Ракета -носитель для полярных спутников ( PSLV ) — это одноразовая ракета-носитель средней грузоподъемности, разработанная и эксплуатируемая Индийской организацией космических исследований (ISRO). Он был разработан, чтобы позволить Индии запускать свои индийские спутники дистанционного зондирования (IRS) на солнечно-синхронные орбиты - услуга, которая до появления PSLV в 1993 году была коммерчески доступна только в России. PSLV также может запускать спутники небольшого 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 авторитет в качестве ведущего поставщика услуг совместного использования небольших спутников благодаря своим многочисленным кампаниям по развертыванию нескольких спутников со вспомогательной полезной нагрузкой, обычно совместно с индийской основной полезной нагрузкой. [12] По состоянию на июнь 2022 года PSLV запустила 345 иностранных спутников из 36 стран. [13] Наиболее примечательным среди них стал запуск PSLV-C37 15 февраля 2017 года, в ходе которого было успешно развернуто 104 спутника на солнечно-синхронной орбите, что утроило 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 , выведя на орбиту 143 спутника. [16]
Полезные нагрузки могут быть интегрированы в тандемную конфигурацию с использованием адаптера двойного запуска. [17] [18] Меньшая полезная нагрузка также размещается на палубе оборудования и в специальных адаптерах полезной нагрузки. [19]
Исследования группы планирования PSLV под руководством С. Сринивасана по разработке транспортного средства, способного доставить 600-килограммовую полезную нагрузку на солнечно-синхронную орбиту высотой 550 км от SHAR , начались в 1978 году. [20] [21] Среди 35 предложенных конфигураций были выбраны четыре; к ноябрю 1980 года была создана конфигурация корабля с двумя подвесками на основном ускорителе (S80) с 80-тонной твердотопливной загрузкой каждая, жидкостной ступенью с 30-тонной топливной загрузкой (L30) и разгонным блоком под названием «Система Перигей-Апогей» ( PAS) рассматривался. [22] [23] [24] [25]
К 1981 году уверенность в разработке космического корабля дистанционного зондирования возросла с запуском Bhaskara-1 , а цели проекта PSLV были модернизированы, чтобы позволить аппарату доставлять полезную нагрузку массой 1000 кг на расстояние 900 км SSO . По мере закрепления технологии ракетного двигателя «Викинг» была выбрана новая более легкая конфигурация с включением ступени с жидкостным двигателем. [26] В июле 1982 года было одобрено финансирование окончательной конструкции, в которой в качестве первой ступени использовалась одна большая твердая активная зона S125 с шестью 9-тонными подвесками (S9), заимствованными из первой ступени SLV-3 и второй ступени, работающей на жидком топливе (L33). и две твердотельные верхние ступени (S7 и S2). Эта конфигурация нуждалась в дальнейшем усовершенствовании, чтобы соответствовать требованиям к точности выведения на орбиту спутников IRS, и, следовательно, твердотельная конечная ступень (S2) была заменена ступенью с жидкостным питанием под давлением (L1. 8 или LUS) с двумя двигателями, созданными на основе двигателей управления по крену первой ступени. Помимо повышения точности, жидкостная верхняя ступень также компенсирует любые отклонения в характеристиках 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 разработаны подразделением инерциальных систем ISRO (IISU) в Тируванантапураме . Жидкостная двигательная установка для второй и четвертой ступеней PSLV, а также системы управления реакцией (RCS) разработаны Центром жидкостных двигательных систем (LPSC) в Валиамале недалеко от Тируванантапурама , Керала . Твердотопливные двигатели обрабатываются в Космическом центре Сатиш Дхаван (SHAR) в Шрихарикоте , штат Андхра-Прадеш , который также выполняет операции по запуску.
