Centaur (etapa superioară)

Un Centaur-2A folosit pe Atlas IIA

Centaurul este un stadiu superior pentru vehiculele de lansare , utilizat în prezent în Atlas V. Centaurul a fost primul stadiu superior cu energie ridicată, care ardea oxigen lichid și hidrogen , și a permis lansarea unora dintre cele mai importante misiuni științifice ale NASA în istoria sa de peste 60 de ani. ^[1]

S-a născut lui Karel J. „Charlie” Bossart (omul din spatele ICBM Atlas ) și Dr. Krafft A. Ehricke , ambii din Convair . ^[2] Proiectarea lor a fost în esență o versiune redusă a Atlasului, folosind baloane ușoare de oțel ca rezervoare a căror rigiditate structurală a fost asigurată doar de presiunea propulsorilor. Pentru a le menține înainte de a încărca combustibilul, rezervoarele au fost umplute cu azot sub presiune.

Centaurul este alimentat de unul sau două motoare RL10 (în variantele lor SEC și DEC respective).

Istorie

În 1956, Krafft Ehricke a început să studieze un stadiu superior de hidrogen lichid. În 1958 , proiectul a fost demarat între Convair, Agenția Proiectului de Cercetare Avansată (ARPA) și USAF . În 1959 NASA și-a asumat rolul de ARPA. ^[3] Dezvoltarea a început la Centrul de zbor spațial Marshall , dar a fost mutat în curând la Centrul de cercetare Lewis ; are loc în prezent la Centrul de Cercetare Glenn . La început s-a întâmplat încet, cu primul zbor nereușit în mai 1962 . Între sfârșitul anilor cincizeci și începutul anilor șaizeci, Centaurul a fost propus ca o etapă superioară pentru familia Saturn , sub numele SV (pronunțat „ess five”) în conformitate cu numele celorlalte stadioane. Cu toate acestea, Centaurul nu a zburat niciodată pe Saturn, de fapt Saturn I a luat 6 RL10 în a doua etapă în loc de 2.

Un Atlas-Centaur, în timpul lansării Surveyor 1

Atlas-Centaur

Centaurul a fost inițial conceput pentru a zbura în familia de vehicule de lansare Atlas , care împărtășea structura sa. Cunoscut în desenele timpurii ca „stadiu superior cu energie ridicată”, numele său final a fost propus de Krafft Ehricke de la General Dynamics , care a dirijat dezvoltarea acestuia, referindu-se la animalul mitologic jumătate om și jumătate cal: Calul era Atlas, în timp ce omul a fost Centaurul, care a fost mintea lui. ^[4]

Centaurul a avut un rol esențial în lansarea sondelor Surveyor , datorită energiei ridicate a hidrogenului lichid folosit ca propulsor. Ambele s-au dovedit a fi importante în programul Apollo, deoarece sondele Surveyor au avut sarcina de a studia regulitul lunar și de a confirma posibilitatea aterizărilor umane, în timp ce hidrogenul lichid a trebuit să se dovedească fiabil în alimentarea etapelor superioare ale Saturnului. ^[2]

Primele lansări Atlas-Centaur au folosit versiuni de dezvoltare, denumite de la A la C. Prima lansare a avut loc pe 8 mai 1962 și s-a încheiat cu o explozie 64 de secunde mai târziu, când panourile solare au provocat o ruptură în rezervorul de hidrogen lichid. După mai multe reproiectări, următorul test, care a avut loc pe 26 noiembrie 1963 , a avut succes.

La 30 mai 1966, Atlas-Centaur a dus primul topograf la Lună . Aterizarea moale în Oceanul Furtunilor a fost prima NASA pe un alt corp ceresc ^[2] . Mai târziu au mai fost încă 6 misiuni de topograf, inclusiv 4 finalizate cu succes: în toate Atlas-Centaurul a funcționat perfect. Mai mult, aceste misiuni au demonstrat reaprinderea unui propulsor criogenic , o capacitate vitală în Programul Apollo și au furnizat informații despre comportamentul hidrogenului lichid în spațiu.

În anii șaptezeci, Centaurul a devenit pe deplin matur până la punctul de a deveni etapa superioară prin excelență în timpul lansărilor de mari încărcături civile pe orbita înaltă a pământului. De asemenea, a înlocuit vehiculul de lansare Atlas-Agena utilizat pentru misiunile interplanetare ale NASA, deși Departamentul Apărării a preferat să continue să utilizeze Titanul pentru propriile încărcături grele.

