения орбиты — не могла быть достигнута с твердотельной ступенью.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Четвертая ступень имеет три варианта, обозначенные как L1.6, L2.0 и L2.5 в зависимости от грузоподъемности топлива 1,6 т, 2 т и 2,5 т соответственно, необходимой для конкретной миссии.
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )PSLV доступен в трех конфигурациях — стандартный автомобиль с шестью креплениями, который является более ранней версией PSLV (которая скоро будет снята с производства)
В настоящее время эксплуатируются две версии PSLV, а именно PSLV-XL (с шестью расширенными версиями двигателей Strap-on) и PSLV Core-alone (без двигателей Strap-on).