PSLV был впервые запущен 20 сентября 1993 года. [27] [28] Первая и вторая ступени работали как положено, но проблема с ориентацией привела к столкновению второй и третьей ступеней при разделении, и полезная нагрузка не смогла выйти на орбиту. . [29] После этой первоначальной неудачи PSLV успешно завершил свою вторую миссию в 1994 году. [30] Четвертый запуск PSLV потерпел частичный отказ в 1997 году, в результате чего его полезная нагрузка оказалась на орбите ниже запланированной. В ноябре 2014 года PSLV запускался 34 раза без дальнейших сбоев. [31] (Хотя запуск 41: август 2017 г. PSLV-C39 оказался неудачным. [2] )
PSLV продолжает поддерживать запуски индийских и зарубежных спутников, особенно спутников на низкой околоземной орбите (LEO). В каждой последующей версии он претерпел несколько улучшений, особенно в отношении тяги, эффективности и веса. В ноябре 2013 года он использовался для запуска миссии Mars Orbiter , первого межпланетного зонда Индии. [32]
В июне 2018 года Кабинет министров Союза утвердил 6 131 крор фунтов стерлингов (что эквивалентно 72 миллиардам фунтов стерлингов или 900 миллионам долларов США в 2023 году) на 30 эксплуатационных полетов PSLV, которые планируется провести 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 исключительно частными предприятиями. [35] [36] 5 сентября 2022 года NewSpace India Limited подписала контракт с Hindustan Aeronautics Limited и конгломератом Larsen & Toubro, возглавлявшим конгломерат, на производство пяти ракет-носителей PSLV-XL после того, как они выиграли конкурсные торги. По этому контракту они должны поставить свой первый PSLV-XL в течение 24 месяцев, а остальные четыре машины — каждые шесть месяцев. [37] [38] [39]
PSLV имеет четыре ступени, в которых поочередно используются твердотельные и жидкостные двигательные установки.
Первая ступень, один из крупнейших твердотопливных ракетных ускорителей в мире, несет 138 т (136 длинных тонн; 152 коротких тонны) топлива из полибутадиена с концевыми гидроксильными группами (HTPB) и развивает максимальную тягу около 4800 кН (1100000 фунтов). е ). Корпус двигателя диаметром 2,8 м (9 футов 2 дюйма) изготовлен из мартенситностареющей стали и имеет пустую массу 30 200 кг (66 600 фунтов). [9]
Управление по тангажу и рысканью во время полета первой ступени обеспечивается системой вторичного управления вектором тяги впрыска (SITVC), которая впрыскивает водный раствор перхлората стронция в выхлоп S139 , отходящий от кольца из 24 впрыскивающих отверстий, для создания асимметричной тяги. Раствор хранится в двух цилиндрических алюминиевых резервуарах, прикрепленных к активной зоне твердотопливного двигателя и находящихся под давлением азота . Под этими двумя баками SITVC также прикреплены модули Roll Control Thruster (RCT) с небольшим двухкомпонентным жидкостным двигателем (MMH/MON). [28]
На PSLV-G и PSLV-XL тяга первой ступени увеличивается за счет шести навесных твердотопливных ускорителей . Четыре ракеты-носителя зажигаются с земли, а остальные 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 производят 510 кН (110 000 фунтов силы ) и 719 кН (162 000 фунтов). f ) тяга соответственно. Два накладных ускорителя оснащены системой SITVC для дополнительной ориентации. [9] PSLV-CA не использует накладные усилители.
Отделению первой ступени способствуют четыре пары ретро-ракет, установленных в межступенчатом пространстве (1/2L). Во время подготовки эти восемь ракет помогают оттолкнуть отработавшую ступень от второй ступени. [40]
Вторая ступень приводится в движение одним двигателем Vikas и несет 41,5 т (40,8 длинных тонн; 45,7 коротких тонн) жидкого топлива, пригодного для хранения на Земле : несимметричный диметилгидразин (НДМГ) в качестве топлива и тетроксид азота (N 2 O 4 ) в качестве окислителя. два танка, разделенные общей переборкой. [28] Он создает максимальную тягу 800 кН (180 000 фунтов силы ). Двигатель закреплен на подвесе (±4°) в двух плоскостях для обеспечения управления по тангажу и рысканию с помощью двух приводов, а управление по крену обеспечивается двигателем управления реакцией горячего газа (HRCM), который выбрасывает горячие газы, отводимые от газогенератора двигателя Vikas. [41]
На промежуточной ступени (1/2U) PS2 имеются две пары ракет незаполненного объема для поддержания положительного ускорения во время включения PS1/PS2, а также две пары ретро-ракет, помогающих отталкивать отработавшую ступень во время включения PS2/PS3. [40]
Вторая ступень также несет некоторое количество воды в тороидальном резервуаре внизу. [42] Распыление воды используется для охлаждения горячих газов из газогенератора Vikas примерно до 600 °C перед входом в турбонасос. Топливо 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 тонны) твердого топлива HTPB и обеспечивает максимальную тягу 250 кН (56 000 фунтов- силу ). Продолжительность его горения составляет 113,5 секунды. Он имеет корпус из кевларового полиамидного волокна и погружное сопло, оснащенное шарнирным соплом с гибким подшипником и уплотнением с вектором тяги ± 2 ° для управления по тангажу и рысканию. Управление по крену обеспечивается системой управления реакцией четвертой ступени (RCS) на этапе тяги, а также на этапе комбинированного движения по инерции, при котором сгоревший PS3 остается прикрепленным к PS4. [9] [10]
Четвертая ступень приводится в действие сдвоенными двигателями регенеративного охлаждения, [46] сжигающими монометилгидразин (ММГ) и смешанные оксиды азота (MON). Каждый двигатель с питанием под давлением создает тягу 7,4 кН (1700 фунтов силы ) и имеет подвес (±3°) для обеспечения управления по тангажу, рысканию и крену во время полета с двигателем. Управление ориентацией на прибрежной фазе обеспечивается шестью подруливающими устройствами 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 миссии PSLV-C29/TeLEOS-1 четвертая ступень впервые продемонстрировала возможность повторного запуска, которая использовалась во многих последующих полетах для развертывания полезной нагрузки на нескольких орбитах в рамках одной кампании. [51]
В качестве меры по предотвращению образования космического мусора четвертая ступень PSLV пассивируется путем стравливания 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]
Ожидается, что сопло из ниобиевого сплава , используемое в сдвоенных двигателях четвертой ступени, будет заменено более легким углеродно-углеродным расходящимся соплом с покрытием из карбида кремния . Новое сопло прошло горячие испытания на объектах IPRC в Махендрагири в марте и апреле 2024 года. Эта замена должна увеличить грузоподъемность PSLV на 15 кг (33 фунта). [55]
ISRO успешно завершила 665-секундное горячее испытание напечатанного на 3D- принтере двигателя PS4, изготовленного Wipro 3D посредством селективного лазерного плавления . В ходе этого процесса было удалено в общей сложности 19 сварных соединений, а 14 компонентов двигателя были уменьшены до одной детали. Это сэкономило 60% времени производства и резко снизило количество сырья, используемого на двигатель, с 565 кг до 13,7 кг металлического порошка. [56]
PS4 поддерживает 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 расширяется, чтобы служить орбитальной платформой длительного действия после завершения основной миссии. Орбитальная платформа PS4 (PS4-OP) будет иметь собственный источник питания, пакет телеметрии, хранилище данных и систему контроля ориентации размещенной полезной нагрузки. [59] [60] [61]
В кампаниях PSLV-C37 и PSLV-C38 [62] в качестве демонстрации PS4 оставался в рабочем состоянии и контролировался на протяжении более десяти витков после доставки космического корабля. [63] [64] [65]
PSLV-C44 была первой кампанией, в которой PS4 на короткое время функционировала как независимая орбитальная платформа, поскольку на борту не было мощностей по выработке электроэнергии. [66] В качестве фиксированной полезной нагрузки он нес KalamSAT-V2, кубсат размером 1U от Space Kidz India на основе комплекта Interorbital Systems . [67] [68]
В кампании PSLV-C45 четвертая ступень имела собственную возможность выработки электроэнергии, поскольку она была дополнена массивом фиксированных солнечных элементов вокруг топливного бака PS4. [69] Тремя полезными нагрузками, размещенными на PS4-OP, были усовершенствованный анализатор потенциала замедления для исследований ионосферы (ARIS 101F) от IIST , [70] экспериментальная полезная нагрузка AIS от ISRO и AISAT от Satellize . [71] Чтобы функционировать 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 на нем размещается шесть полезных нагрузок. POEM была 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 пассивизации ступени. [73] [74] [75] [76]
Обтекатель полезной нагрузки PSLV, также называемый его «Тепловым щитом», состоит из конической верхней части со сферическим носовым колпаком, цилиндрической средней части и нижней хвостовой части. При весе 1182 кг (2606 фунтов) он имеет диаметр 3,2 метра и высоту 8,3 метра. [77] Он имеет конструкцию Isoggrid и изготовлен из алюминиевого сплава 7075 со стальной носовой крышкой толщиной 3 мм. [78] [79] Две половины обтекателя разделяются с помощью системы сброса на основе пиротехнического устройства, состоящей из горизонтального и бокового механизмов разделения. [80] 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 — с одним сердечником (PSLV-CA) без навесных двигателей и версия (PSLV-XL) с шестью навесными двигателями увеличенной длины (XL), перевозящими 12 тонн HTPB. на основе пороха каждый. [81] Эти конфигурации обеспечивают широкие вариации полезной нагрузки до 3800 кг (8400 фунтов) на околоземной орбите и 1800 кг (4000 фунтов) на солнечно-синхронной орбите.
Стандартная или «универсальная» версия PSLV, PSLV-G, имела четыре ступени с поочередным твердотопливным и жидкостным двигательными установками и шесть навесных двигателей (PSOM или S9) с 9-тонной топливной загрузкой. Он имел возможность вывести 1678 кг (3699 фунтов) на солнечно-синхронную орбиту на высоту 622 км (386 миль). PSLV-C35 стал последним оперативным запуском PSLV-G перед его снятием с производства. [82] [83] [84]
Премьера модели PSLV-CA , CA означает «Core Alone», состоялась 23 апреля 2007 года. Модель CA не включает в себя шесть навесных ускорителей, используемых в стандартном варианте PSLV, но два бака SITVC с модулями подруливающих устройств Roll Control все еще прикреплены к борт первой ступени с добавлением двух цилиндрических аэродинамических стабилизаторов. [49] [84] Четвертая ступень варианта CA имеет на 400 кг (880 фунтов) меньше топлива по сравнению со стандартной версией. [49] В настоящее время он способен вывести 1100 кг (2400 фунтов) на солнечно-синхронную орбиту на высоту 622 км (386 миль) . [85]
PSLV-XL — это модернизированная версия ракеты-носителя для полярных спутников в стандартной конфигурации, усиленная более мощными удлиненными навесными ускорителями с 12-тонной топливной загрузкой. [49] При взлете машина массой 320 т (310 длинных тонн; 350 коротких тонн) оснащена навесными двигателями большего размера (PSOM-XL или S12) для достижения более высокой грузоподъемности. [86] 29 декабря 2005 года ISRO успешно испытала улучшенную версию накладного усилителя для PSLV. [87] Первым использованием PSLV-XL стал запуск Chandrayaan-1 с помощью PSLV-C11. Грузоподъемность этого варианта составляет 1800 кг (4000 фунтов) на солнечно-синхронной орбите. [85]
Вариант PSLV-DL имеет только два навесных ускорителя с 12-тонной пороховой нагрузкой на них. PSLV-C44, состоявшийся 24 января 2019 года, стал первым полетом с использованием варианта ракеты-носителя для полярных спутников PSLV-DL. [88] [89] Он способен вывести 1257 кг (2771 фунт) на солнечно-синхронную орбиту на расстояние 600 км (370 миль). [5]
Вариант PSLV-QL имеет четыре подвесных ускорителя с наземной подсветкой, каждый по 12 тонн топлива. PSLV-C45 1 апреля 2019 года стал первым полетом PSLV-QL. [90] Он способен вывести 1523 кг (3358 фунтов) на солнечно-синхронную орбиту на расстояние 600 км (370 миль). [5]
PSLV-3S был задуман как трехступенчатая версия PSLV с шестью навесными ускорителями и удаленной второй жидкостной ступенью. Ожидается, что общая стартовая масса PSLV-3S составит 175 тонн и сможет вывести 500 кг на низкую околоземную орбиту высотой 550 км . [85] [91] [92] [93] [94]
PSLV-XL:
[95] [96] [97]
По состоянию на 1 января 2024 года [обновлять]PSLV произвел 60 запусков, из которых 57 успешно вышли на запланированные орбиты, два полных отказа и один частичный отказ, что дает уровень успеха 95% (или 97%, включая частичный отказ). [98] Все запуски осуществлялись с космодрома Сатиш Дхаван, известного до 2002 года как полигон Шрихарикота (SHAR).
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Примерно год спустя было внесено важное изменение: твердая 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 помощью твердой ступени.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Четвертая ступень имеет три варианта, обозначенные как L1.6, L2.0 и L2.5, в зависимости от загрузки пороха 1,6 т, 2 т и 2,5 т соответственно, необходимой для конкретной миссии.
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Сегодня PSLV доступен в трех конфигурациях: базовый автомобиль с шестью ремнями, который представляет собой более раннюю версию PSLV (которая скоро будет снята с производства).
В настоящее время работают две версии PSLV, а именно PSLV-XL (с шестью расширенными версиями накладных двигателей) и PSLV Core-onone (без накладных двигателей).