Până în 1989, Centaur-D a fost utilizat în 63 de lansări Atlas, inclusiv 55 finalizate cu succes. ^[5]

Titan III-Centaur

Un Titan-IIIE lansează Voyager 2.

Centaurul a fost folosit și pe lansatorul Titan III , mult mai puternic decât Atlas, în 1974 , creând Titan IIIE sau Titan III-Centaur, cu capacitate triplă în comparație cu Atlas-Centaur. De asemenea, a fost proiectată o izolare termică mai bună, permițându-i să rămână pe orbită până la 5 ore, mai degrabă decât doar 30 de minute. ^[2]

Prima lansare a Titan-Centaur în februarie 1974 a fost un eșec din cauza faptului că motoarele Centaurului nu au putut aprinde după separarea de rapel. Fără putere, Centaurul s-a autodistrugut pentru siguranță. Lansarea urma să lanseze o machetă a lui Viking pentru a testa capacitățile vehiculului de lansare înainte de a trimite sonda de miliarde de dolari; împreună cu acesta, a fost lansat Experimentul de înaltă tensiune cu plasmă spațială (SPHINX), destinat studierii interacțiunii dintre sondă și plasma cu energie ridicată, care a fost în consecință distrusă. În cele din urmă s-a descoperit că motoarele stadionului arseră blocuri prost instalate pe rezervorul de oxigen. ^[6]

Următorul Titan-Centaur a zburat în decembrie 1974 și a purtat sonda Helios 1 pentru a studia Soarele la distanțe scurte. Deși au existat suspiciuni din partea germanilor, care au crezut că lansarea este o lansare de testare pentru Viking ulterior, cu 2 aprinderi (solicitate de Viking) în timp ce Helios a necesitat doar una, zborul a fost un succes. Centaurul a terminat contactele după separarea între etape, testând capacitatea stadionului de a reporni în vid. ^{[2] [7]}

În 1975 , Titan-Centaur a lansat Viking 1 și 2 spre Marte. ^[8] Programate inițial pentru lansarea cu Saturn V , ^[2] Vikingul a fost cea mai grea misiune interplanetară lansată vreodată, fiecare navă spațială constând dintr-un orbitator și un lander. Aceste misiuni au fost succese complete, landerul Viking 1 funcționând până în 1982 și au fost singurele misiuni ale NASA cu care se confruntă Marte în următorii 20 de ani, până când Mars Global Surveyor a fost lansat în 1996 . ^[9]

Aceste lansări au fost urmate de lansarea Helios 2 în 1976 , o altă sondă solară germană, care s-a apropiat mai mult de Soare decât Helios 1. ^[10]

Următoarele 2 lansări au fost Voyager 1 și 2 , făcute pentru un tur excelent al sistemului solar exterior permis de o aliniere a planetelor care permitea curelelor gravitaționale să accelereze sondele între o planetă și alta. Voyager 2 a fost lansat pe 20 august 1977 , urmat 16 zile mai târziu de Voyager 1. ^[11] Voyager 2 este singura sondă care a vizitat Uranus și Neptun , în timp ce Voyager 1 a fost prima sondă care a ajuns în spațiul interstelar . În timp ce Titan-Centaurul care a lansat Voyager 2 a funcționat perfect, cel folosit pentru Voyager 1 s-a aprins devreme din cauza unei probleme hardware, pe care Centaurul a detectat-o ​​cu succes și a compensat-o. Acesta din urmă și-a încheiat misiunea cu mai puțin de 4 secunde rămase. ^[2] Aceasta a fost ultima lansare a unui Titan IIIE-Centaur.

Shuttle-Centaur

Impresia artistului despre Centaur-G cu sonda Ulise.

Odată cu introducerea Navetei Spațiale , NASA și Forțele Aeriene au avut nevoie de un stadiu superior pentru a alimenta încărcăturile din orbita scăzută a Pământului. O nouă versiune a Centaurului, Centaur-G, a fost dezvoltată, modificând holdele Challenger și Discovery . Centaur-G a fost optimizat pentru instalare în calea orbitatorului prin mărirea diametrului rezervorului de hidrogen la 14 picioare . Prima sa misiune, programată pentru 16 mai 1986 , a inclus lansarea Galileo către Jupiter , urmată de 6 zile mai târziu de Ulise ^[12] . Ulise ar fi fost, de asemenea, îndreptat către Jupiter pentru a exploata gravitația planetei și pentru a atinge o orbită solară foarte înclinată pentru a observa regiunile polare ale Soarelui. O versiune mai mică a Centaur-G a fost planificată pentru misiunile Shuttle planificate de Departamentul Apărării. și urma să fie folosit pentru a lansa Magellanul spre Venus . ^[13]

Centaurul, transportat în cala Shuttle-ului, necesită un sistem complex de sprijin aerodinamic, Centaur Integrated Support System (CISS), care controla presurizarea scenei în timpul zborului și activează propulsorii criogeni ai aceleiași pentru a putea descărcați-le în caz de avort. Zborurile Shuttle-Centaur ar fi avut nevoie de un impuls inițial de 109% spre deosebire de 104% obișnuite, iar Shuttle ar fi trebuit să atingă altitudinea minimă.

După prăbușirea Challenger , cu câteva luni înainte ca Shuttle-Centaur să zboare, NASA și-a dat seama că este prea riscant să zboare Centaurul pe Shuttle ^[14] și, astfel, Galileo, Ulysses și Magellan au fost lansate folosind cel mai puțin puternic și solid propulsor Inerțial Etapa superioară , conducând Galileo să efectueze mai multe curele gravitaționale între Venus și Pământ, pentru a ajunge la Jupiter. ^[15]

Titan IV-Centaur

Un Titan IV pe platforma de lansare, care transporta sonda Cassini-Huygens la bord.

Decizia de a pune capăt programului Shuttle-Centaur a determinat USAF să creeze Titan IV care, în versiunile sale 401A / B, a folosit Centaur-T, cu rezervorul de hidrogen cu un diametru de 4,3 m , ca etapă. Acest vehicul a fost capabil să lanseze încărcăturile care ar fi trebuit să fie lansate cu combinația Shuttle-Centaur. Titan 401A a fost lansat de 9 ori între 1994 și 1998 . Titan-Centaur a lansat sonda Cassini-Huygens către Saturn în 1997 în zborul de debut al Titan 401B, care a fost lansat de încă 6 ori, inclusiv un eșec, doar pentru a fi retras în 2003 . ^[16]

Atlas III

Ambele versiuni ale Atlas III au folosit variante ale etapei Centaur II, dezvoltate pentru seria Atlas II . Atlas IIIB a folosit o nouă versiune, Common Centaur. ^[17]

Atlas V

Etapa Centaur pe un Atlas V în lansarea Mars Science Laboratory

Atlas V implementează în prezent varianta comună a Centaurului ^[17] . În 2014, pe zborul NROL-35, Centaurul Common a zburat pentru prima dată cu un RL10-C-1 ca înlocuitor al RL10-A-4-2 anterior . Se consideră că acest motor este comun pentru a doua etapă criogenică Centaur și Delta , reducând costurile ^{[18] [19]} . RL10-A-4-2 va continua să fie utilizat în unele zboruri viitoare, deoarece în Centaur cu motor dublu noua variantă de motor este prea mare. ^{[19] La} fel ca pe Titan-Centaur, Atlas V 500 încapsulează treapta superioară a carenajului pentru spațiul de încărcare pentru a reduce forța de forță . Atlas V 400 zboară transportând carenajul peste Centaur, expunându-l la exterior.

Vulcan-Centaur

Noul vehicul de lansare Vulcan aflat în curs de dezvoltare de către United Launch Alliance va utiliza inițial un stadiu superior Centaur înainte de a introduce Etapa Evoluată Criogenică Avansată , capabilă să rămână pe orbită săptămâni întregi. ^[20]

Proiect

Centaur folosește rezervoare cu baloane, fabricate din oțel inoxidabil atât de subțire încât nu le poate suporta greutatea fără presurizare. Acest design al tancurilor, cu pereți groși de 0,76 mm, a făcut posibilă depozitarea unor cantități mari de propulsor, maximizând performanța stadionului. Folosește un cap comun pentru a separa rezervoarele LOX și LH2. Cele două capace din oțel inoxidabil sunt separate de un strat de celule din fibră de sticlă de 6,4 mm. Temperaturile extrem de scăzute ale LH2 creează un vid pe o parte a fibrei, scăzând conductivitatea termică a capului și reducând schimbul de căldură între LOX relativ blând și LH2 extrem de înghețat.

Controlul atitudinii este asigurat de motoarele hidrazine monopropelente situate în jurul stadionului. Există două perechi de două propulsoare și patru perechi de patru propulsoare, cu un total de șaisprezece propulsoare, alimentate de o pereche de rezervoare care conțin 150 kg de hidrazină. Presurizarea rezervorului, ca și în cazul unor funcții ale motorului, folosește heliu. ^[17] Sistemul principal de propulsie este format din unul sau două motoare RL-10. Aceste motoare pot fi repornite de mai multe ori, oferind suficientă putere și permițând Centaurului să efectueze inserții orbitale complexe și manevre de deorbit.

Centaurul comun, de pe Atlas V, poate transporta marfă secundară folosind suportul de perete din spate, un compartiment montabil aproape de capătul stadionului, aproape de motoare. ^[21]

Probleme

Deși Centaurul a avut o lungă istorie de succes în explorarea planetară, a avut și problemele sale, mai ales la început:

• 8 mai 1962 : Scutul Centaurului se separă prematur și stadionul explodează. Videoclipul exploziei a fost folosit în filmul Koyaanisqatsi .
• 30 iunie 1964 : Servomotorul hidraulic al pompei RL-10 s-a rupt, făcând imposibilă pornirea unuia dintre cele 2 RL-10.
• 11 decembrie 1964 : Încercarea de aprindere a eșuat, din cauza problemelor cu picăturile de combustibil.
• 7 aprilie 1966 : Centaurul nu a repornit după parcare.
• 10 august 1968 : Centaurul nu a repornit.
• 9 mai 1971 : Conducerea Centaurului a eșuat, distrugând stadionul cu Mariner 8 la bord.
• 11 februarie 1974 : într-un Titan-Centaur pompa a eșuat.
• 9 iunie 1984 : tancul LOX a eșuat, nu a repornit stadionul.
• 18 aprilie 1991 : Centaurul a eșuat din cauza înghețării pompei de hidrogen.
• 22 august 1992 : Centaurul nu a repornit din cauza problemelor cu gheața.
• 30 aprilie 1999 : Lansarea Milstar DFS3m, un satelit de telecomunicații, a eșuat atunci când o eroare în stadion a provocat o rulare necontrolată și pierderea controlului atitudinii, plasând satelitul pe o orbită inutilă.
• 15 iunie 2007 : Motorul din stadiul superior al unui Atlas V a murit prematur lăsându-și încărcătura - o pereche de sateliți de supraveghere oceanică de la Biroul Național de Recunoaștere - pe o orbită inferioară. Eșecul a fost numit „o mare neînțelegere”, deoarece afirmațiile ulterioare au stabilit că încărcătura era încă capabilă să-și îndeplinească misiunea. Cauza s-a datorat unei supape deschise care a dispersat o parte din LH2, încheind tracțiunea cu 4 secunde mai devreme. ^[22] Problema a fost rezolvată ^[23], iar următorul zbor a fost un succes. ^[24]

Starea curenta

ULA lucrează la un concept de etapă superioară care ar duce la fuzionarea Centaurului și DCSS împreună, creând o nouă etapă criogenică, Advanced Common Evolved Stage, destinat inițial ca un stadiu superior mai puternic, mai ieftin și mai versatil decât ar avea. a ajutat dacă nu a înlocuit Centaurul și Delta Criogenice Etapa a doua . Prin urmare, s-a decis încheierea lansărilor Delta IV și Atlas V în anii 1920, acordând prioritate Vulcanului , care va integra noul stadion. ^[25]

Specificații referitoare la Atlas V551

• Diametru: 3,05m
• Lungime: 12,68 m
• Masa inertă: 2247 kg
• Propulsor: hidrogen lichid
• Oxidant: oxigen lichid
• Masa propulsorului și oxidantului: 20830 kg
• Ghid: Inerțial
• Propulsie: 1 RL 10A-4-2
• Împingere: 99,2 kN
• Lungime motor: 2.32m
• Diametrul motorului: 1,53m
• Masa uscată a motorului: 168 kg
• Timp de aprindere: Variabil
• Pornirea motorului: Repornire
• Controlul atitudinii: 4 x 27 N și 8 x 40 N propulsoare
• Propulsor: hidrazină

Notă

Elemente conexe

• Annie Easley

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Centaur

linkuri externe

• ( EN ) Centaur , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul astronauticii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronautică