Антарес ( / æ n ˈ t ɑː r iː z / ), известный во время ранней разработки как Taurus II , — одноразовая система запуска, разработанная Orbital Sciences Corporation (позже частью Northrop Grumman ) и Конструкторским бюро Pivdenne для запуска космического корабля Cygnus для Международная космическая станция в рамках программ НАСА COTS и CRS . Антарес , способный запускать полезную нагрузку весом более 8000 кг (18000 фунтов) на низкую околоземную орбиту , является крупнейшей ракетой, эксплуатируемой Northrop Grumman. Antares запускается с Среднеатлантического регионального космодрома и совершил свой первый полет 21 апреля 2013 года. [12] Antares 100 был снят с эксплуатации в 2014 году, а серия 200 была снята с эксплуатации в 2023 году из-за недоступности компонентов. По состоянию на январь 2024 года [обновлять]Antares 300 находится в стадии разработки.
В 2008 году НАСА заключило с Orbital Соглашение о коммерческих орбитальных транспортных услугах (COTS) в соответствии с Законом о космосе (SAA) для демонстрации доставки груза на Международную космическую станцию . Orbital (а позже Northrop Grumman) использовала Antares для запуска своего космического корабля Cygnus для этих миссий. По состоянию на август 2023 года [обновлять]он использовался только для запусков Cygnus на МКС, хотя предназначался для коммерческих запусков. Первоначально обозначенный как Телец II, 12 декабря 2011 года компания Orbital Sciences переименовала его в Антарес в честь одноименной звезды [ 13] .
Из 18 запусков «Антарес» потерпел один неудачный запуск. При пятом пуске 28 октября 2014 года ракета катастрофически вышла из строя, корабль и полезная нагрузка были уничтожены. [14] Причиной отказа были названы двигатели первой ступени ракеты. Для последующих запусков был выбран другой двигатель, и 17 октября 2016 года ракета успешно вернулась в полет.
У Антареса было две основные итерации конструкции: серия 100 и серия 200. В обеих сериях в качестве верхней ступени использовался Castor 30XL, но первая ступень отличалась. [15] На первом этапе в серии 100 использовались два двигателя AJ26 с приводом от Kerolox , и они успешно запускались четыре раза. Серия 100 была снята с производства после неудачного запуска в 2014 году. [16] Серия 200, которая впервые полетела в 2016 году, также имела первую ступень Kerolox, но вместо этого использовала два двигателя РД-181 вместе с другими незначительными модернизациями. Будущее 200-й серии стало неопределенным после вторжения России в Украину . Из-за того, что первая ступень производилась на Украине, а двигатели - в России, дальнейшее производство ракеты было невозможно продолжить. [15] В результате Northrop Grumman заключила соглашение с Firefly Aerospace на постройку первой ступени серии Antares 300. Northrop также заключила контракт с SpaceX на три запуска Falcon 9. [17]
Сумма гранта НАСА COTS составляла 171 миллион долларов США , и компания Orbital Sciences рассчитывала инвестировать дополнительные 150 миллионов долларов США, разделенные между 130 миллионами долларов США на ракету-носитель и 20 миллионами долларов США за космический корабль. [18] В 2008 году был заключен контракт на коммерческое снабжение на сумму 1,9 миллиарда долларов на восемь рейсов. [19] По состоянию на апрель 2012 года затраты на разработку оценивались в 472 миллиона долларов. [1]
В июне 2008 года было объявлено, что Среднеатлантический региональный космодром , ранее входивший в состав летного комплекса Уоллопс в Вирджинии , станет основной площадкой для запуска ракеты. [20] Стартовая площадка 0A (LP-0A), ранее использовавшаяся для неудачной ракеты Conestoga , будет модифицирована для управления Антаресом. [21] Уоллопс позволяет запускать запуски, которые достигают орбиты Международной космической станции так же эффективно, как и запуски с мыса Канаверал , Флорида, но при этом на них меньше людей. [18] [22] Первый полет Антареса запустил массовый симулятор Лебедя. [23]
10 декабря 2009 года компания Alliant Techsystems Inc. (ATK) провела испытания двигателя Castor 30 для использования на второй ступени ракеты Antares. [24] В марте 2010 года компании Orbital Sciences и Aerojet завершили испытательные стрельбы двигателей AJ-26 . [25] 22 февраля 2013 года было успешно проведено огневое испытание: вся первая ступень была установлена на площадке и удерживалась нажатой, пока двигатели работали в течение 29 секунд. [23]
Первая ступень «Антареса» сжигает РП-1 (керосин) и жидкий кислород (LOX). Поскольку у компании Orbital было мало опыта работы с большими жидкостными ступенями и топливом LOX, активная зона первой ступени была спроектирована и производится в Украине конструкторским бюро «Южное» и «Южмаш» [18] и включает баки топлива, баки наддува, клапаны, датчики, линии подачи, трубки, проводка и другое сопутствующее оборудование. [26] Как и «Зенит» , также производимый «Южмашом», корабль «Антарес» имеет диаметр 3,9 м (150 дюймов) с соответствующим обтекателем полезной нагрузки длиной 3,9 м . [6]
Первая ступень Antares 100-й серии была оснащена двумя двигателями Aerojet AJ26 . Они начались с двигателей Кузнецова НК-33, построенных в Советском Союзе в конце 1960-х - начале 1970-х годов, 43 из которых были закуплены Aerojet в 1990-х годах. Двадцать из них были переоборудованы в двигатели AJ26 для «Антареса». [27] Модификации включали оснащение двигателей подвеской , добавление американской электроники и допуск двигателей к работе в два раза дольше, чем предполагалось, и к работе на 108% от их первоначальной тяги. [3] [25] Вместе они произвели 3265 килоньютонов (734 000 фунтов силы ) тяги на уровне моря и 3630 кН (816 100 фунтов силы ) в вакууме. [8]
После катастрофического отказа AJ26 во время испытаний в Космическом центре Стеннис в мае 2014 года и неудачного запуска Orb-3 в октябре 2014 года, вероятно, вызванного турбонасосом двигателя, [28] серия Antares 100 была снята с производства.
Из-за опасений по поводу коррозии, старения и ограниченных поставок двигателей AJ26 компания Orbital выбрала новые двигатели первой ступени [25] [29] для участия в торгах по второму крупному долгосрочному контракту на пополнение грузовых запасов МКС . После потери ракеты «Антарес» в октябре 2014 года компания Orbital Sciences объявила, что российский РД-181 — модифицированная версия РД -191 — заменит AJ-26 на «Антаресе 200-й серии». [30] [31] Первый полет конфигурации «Антарес 230» с использованием РД-181 стартовал 17 октября 2016 года с грузом Cygnus OA-5 на МКС .
Первые ступени Antares 200 и 200+ оснащены двумя двигателями РД-181, которые обеспечивают на 440 килоньютонов (100 000 фунтов силы) большую тягу, чем двойные двигатели AJ26, используемые на Antares 100. Orbital адаптировала существующую основную ступень для обеспечения возросших характеристик в Серия 200, позволяющая Antares доставлять до 6500 кг (14 300 фунтов) на низкую околоземную орбиту. [7] Повышенная производительность Antares 200-й серии позволит Orbital выполнить свой контракт на поставку МКС всего за четыре дополнительных полета, а не за пять, которые потребовались бы для Antares 100-й серии. [32] [33] [34]
Хотя 200-я серия адаптировала первоначально заказанные ступени 100-й серии ( КБ «Южное» / «Южмаш» , производное «Зенита»), [35] она требует недостаточного дросселирования двигателей РД-181, что снижает производительность. [33]
Antares был модернизирован до Antares 230+ по контракту NASA Commercial Resupply Services 2. NG-12, запущенный 2 ноября 2019 года, стал первой миссией НАСА CRS-2 на МКС с использованием более 230 обновлений. Наиболее значительными модернизациями стали конструктивные изменения межбакового отсека (между баками LOX и РП-1) и носового отсека (передняя часть LOX). Кроме того, компания работает над улучшением траектории с помощью «автопилота сброса нагрузки», который обеспечит большую массу для вывода на орбиту. [36]
В августе 2022 года компания Northrop Grumman объявила, что заключила контракт с Firefly Aerospace на строительство первой ступени 300-й серии, которая похожа на находящуюся в разработке ракету-носитель MLV Firefly и имеет те же композитные конструкции, а также семь двигателей Miranda мощностью 7200 кН ( 1 600 000 фунтов силы) тяги — существенно больше, чем у предыдущей первой ступени 200-й серии. Northrop Grumman заявляет, что новая первая ступень существенно увеличивает массовую мощность Antares. [37] [9]
