Atlas -Centaur — одноразовая ракета-носитель США , созданная на основе ракеты SM-65 Atlas D. Ракета имела верхнюю ступень Centaur , первую ступень такого типа, использующую в качестве топлива высокоэффективный жидкий водород. Запуски проводились с пускового комплекса 36 на базе ВВС на мысе Канаверал (CCAFS) во Флориде . После напряженной программы летных испытаний Atlas-Centaur запустила несколько важнейших космических миссий для Соединенных Штатов, включая Surveyor 1 и Pioneer 10/11 . Ракета постоянно развивалась и совершенствовалась вплоть до 1990 - х годов, а последним прямым потомком стал весьма успешный Atlas II .
Компания Convair , производитель Atlas, разработала верхнюю ступень Centaur специально для этого ускорителя, используя его конструкцию бака со стабилизированным давлением.
Centaur был первой ступенью ракеты, которая использовала жидкий водород (LH2) и жидкий кислород (LOX) в качестве топлива. Несмотря на высокую производительность, LH2 приходилось охлаждать до чрезвычайно низких температур (ниже LOX), а его низкая плотность означала необходимость в больших топливных баках.
Первой попыткой использования двигателя на топливе LH2/LOX была сверхсекретная программа разведывательного самолета Lockheed CL-400 Suntan ВВС США в середине 1950-х годов. Прогресс, достигнутый в ходе прерванного предприятия, был подхвачен Convair и другими для использования в ракетных ступенях. Первоначально Centaur был задуман как чисто экспериментальный проект по разработке опыта для более крупных и мощных ракетных ступеней, чтобы не отвлекать внимание Convair от важнейшей программы ракет SM-65 Atlas .
Convair разработала специально усовершенствованную версию ракеты Atlas D для стыковки со ступенями Centaur; Atlas был оснащен улучшенной секцией ускорителя MA-5 , которая имела два турбонасоса на каждом двигателе ускорителя, и усиленной конструкцией для большой верхней ступени, а также удлиненными топливными баками. Разработка Centaur была несколько затруднена настойчивостью в модификации компонентов Atlas вместо разработки совершенно новых. Это было сделано из-за соображений времени и бюджета, а также потому, что это позволяло производить Centaur на существующей сборочной линии Atlas в Convair. Двигатели были изготовлены Pratt & Whitney .
Первоначально находившийся под надзором ARPA , Centaur был передан NASA в июле 1959 года, через одиннадцать месяцев после начала программы. Военно-воздушные силы сохранили общее руководство отчасти потому, что они намеревались использовать Centaur для запуска сети военных спутников связи, известных как ADVENT. Созвездие из десяти спутников должно было обеспечить круглосуточную мгновенную связь для трех основных подразделений вооруженных сил США. Первые три должны были быть запущены на Atlas-Agena, затем остальные на Centaur. ADVENT так и не вышел за рамки чертежной доски, но Centaur быстро нашел применение в нескольких проектах планетарных зондов NASA, а именно Mariner и Surveyor .
Первоначальная нехватка средств привела к тому, что проект занял гораздо больше времени, чем предполагалось. Согласно первоначальному графику, Centaur должен был совершить свой первый полет в январе 1961 года.
_(2).jpg/1280px-Atlas_104D_Technicians_Readying_Booster_104D_for_Erection;_AMR_Complex_36._Date-_10-31-1961_(21061503084)_(2).jpg)
В октябре 1961 года первый Atlas-Centaur (Vehicle Flight-1: Atlas 104D и Centaur F-1) прибыл на мыс Канаверал и был установлен на недавно завершенном и специально построенном LC-36A. Технические проблемы заставили аппарат простоять на стартовой площадке в течение семи месяцев, наиболее серьезной из которых была утечка жидкого водорода через промежуточную переборку, разделяющую топливные баки, в сочетании с многочисленными менее серьезными проблемами с системами наведения и движения.
Ракета была запущена в 14:49 по восточному времени (18:49 по Гринвичу ) 8 мая 1962 года с намерением выполнить одиночный запуск с частично заправленным Centaur. Чуть меньше чем через минуту после запуска ступень Centaur разорвалась и развалилась, забрав с собой Atlas за считанные секунды. Сначала было неясно, что стало причиной отказа, так как кадры слежения камеры показали только большое белое облако, окутывающее ускоритель, за которым последовал взрыв всей ракеты-носителя. Первоначальные предположения заключались в том, что у Atlas произошел отказ бака LOX, либо из-за проблемы с давлением, разрыва бака летящими обломками или проблем с изгибом конструкции/аэродинамикой, вызванных непроверенной комбинацией Atlas-Centaur, и действительно, ранее при запусках Atlas уже случалось несколько таких отказов. До полета Mercury Скотта Карпентера оставалось всего несколько дней, и если причиной сбоя был Atlas, это могло бы означать существенные задержки для этой миссии, в которой использовался аналогичный Atlas D , производный от ускорителя Atlas LV-3B . Однако анализ данных телеметрии и более тщательное изучение фильмов запуска быстро подтвердили, что источником проблем был Centaur.
Было установлено, что причиной отказа была изоляционная панель, которая оторвалась от Centaur во время подъема, что привело к скачку давления в баке, когда LH2 перегрелся. Начиная с T+44 секунд, пневматическая система отреагировала выпуском топлива для снижения уровней давления, но в конечном итоге они превысили прочность конструкции бака LH2. В T+54 секунды Centaur испытал полное разрушение конструкции и потерю телеметрии, бак LOX разорвался и произвел взрыв, смешавшись с облаком водорода. Две секунды спустя летящие обломки разорвали бак LOX Atlas, после чего произошло полное разрушение ракеты-носителя. Панель должна была сбрасываться на высоте 49 миль (80 км), когда воздух был разрежен, но механизм, удерживающий ее на месте, был спроектирован ненадлежащим образом, что привело к преждевременному отделению. Изоляционные панели уже подозревались во время разработки Centaur как потенциально проблемная область, и возможность разрыва бака LH2 рассматривалась как сценарий отказа. Испытания были приостановлены на время устранения конструктивных недостатков «Кентавра».
Расследование Конгресса в июне 1962 года назвало общее управление программой Centaur «слабым», и Вернер фон Браун рекомендовал отменить ее в пользу Saturn I с верхней ступенью Agena для планетарных миссий.
Кроме того, производственная ступень Centaur имела меньшую грузоподъемность, чем изначально планировалось, что привело к отмене проекта ADVENT ARPA . NASA перевело разработку Centaur из MSFC в Исследовательский центр Льюиса в Огайо , где группа под руководством Эйба Сильверстайна работала над устранением проблем с изоляционными панелями и различных других недостатков конструкции. [1]
В ноябре 1962 года президент Кеннеди предложил полностью отменить Centaur, но его отговорили на том основании, что опыт, полученный с жидководородными ракетными двигателями, был жизненно важен для успеха программы Apollo . Кроме того, фон Браун теперь предложил исключить Saturn-Agena по соображениям стоимости — Saturn был слишком дорогим, чтобы оправдать его использование в качестве ракеты-носителя для небольших беспилотных зондов, а Agena вызывала опасения как у ВВС, так и у NASA по поводу ее надежности. [ необходима цитата ]
Восемь испытательных миссий Atlas-Centaur планировалось завершить к концу 1964 года, после чего последовал первый запуск программы Surveyor . Centaur был повышен до высокоприоритетного проекта из-за его прямой связи с Apollo. [2]
Тем временем Министерство обороны (DoD) остановилось на семействе Titan для своих нужд по запуску тяжелых грузов, и поэтому Atlas-Centaur остался гражданским пусковым устройством, используемым NASA для запуска научных и коммерческих грузов. Конфликт между ВВС, которые осуществляли основной надзор за Atlas, и NASA также существовал, поскольку ступень Centaur требовала различных модификаций базового Atlas. К 1962 году ВВС посчитали Atlas полностью разработанным и работоспособным и были против любых дальнейших существенных изменений в нем, которые могли бы потенциально поставить под угрозу программу МБР. Спор был в конечном итоге разрешен, когда NASA согласилось закупить стандартные транспортные средства Atlas D , которые могли быть модифицированы для запусков Centaur. Однако, когда программа МБР Atlas завершилась в 1965 году, Convair заменила все более ранние варианты стандартизированным ускорителем для всех космических запусков. [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-Atlas-LV3C_Centaur-B_(Centaur-AC_2).jpg)
Более чем через год, 27 ноября 1963 года в 19:03:23 по Гринвичу, AC-2 (ступень Atlas 126D и Centaur № 2) состоялся через пять дней после убийства президента Кеннеди. Модернизированная ступень Centaur функционировала без каких-либо проблем и выполнила один запуск на геостационарной переходной орбите (GTO) (орбита 474 x 1586 км, наклонение 30,4° и период 105,8 минут), где она оставалась по состоянию на 2021 год. Изоляционные панели были постоянно прикреплены к ступени, поскольку проблема сбрасывания все еще не была решена. Данные по вибрации показали, что панели преждевременно отсоединились бы, если бы они не были прикреплены болтами. Окончательное решение проблемы с панелями добавило больше сухой массы Centaur, что еще больше снизило его грузоподъемность. Эта ракета-носитель Atlas-Centaur 2 использовалась для испытаний производительности и прочности конструкции. Он нес полезную нагрузку массой 4621 кг и был оснащен 907 кг датчиков, оборудования и телеметрии. [3]
.jpg/1280px-Atlas_Negative_Collection_Image_(21675576522).jpg)
Полет AC-3 (Atlas 135D и Centaur № 3) был запущен 30 июня 1964 года в 14:04:22 по Гринвичу с полезной нагрузкой 4815 кг. Характеристики Atlas были близки к номинальным, маршевый двигатель работал на слегка обогащенной жидкой кислородной смеси в течение первых 70 секунд полета, а траектория была более возвышенной, чем ожидалось. Впервые были испытаны изоляционные панели и сбросы кожуха полезной нагрузки. После отделения ступеней Centaur и запуска двигателя двигатель номер два (C-2) начал терять управление по крену. Двигатель C-1 мог компенсировать это некоторое время, но Centaur в конечном итоге потерял управление и начал кувыркаться. Преждевременное отключение двигателя из-за нехватки топлива произошло в T+496 секунд, и Centaur упал в Южной Атлантике . Послеполетное расследование выявило неисправность в отказе гидравлического привода карданного подвеса двигателя Centaur-2. [4]
Полет AC-4 (Atlas 146D и Centaur № 4) был запущен 11 декабря 1964 года в 14:25:02 по Гринвичу с полезной нагрузкой 2993 кг (которая несла массовую модель космического корабля Surveyor ). Он провел испытания тяги и разделения ступеней [5] после двух попыток, отмененных из-за плохой погоды. Система наведения впервые работала в замкнутом цикле, и была предпринята попытка восстановить кожух полезной нагрузки, который был оснащен баллоном, предназначенным для выпуска зеленой маркерной краски в океан. Кожух был замечен спасательными бригадами, но затонул в океане и не мог быть обнаружен. Фаза полета Atlas и начальная фаза полета Centaur прошли без происшествий. Миссия пошла наперекосяк, когда Centaur не удалось перезапустить из-за непродуманной модификации конструкции — ракеты- носители были уменьшены в размере для экономии веса, однако их оказалось недостаточно для установки топлива в баках. Впоследствии, выброс водорода привел к тому, что аппарат вышел из-под контроля. После десяти витков Centaur вернулся в атмосферу над южной частью Тихого океана 12 декабря 1964 года. [6]
Полет AC-5 (Atlas 156D) 2 марта 1965 года в 13:25 по Гринвичу с мыса Кеннеди по высокоэллиптической орбите с полезной нагрузкой (Surveyor SD-1) массой 951 кг был предназначен только для одного включения Centaur C, и должностные лица программы были уверены. Эта миссия была разработана для репетиции полного включения верхней ступени Centaur в поддержку программы лунного посадочного модуля Surveyor. В номинальной миссии Centaur должен был вывести свою полезную нагрузку на прямую траекторию подъема к Луне . В этом испытательном полете NASA планировало доставить полезную нагрузку, нефункциональную динамическую модель, известную как SD-1, на орбиту 167 × 926,625 км, которая имитировала траекторию перехода к Луне.
Полет быстро закончился катастрофой, поскольку двигатели ускорителей Atlas отключились после нескольких футов подъема транспортного средства, и ракета упала обратно на LC-36A и взорвалась, груз LH2 Centaur взорвался огромным огненным шаром, что стало самым большим взрывом на стартовой площадке, когда-либо наблюдавшимся на мысе Канаверал. [7] Это был также первый Atlas-Centaur, оснащенный усиленными двигателями ускорителей MA-5 с тягой 165 000 фунтов (75 000 кг) после предыдущих испытаний на двух полетах Atlas-Agena. Повреждения LC-36A были не такими серьезными, как казалось, и ремонт был в основном завершен за три месяца, но завершение LC-36B также было ускорено. Большинство повреждений были термическими, а не структурными, и верхняя часть башни шлангокабеля, которая находилась в центре взрыва LH2, подверглась воздействию температур 3315 °C. [1] Авария ознаменовала собой первый отказ ускорителя Atlas при запуске в космос с момента запуска Midas 8 в июне 1963 года, что стало новым рекордом на тот момент из 26 последовательных полетов, в которых были только неисправности верхних ступеней или полезной нагрузки. Это был последний взрыв на стартовой площадке на мысе Канаверал до 2016 года ( предполетная неудача SpaceX Falcon 9 ).
Послеполетное расследование рассмотрело несколько возможных причин отключения двигателя ускорителя, включая случайное закрытие клапана отключения ступени подачи топлива ускорителя, открытый клапан заправки/слива топлива или случайный сигнал BECO. Эти виды отказов были быстро исключены, и внимание быстро сосредоточилось на закрытии предварительных клапанов подачи топлива ускорителя. Было обнаружено, что топливный трубопровод низкого давления ускорителя разрушился из-за внезапной потери потока топлива, но не разорвался. Расследование пришло к выводу, что предварительные клапаны подачи топлива открылись лишь частично, а потока топлива было достаточно, чтобы закрыть их, что привело к истощению двигателей ускорителя RP-1 и остановке из-за богатого LOX . Запуск двигателя прошел нормально, и все системы ускорителя функционировали должным образом, пока клапан не закрылся. Отключение ускорителя произошло в момент времени T+1,7 секунды, а транспортное средство ударилось о площадку в момент времени T+2,8 секунды. Стендовые испытания подтвердили, что существует несколько возможных способов, при которых клапан мог бы открыться только частично, хотя точная причина не была определена. Подобный режим отказа никогда не возникал в 240 запусках Atlas до AC-5, хотя всегда был возможен. [ необходима цитата ]
Пока не будет найдено более постоянное решение, для аппаратов Atlas-Agena было сделано временное исправление путем оснащения клапана ручным замком, который будет включен во время обратного отсчета перед запуском. В качестве меры предосторожности также был установлен ручной предварительный клапан маршевого двигателя серии E. Несвязанная системная неисправность в AC-5 была обнаружена, когда проверка телеметрических данных показала, что в компьютере наведения произошел сбой питания. В качестве временного исправления для Atlas-Centaur AC-6, 7 и 8 несколько неиспользуемых компонентов были удалены из компьютера, чтобы уменьшить сложность системы и точки отказа. [8]
Провал AC-5 привел к еще одному расследованию Конгресса, снова возглавляемому представителем Джозефом Карт , который утверждал, что на Centaur было потрачено 600 миллионов долларов налогоплательщиков, и это не принесло никакой пользы, и что Convair пользуется тем, что является единственным поставщиком ракеты Atlas-Centaur. Комитет предложил NASA рассмотреть альтернативные варианты для программы планетарного зонда, такие как Titan IIIC , или передать производство Centaur на аутсорсинг другим подрядчикам. Представители NASA утверждали, что это невозможно, поскольку ни одна другая аэрокосмическая компания не имеет опыта или технических возможностей для производства баллонов Centaur. [ необходима цитата ]
Стартовая площадка LC-36B была спешно введена в эксплуатацию, и 11 августа 1965 года в 14:31:04 по Гринвичу был успешно запущен AC-6 (аппарат 151D). Хотя Centaur казался готовым к полету, программа Surveyor была отложена. Аппараты AC-7 и AC-10 были предназначены для первых миссий Surveyor, а AC-8 должен был провести еще одно испытание, которое состоялось 8 апреля 1966 года в 01:00:02 по Гринвичу с полезной нагрузкой 771 кг, модель Surveyor M-1. [9] Двигатели Centaur снова вышли из строя, поскольку у них не было достаточного количества топлива для миссии. Он вышел из строя 5 мая 1966 года. Было запущено семь зондов Surveyor, все на Atlas-Centaur. [10]
Начиная с AC-13 ( Surveyor 5 ), аппараты Atlas-Centaur перешли на стандартизированное ядро SLV-3 Atlas. [11]
Первоначально в качестве первой ступени использовался модифицированный Atlas D, обозначенный как LV-3C. [12] Он был быстро заменен на SLV-3C, а позже на SLV-3D, оба были созданы на основе стандартной ракеты Atlas SLV-3 . Два космических полета с космическими зондами Pioneer 10 и Pioneer 11 к Юпитеру , Сатурну и выходом из Солнечной системы , использовали стабилизированную вращением твердотопливную конечную ступень " Star-37E ", весящую 2473 фунта (1122 кг) и обеспечивающую 8000 миль в час (13000 км/ч; 3,6 км/с) скорости космического корабля. [13]
После вывода из эксплуатации ступени Agena в 1978 году все запуски Atlas с этого момента производились в паре с Centaurs, за исключением нескольких военных полетов с использованием снятых с вооружения ракет Atlas E/F. [ необходима ссылка ]
Первоначально разработанный и построенный Convair Division of General Dynamics в Сан-Диего , Калифорния , производство Atlas-Centaur в Convair закончилось в 1995 году, но было возобновлено в Lockheed Martin в Колорадо . Список идентификационных номеров Atlas-Centaur начался с AC-1, запущенного 8 мая 1962 года, и закончился последним Atlas III (Centaur), AC-206, запущенным 3 февраля 2005 года. [ необходима цитата ]
Atlas -Centaur с двигателем Rocketdyne иногда называли 2+Ракета-носитель с 1 ⁄ 2 ступенью, поскольку первая ступень Atlas (в большинстве случаев) сбрасывала двухкамерный ускорительный двигатель до завершения работы первой ступени. Atlas-Centaur с первой ступенью, работающей на Rocketdyne, использовалась для 167 запусков в период с 1962 по 2004 год, к тому времени их заменила Atlas V с новой первой ступенью, работающей на гораздо более мощном двухкамерном двигателе РД-180 , разработанном и построенном в России . (Atlas V обычно не называют «Atlas-Centaur» и не разделяют серийные номера AC оригинальной Atlas-Centaur, которая имела стабилизированные давлением первые ступени.) [ необходима цитата ]
20 февраля 1975 года стартовал AC-33 со спутником связи Intelsat IV F-6 . Полет шел строго по плану до BECO в T+140 секунд. Во время отделения ускорителя поворотный трос, предназначенный для выдергивания электрической вилки, подающей питание на секцию ускорителя, не отсоединился, что вызвало скачок напряжения, который сбросил компьютер управления Atlas. В результате ускоритель сошел с траектории полета. SECO был выполнен вовремя в T+401 секунду, за которым последовало отделение Centaur и запуск двигателя, но стало ясно, что траектория приведет его в Атлантический океан вместо орбиты, поэтому офицер безопасности на полигоне (RSO) послал команду на уничтожение в T+413 секунд. Расследование показало, что трос был не только неправильно спроектирован, но и являлся готовым компонентом, предназначенным для морского оборудования, а не для ракет или самолетов. Шнур был отмечен как потенциальная проблема еще в 1967 году, и хотя были сделаны исправления для некоторых Atlas SLV, а также ракет серии Atlas E/F, не было никаких всеобщих усилий по замене их более подходящим компонентом. Резервный Intelsat ( Intelsat IV F-1 ) был успешно запущен на AC-35 в мае 1975 года.
Два года спустя, 29 сентября 1977 года, на борту AC-43 была предпринята еще одна попытка запуска спутника связи Intelsat ( Intelsat IVA F-5 ). Вскоре после старта в секции тяги Atlas были обнаружены аномальные температуры, которые продолжали расти по мере подъема ускорителя. Видимый пожар в секции тяги можно было увидеть, начиная с T+33 секунд, а гидравлическое давление управления вектором тяги маршевого двигателя было потеряно на T+55 секундах, что привело к полной потере управления кораблем. Обтекатель полезной нагрузки и спутник были сняты с ускорителя, после чего Atlas взорвался, когда пожар в секции тяги затронул топливные баки на T+60 секундах. Centaur летел свободно, пока не был уничтожен офицером по безопасности на полигоне несколько секунд спустя. Представители НАСА и ВВС США, уже занятые расследованием неудачного запуска ускорителя Delta тремя неделями ранее (OTS-1), подняли двигатели Atlas со дна океана и отправили их в Convair для изучения. Был сделан вывод, что утечка газогенератора, вызванная неправильной пайкой трубы, привела к перегреву и возгоранию в тяговой секции Atlas. Труба также подверглась коррозии из-за шести лет простоя на складе в соленом воздухе вдоль побережья Флориды, а повреждение было в области, не видимой во время предполетного осмотра. Atlas, использованный в этом полете, был доставлен на Мыс в 1971 году и с тех пор хранился на складе необычно долгое время. После аварии NASA провело проверку своих транспортных средств Atlas и обнаружило еще несколько неправильно спаянных труб, которые требовали замены. [ необходима цитата ]
26 марта 1987 года AC-67 не смог запустить спутник FLTSATCOM ВМС . В тот день погодные условия были плохими, с густой облачностью и «умеренными или сильными» осадками. Погодные условия нарушили один из критериев запуска («Траектория полета аппарата не должна проходить через облака среднего яруса глубиной 6000 футов или более, когда уровень замерзания находится в облаках»). Метеорологическая группа сообщила об этом как о проблеме обледенения, а не о риске молнии. После обсуждения риска, создаваемого льдом, руководители программы NASA дали добро. В Atlas ударила молния примерно через 48 секунд после запуска. Управление ускорителем начало выходить из строя, и он развалился на части из-за структурных нагрузок в T+50 секунд. Офицер безопасности на полигоне послал команду на уничтожение, но не было никаких доказательств того, что ускоритель когда-либо ее получил. Обломки выпадали из облаков на площадку, береговую линию или на мелководье недалеко от нее и были легко извлечены. В части обтекателя полезной нагрузки было обнаружено несколько небольших отверстий, прожженных из-за повторяющихся ударов молнии. Ключевым доказательством был бортовой компьютер Atlas, который был извлечен неповрежденным и исследован. Было обнаружено, что последняя отданная команда была сигналом на жесткое перемещение двигателей ускорителя вправо, вызванное, по-видимому, вызванным электромагнитным импульсом, вызванным молнией , изменившим одно слово в программе наведения. [14] [15]
Запуск вызвал существенную переоценку погодных правил на мысе Канаверал. 45-я метеорологическая эскадрилья использует правила, разработанные после инцидента, чтобы определить, позволяют ли погодные условия запуск. [16]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Centaur предназначался для запуска роботизированных зондов на Луну и внешние планеты, Уэбб утверждал, что NASA также получит важный опыт работы с жидким водородом, построив Centaur, и сможет применить этот опыт к Apollo.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .