Криогенный ЖРД "Вулкан" первой ступени ракеты-носителя "Ариан 5" предполагается включать до старта, поэтому проверка этого двигателя может осуществляться перед запуском твердотопливных стартовых ускорителей.
«Аэрокосмическая техника» 1991 №3, сс.195-196
1) Aerospace America, 1990, No. 6, p. 74-75. Перевод А. H. Гуляева.
© American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1990. Все права сохраняются.
2) Заместитель руководителя программы "Ариан 5", Национальный центр космических исследований.
Ракета-носитель "Ариан 5", находящаяся в стадии опытно-конструкторских работ, должна, по замыслу ее создателей, удовлетворять двум условиям: быть конкурентоспособной на мировом рынке носителей и обеспечивать достаточно высокий уровень безопасности, необходимый для осуществления пилотируемых космических полетов. Именно эти два условия лежат в основе проекта создания "Ариан 5" — ракеты-носителя пятого поколения, над разработкой которого трудятся специалисты Европейского космического управления.
"Ариан 5" задумана как многоцелевая ракета-носитель, главная задача которой заключается в доставке коммерческих спутников на геосинхронную орбиту (ГСО). Двухступенчатая ракета-носитель позволит выводить на геостационарную орбиту с углом наклона (к плоскости экватора) 10° два спутника массой по 3 т каждый, три спутника общей массой 5,5 т или один спутник массой 6,9 т.
Во время второго запуска ракеты-носителя "Ариан 5" предполагается вывести на околоземную орбиту космический корабль "Гермес" с экипажем из трех человек. "Гермес" с ресурсным модулем (суммарная масса 22 т) будет выведен на переходную орбиту (перигей 100 км, апогей 463 км) с углом наклона 28,5°. Кроме того, "Ариан 5" предполагается использовать для доставки на круговую орбиту с углом наклона 28,5° и высотой 500 км элементов европейской пилотируемой орбитальной станции "Колумб" массой 18 т, а также вывести 10-тонный автоматический аппарат "Полар Платформ" в рамках программы "Изучение планеты Земля" на гелиосинхронную орбиту высотой 800 км.
Коммерческая эксплуатация ракеты-носителя "Ариан 5" начнется после двух испытательных полетов. Первый (полет 501) запланирован на апрель 1995 года, а второй (полет 502) — на октябрь того же года. Первый запуск космического корабля "Гермес" (в автоматическом режиме, без космонавтов на борту) предполагается осуществить в середине 1998 года, а первый пилотируемый полет этого космического корабля запланирован на 1999 год.
Нижняя ступень ракеты-носителя будет состоять из двух твердотопливных стартовых ускорителей (РДТТ), криогенного ЖРД "Вулкан" и топливного бака с жидкими водородом и кислородом. Запуск ЖРД предполагается осуществлять до старта, поэтому проверка этого двигателя может проводиться перед запуском РДТТ. Компоновка верхней ступени будет определяться задачами, которые предполагается решать в конкретном полете. Так, в варианте, предназначенном для коммерческих запусков, верхняя ступень будет оборудована топливным баком для единственного двигателя с вытеснительной системой подачи, который предполагается запускать и останавливать несколько раз за время полета, приборный отсек, один или два отсека полезной нагрузки, вмещающих два или три спутника, и короткий обтекатель.
Если на борту ракеты-носителя будет находится лишь один спутник, головная часть верхней ступени будет состоять из приборного отсека и удлиненного обтекателя. В приборном отсеке предполагается разместить следующее оборудование: кабели (системы электрооборудования и телеметрической системы), систему пространственной стабилизации, предназначенную для управления креном во время самостоятельного полета верхней ступени и для стабилизации ракеты во время отделения спутника, а также во время выполнения маневра для ориентации. В случае когда на борту ракеты-носителя будет находится космический корабль "Гермес", верхняя ступень не будет оснащаться приборным отсеком: в этом нет необходимости, поскольку космический корабль имеет свое собственное радиоэлектронное оборудование.
Криогенный топливный бак предполагается изготовить из алюминиевого сплава 2921. Особенностью конструкции топливного бака является смежная металлическая перегородка, имеющая форму купола, покрытого изоляцией со стороны объема с жидким водородом. Бак рассчитан на 155 т топлива. Работа криогенного двигателя "Вулкан" основана на обычном газогенераторном цикле. Расчетный уровень давления в камере сгорания двигателя составит 101 кПа, что оставляет некоторый запас для его увеличения. Турбонасосные агрегаты (ТНА), обеспечивающие подачу водорода и кислорода, будут работать от общего газогенератора. Тяга двигателя "Вулкан" составит 1075 кН. Первые наземные испытания этого двигателя были запланированы на вторую половину 1990 года.
Криогенный ЖРД "Вулкан" первой ступени ракеты-носителя "Ариан 5" предполагается включать до старта, поэтому проверка этого двигателя может осуществляться перед запуском твердотопливных стартовых ускорителей. |
Камера сгорания двигателя "Вулкан" уже подверглась 26 испытаниям, в ходе которых суммарное время ее работы составило 140 с. ТНА для подачи водорода подвергся 22 испытаниям, в одном из которых он проработал 45 с на режиме 32 300 об/мин (номинальная скорость вращения вала ТНА составляет 34 000 об/мин). Подверглись также испытаниям четыре ТНА для подачи кислорода. Последний из этих ТНА был подсоединен к газогенератору и работал в течение 25 с при скорости вращения вала 14 000 об /мин. Газогенератор подвергся 28 испытаниям. Успешный исход испытаний отдельных узлов двигателя должен был позволить провести по крайней мере 20 испытаний собранного двигателя в 1990 году. В программе испытаний задействованы три двигателя и два испытательных стенда. Один испытательный стенд находится на территории испытательного центра SEP (Вернон, Франция), а другой — на территории испытательного центра DLR (Ламполдшаузен, Германия). Предполагается провести 500 испытаний. При этом время работы двигателей распределится следующим образом: 70 000 с для испытаний на соответствие техническим условиям и 90 000 с — на сдаточные испытания двигателя перед первым полетом космического корабля "Гермес".
РДТТ состоит из трех наполненных топливом блоков, развивающих суммарную тягу 6310 кН. Стальной корпус РДТТ состоит из семи цилиндрических секций. Поворотное сопло позволяет изменять направление вектора тяги на угол до 6°. При проектировании этого сопла применен опыт, накопленный при эксплуатации твердотопливных стартовых ускорителей КЛАМИ, "Спейс шаттл". Результаты многочисленных испытаний продемонстрировали высокую надежность РДТТ. Так, уменьшенная модель РДТТ, нагруженная 15 т топлива, успешно прошла огневые испытания еще в 1989 году. Первые 10 огневых натурных испытаний планируется провести во Французской Гвиане после того, как там будет завершено строительство испытательного стенда и завода по производству ракетного топлива.
Двигатель "LE-7" верхней ступени "Ариан 5" оснащен четырьмя сферическими баками, вмещающими 7 т топлива. Двигатель, имеющий тягу 20 кН, прошел 68 испытаний в 1988 году, а двигатель, имеющий тягу 27,5 кН, испытывался (без сопла) 94 раза в 1989 году. Испытания опытного образца верхней ступени планируется начать в июле 1992 года, а натурные испытания — в феврале 1994 года. Строительство стартовой площадки, предназначенной для запуска ракеты-носителя "Ариан 5", предполагается завершить в 1991 году. Эта стартовая площадка рассчитана на 10 пусков в год с минимальным интервалом в один месяц. Сборка пары РДТТ будет производиться в специальном ангаре, после чего их установят на стапель, перемещаемый по рельсам, для доставки к мобильному стартовому столу, где предполагается осуществить окончательную сборку ракеты-носителя. Собранная ракета-носитель будет доставлена в монтажно-испытательный корпус для контрольной проверки.
Счет времени готовности перед запуском начинается за девять часов до запланированного времени старта после перемещения мобильного стартового стола на стартовую площадку. В том случае, если "пусковое окно" будет пропущено и старт по каким-либо причинам не состоится, мобильный стартовый стол с установленной на нем ракетой-носителем будет возвращен в монтажно-испытательный корпус, а на следующий день вновь прибудет на стартовую площадку в ожидании "пускового окна". Это значительно упрощает процедуру запуска и уменьшает отрицательные последствия поломок оборудования стартовой площадки и неблагоприятных метеорологических условий. Кроме того, такая технология позволяет осуществлять сборку ракеты-носителя даже в том случае, если на стартовом столе уже установлена другая ракета, ожидающая запуска.