Это объявление произошло в результате российского вторжения в Украину в 2022 году , которое поставило под угрозу цепочки поставок предыдущих первых ступеней, которые производятся в Украине и используют двигатели РД-181 из России. [38]
Вторая ступень представляет собой твердотопливную ракету Orbital ATK Castor 30 , разработанную как производную от твердотопливного двигателя Castor 120, используемого в качестве первой ступени Minotaur-C , который сам основан на первой ступени межконтинентальной баллистической ракеты LGM-118 Peacekeeper . [39] В первых двух полетах «Антареса» использовался самолет Castor 30A, который для последующих полетов был заменен усовершенствованным Castor 30B. Castor 30B создает среднюю тягу 293,4 кН (65 960 фунтов -силу ) и максимальную тягу 395,7 кН (88 960 фунтов -силу ) и использует электромеханическое управление вектором тяги . [8] Для повышения производительности доступен более крупный Castor 30XL [35] , который будет использоваться на рейсах снабжения МКС, чтобы позволить «Антаресу» нести Enhanced Cygnus. [8] [40] [41]
Разгонный блок Castor 30XL для Antares 230+ оптимизируется для контракта CRS-2. Первоначальная конструкция Castor 30XL была консервативной, и после приобретения летного опыта было решено, что конструктивную часть корпуса двигателя можно облегчить. [36]
Antares предлагает три дополнительные третьи ступени: двухтопливную третью ступень (BTS), третью ступень на базе Star 48 и двигатель Orion 38 . BTS создан на основе автобуса космического корабля GEOStar компании Orbital Sciences и в качестве топлива использует тетраоксид азота и гидразин ; он предназначен для точного вывода полезных грузов на конечные орбиты. [6] Ступень на базе Star 48 использует твердотопливный ракетный двигатель Star 48BV и будет использоваться для орбит с более высокой энергией. [6] Орион 38 используется в ракетах «Минотавр» и «Пегас» в качестве верхней ступени. [42]
Обтекатель диаметром 3,9 метра (13 футов) и высотой 9,9 метра (32 фута) производится компанией Northrop Grumman из Юки, штат Миссисипи , которая также производит другие композитные конструкции для автомобиля, включая комбинированный адаптер обтекателя, додекагон, конус двигателя, и межэтапный. [43]
14 января 2016 года НАСА заключило три контракта на грузовые перевозки через CRS-2. Cygnus компании Orbital ATK был одним из таких контрактов. [44]
По словам Марка Печински, вице-президента Orbital ATK, Flight Systems Group, «дальнейшая улучшенная версия [Antares для контракта CRS-2] находится в разработке, которая будет включать в себя: Обновления ядра Этапа 1, включая структурное усиление и оптимизацию для выдерживания увеличенных нагрузок». Также) некоторые доработки двигателей РД-181 и двигателя CASTOR 30XL, а также улучшения размещения полезной нагрузки, включая функцию «выдвижного верха», включенную в обтекатель, позволяющую загружать груз поздней версии Cygnus, и оптимизированную структуру адаптера обтекателя».
Ранее предполагалось, что в результате запланированных обновлений серии Antares 230 будет создан автомобиль, известный как серия Antares 300. Однако, когда его спросили конкретно о разработке серии Antares 300, г-н Печинский заявил, что Orbital ATK «не решила называть обновления, над которыми мы работаем, серией 300. Это еще не решено». [45]
В мае 2018 года менеджер программы Antares Курт Эберли сообщил, что обновления будут называться Antares 230+. [36]
В первых двух испытательных полетах использовалась вторая ступень Castor 30A . Во всех последующих рейсах будет использоваться Castor 30B или Castor 30XL . Конфигурация ракеты обозначается трехзначным номером и возможным суффиксом «+», первое число представляет первую ступень, второе — тип второй ступени, а третье — тип третьей ступени. [40] Знак +, добавленный в качестве суффикса (четвертая позиция), означает повышение производительности варианта Antares 230.
Первоначально запланированный на 2012 год, первый запуск Antares, получивший обозначение A-ONE [46] , был проведен 21 апреля 2013 года [47] с использованием Cygnus Mass Simulator ( стандартный космический корабль Cygnus ) и четырех спутников CubeSat , заключенных по контракту с Spaceflight Incorporated: Dove 1 для Cosmogia Incorporated (ныне Planet Labs) и три спутника PhoneSat — Alexander , [48] Graham и Bell для НАСА. [49]
Перед запуском 22 февраля 2013 года был успешно проведен 27-секундный испытательный запуск двигателей ракеты AJ26 после попытки 13 февраля, которая была прекращена до возгорания. [23]
A-ONE использовала конфигурацию Antares 110 со второй ступенью Castor 30A и без третьей ступени. Запуск состоялся с площадки 0А Среднеатлантического регионального космодрома на острове Уоллопс , штат Вирджиния . LP-0A был бывшим стартовым комплексом Conestoga , который до этого использовался только один раз, в 1995 году, для единственной попытки запуска Conestoga на орбиту. [11] Антарес стал крупнейшей и первой ракетой на жидком топливе, полетевшей с острова Уоллопс, а также самой большой ракетой, запущенной Orbital Sciences. [46]
Первая попытка запуска ракеты, состоявшаяся 17 апреля 2013 года, была сорвана из-за отсоединения шлангокабеля от второй ступени ракеты, а вторая попытка 20 апреля была сорвана из-за высотного ветра. [50] С третьей попытки 21 апреля ракета стартовала в начале стартового окна. Окно запуска для всех трех попыток составляло три часа, начиная с 21:00 UTC (17:00 EDT ), сокращаясь до двух часов в начале подсчета терминалов и десяти минут спустя [ необходимы разъяснения ] в подсчете. [11] [51]
28 октября 2014 года попытка запуска корабля «Антарес» с грузовым космическим кораблем «Лебедь» в рамках миссии по пополнению запасов «Орб-3» потерпела катастрофическую неудачу через шесть секунд после старта со Среднеатлантического регионального космодрома на летном комплексе Уоллопс , штат Вирджиния . [52] Взрыв произошел в секции тяги, когда машина покинула башню, и она упала обратно на стартовую площадку. Офицер службы безопасности полигона послал команду на уничтожение непосредственно перед ударом. [14] [53] Пострадавших нет. [54] Компания Orbital Sciences сообщила, что стартовая площадка 0A «избежала значительных повреждений», [53] хотя первоначальная оценка ремонта составляла 20 миллионов долларов. [55] Компания Orbital Sciences сформировала комиссию по расследованию аномалий для расследования причин инцидента. Они связали это с отказом турбонасоса LOX первой ступени, но не смогли найти конкретную причину. Однако отремонтированные двигатели НК-33, первоначально изготовленные более 40 лет назад и хранившиеся десятилетиями, подозревали в наличии утечек, коррозии или производственных дефектов, которые не были обнаружены. [56] Отчет НАСА о расследовании авиационных происшествий был более прямым в своей оценке отказов. [57] 6 октября 2015 г., почти через год после аварии, площадка 0A была восстановлена в эксплуатацию. Общие затраты на ремонт составили около 15 миллионов долларов. [58]
После неудачи Orbital попыталась приобрести услуги по запуску своего космического корабля Cygnus, чтобы выполнить свой грузовой контракт с НАСА, [29] и 9 декабря 2014 года Orbital объявила, что будет запущен по крайней мере один, а возможно, два полета Cygnus. на ракетах Atlas V с базы ВВС на мысе Канаверал . [59] Так получилось, что Cygnus OA-4 и Cygnus OA-6 были запущены с помощью Atlas V, а Antares 230 выполнил свой первый полет с Cygnus OA-5 в октябре 2016 года. Еще одна миссия была запущена на борту Atlas в апреле 2017 года. ( Cygnus OA-7 ), выполняя контрактные обязательства Orbital перед НАСА. За ним последовал Antares 230, находившийся на регулярной основе в составе Cygnus OA-8E в ноябре 2017 года, а в рамках расширенного контракта запланированы еще три миссии.
Примечание. Cygnus CRS OA-4 , первая миссия Enhanced Cygnus, и Cygnus OA-6 приводились в движение ракетами-носителями Atlas V 401, в то время как новый Antares 230 находился на заключительной стадии разработки. Cygnus CRS OA-7 также был заменен на Atlas V 401 и запущен 18 апреля 2017 г.
Примечание. Cygnus NG-20 , Cygnus NG-21 и Cygnus NG-22 будут приводиться в движение ракетами-носителями Falcon 9 Block 5, пока новый Antares 330 находится в разработке.
В следующей таблице показана типичная последовательность запуска ракет серии Антарес-100, например, для запуска космического корабля Cygnus в рамках миссии по доставке грузов на Международную космическую станцию. [69] Фаза выбега необходима, поскольку твердотопливная верхняя ступень имеет короткое время горения. [97]
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Orbital объявила, что планирует использовать на «Антаресе» другой двигатель и, скорее всего, больше не будет использовать двигатели AJ-26 40-летней давности в следующем полете ракеты, который Orbital надеется провести в 2016 году.
LSP Vehicle Systems Engineering, Propulsion Engineering, Stress, Avionics и SMA (Safety and Mission Assurance) участвовали в CDR Antares Stage 1 для модификаций, необходимых для интеграции двигателей РД-181 с уровнями тяги 230 и 330.
Никаких признаков значительного ущерба нет.