ULA Delta IV Heavy успешно запускает NROL-44. NSF.
Уильям Грэм, 10 декабря 2020 г.
Первоисточник:
Ракета Delta IV Heavy от United Launch Alliance успешно запустила секретную полезную нагрузку Национального разведывательного управления (NRO) под кодовым названием NROL-44 в 20:09 EST в четверг, 10 декабря (01:09 UTC в пятницу, 12 декабря).
Этот полет стал первой миссией Delta IV после вывода из эксплуатации варианта Medium + в августе 2019 года и первой Delta IV Heavy с января 2019 года. Хотя ULA постепенно отказывается от Delta IV в пользу своей ракеты Vulcan, в конфигурации Heavy запланировано еще пять миссий до 2024 года.
Предыдущие попытки
В ходе миссии была зафиксирована длительная кампания по запуску, в результате которой было два прерывания на последней секунде — одно после того, как три основных двигателя RS-68A начали свою последовательность зажигания.
После вывоза на площадку в ноябре 2019 года и прохождения генеральной репетиции в январе 2020 года, направленной на выявление проблем с ракетой и пусковой площадкой, чтобы запуск прошел гладко, была осуществлена первая попытка запуска 27 августа 2020 года. Эта попытка завершилась еще до заправки топливом. Проблемы с нагревателей и пневматики вынудили контроллеры отложить запуск.
Вторая попытка была первоначально назначена на 28 августа, а затем была перенесена на 29 августа, когда инженерам потребовалось больше времени для решения проблемы с пневматикой. Во второй попытке Delta IV Heavy заправилась топливом до того, как из-за проблем с температурой ракеты в тот день команды оказались в окне запуска.
В конечном итоге проблема была решена, и команды подготовили ракету к запуску. Последовательность запуска двигателя началась в момент Т-7 секунд с зажигания двигателя RS-68A правого бустера, а через две секунды последовал запуск последовательности зажигания двигателей RS-68A основного и левого бустеров.
В момент времени T-3 секунды оборудование контроля обратного отсчета инициировала автоматическое прерывание, отключив три двигателя RS-68A и запустив серию процедур безопасности, чтобы перевести Delta IV Heavy в безопасную и стабильную конфигурацию для аварийного прерывания.
Причина прерывания сначала была обнаружена в «регуляторе давления с большим расходом, [который] не открывался», — сказал Тори Бруно, генеральный директор ULA. Дальнейшее расследование показало, что отказ регулятора произошел из-за разрыва диафрагмы. Всего существует три регулятора, и все три, по словам Тори, были заменены в течение первого периода подготовки.
После устранения этой проблемы и установки другой целевой даты ULA столкнулась с проблемой системы втягивания поворотного рычага и двумя отсрочками из-за предпусковых погодных условий и проблемы с гидравликой на Mobile Service Tower.
Все это привело к попытке запуска 30 сентября 2020 года, в ходе которой были замечены дополнительные аномалии с поворотными рычагами пусковой площадки SLC-37B, которые должны отрываться от ракеты при взлете. Эта проблема была решена, и все команды опросили «GO» на запуск в 23:54 EST.
На этот раз последовательность запуска трех двигателей RS-68A началась с большого сброса газообразного облака водорода из двигателей, чтобы подготовить их к воспламенению, однако весь процесс и обратный отсчет были снова прерваны, на этот раз в T-7 секунд непосредственно перед началом последовательности зажигания двигателей.
Неисправный датчик ошибочно сообщил, что клапан в одном из двигателей RS-68A не перешел в полетное положение, хотя он действительно это сделал; тем не менее, серьезная проверка после второго прерывания выявила проблемы с гидравликой наземной части, которые необходимо было исправить.
Позже ULA подтвердило, что проблема с гидравликой связана с системой втягивания поворотного рычага; и на исправление, проверку и сертификацию полета потребуется более двух месяцев.
Между тем, SpaceX, которая уже перенесла запуски, чтобы учесть задержки в этой миссии, подготовила и получила разрешение Range на запуск 10 декабря Falcon 9 с коммерческим спутником SXM-7. Затем ULA запросила в тот же день для NROL-44.
Поскольку два времени запуска были слишком близки, чтобы обеспечить поддержку двойного запуска, Range в конечном итоге отказал в разрешении SpaceX и предоставил день запуска ULA из-за компонента национальной безопасности спутника NRO.
Полезная нагрузка
Полезная нагрузка NROL-44 принадлежит Национальному разведывательному управлению (NRO), правительственному агентству США, ответственному за управление американским флотом спутников-шпионов. Хотя детали космических аппаратов NRO официально засекречены, многие сведения о предыдущих миссиях стали достоянием общественности. Из них, вкупе с тем, что было обнаружено о миссии NROL-44, можно экстраполировать довольно четкую картину вероятной идентичности и роли спутника.
NRO управляет спутниками, которые выполняют различные функции, включая получение оптических и радиолокационных изображений поверхности Земли, обнаружение и отслеживание судов в открытом море и перехват радиосигналов и средств связи. Два типа спутников, для которых требуются самые большие ракеты, — это серия спутников для получения оптических изображений, известная как Crystal, и серия спутников разведки сигналов (ELINT), известная как Orion. «Кристаллические» спутники обычно работают на околополярных солнечно-синхронных орбитах, а спутники Orion работают на экваториальной геостационарной орбите.
Несмотря на сверхсекретный характер миссии, Уведомления для летчиков (NOTAM) и моряков (NOTMAR) должны публиковаться перед каждым запуском ракеты. К ним относятся зона непосредственной опасности вокруг мыса Канаверал, а также районы, расположенные ниже, где могут упасть обломки, когда ракета сбрасывает свои нижние ступени и обтекатель полезной нагрузки на пути в космос. Эти опасные зоны показывают, что Delta IV Heavy будет двигаться в восточном направлении над Атлантическим океаном — и поэтому почти наверняка направляется на геостационарную орбиту.
Если это установлено, нет никаких сомнений в том, что полезная нагрузка NROL-44 является продолжением или преемником спутников Orion.
Первые два спутника Orion, запущенные в январе 1985 г. и ноябре 1989 г., были развернуты из отсека полезной нагрузки космического корабля «Дискавери» с использованием инерциальной верхней ступени (IUS) для достижения геостационарной орбиты. Созданные как спутники для разведки сигналов зарубежных приборов (FISINT), оптимизированные для перехвата телеметрических и командных сигналов, они заменили спутники Aquacade предыдущего поколения.
Два более крупных спутника «Орион» второго поколения были запущены в мае 1995 г. и мае 1998 г. с помощью ракет «Титан IV». Еще один запуск «Титана» произошел в сентябре 2003 года с более модернизированным спутником третьего поколения.
По мере развития Orion, как полагают, взял на себя роли других программ радиотехнической разведки NRO, в первую очередь системы радиосвязи Mercury (COMINT). Сообщается, что эта функция, перехват аудио и текстовых сообщений между людьми, стала основной задачей спутников. Спутники более поздних серий иногда неофициально называются «Advanced Orion».
Четыре основных спутника, находящихся в настоящее время в эксплуатации, были запущены ракетами Delta IV Heavy в период с 2009 по 2016 год. Обозначенные USA-202, 223, 237 и 268 — и запущенные как NROL-26, 32, 15 и 37 соответственно — этим космическим аппаратом, вероятно, будет оказана помощь несколькими старшими братьями и сестрами, которые могут остаться в эксплуатации.
NROL-44, вероятно, заменит одиннадцатилетний спутник USA-202, которому уже исполнилось одиннадцать с половиной лет, а смещенный спутник играет резервную роль в группировке — либо обеспечивает сбор вспомогательных данных, либо служит в качестве запасного на орбите. Скорее всего, это станет началом новой волны запусков Orion, при этом миссии NROL-68 и NROL-70 должны стартовать с мыса на борту Delta IV Heavy в 2022 и 2024 годах в качестве вероятных кандидатов на следующие полеты.
Неясно, являются ли эти космические аппараты дополнительными спутниками Орион третьего поколения или частью нового поколения.
С 2006 года номера присваиваются спутникам последовательно в порядке их запуска. Самыми последними спутниками, получившими обозначение США, были четыре спутника — USA-305–308 — запущенные в рамках миссии NROL-129 в июле 2020 года.
Запуск будет осуществлен United Launch Alliance, компанией, созданной в 2006 году для предоставления услуг по запуску правительству США, которое взяло на себя программу Atlas V от Lockheed Martin и ракеты Boeing Delta II и Delta IV.
Atlas V и Delta IV были разработаны в рамках программы Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), инициированной в 1990-х годах, которая сегодня известна как запуск в космос национальной безопасности (NSSL). Хотя Boeing и Lockheed Martin получили контракты, обвинения в корпоративном шпионаже со стороны первого быстро выявились, и соглашение об объединении их ресурсов в ULA стало частью окончательного урегулирования в последующем судебном разбирательстве.
В то время как ULA первоначально продолжала эксплуатировать Atlas V и Delta IV вместе друг с другом, чтобы обеспечить доступ в космос в случае, если одно транспортное средство когда-либо будет заземлено, появление ракеты Vulcan следующего поколения компании и усиление конкуренции со стороны конкурента SpaceX привели к рационализации этой линейки продуктов, с Delta IV и Altas V, которые будут постепенно заменены на Vulcan.
В августе 2020 года Космические силы США объявили, что компания Vulcan была выбрана для получения контрактов в рамках фазы 2 NSSL, заменяющей текущую программу NSSL, которая начинается в 2022 году. Vulcan получила 60% контрактов, а SpaceX выполнит оставшиеся 40% запусков ракетами Falcon 9 и Falcon Heavy.
В настоящее время ожидается, что Vulcan совершит свой первый полет в 2021 году, выполнив первую из двух сертификационных миссий, прежде чем получит разрешение на выполнение критических запусков для Космических сил.
ULA включил Atlas V в качестве резервного средства для этих миссий NSSL Phase 2, если Vulcan столкнется с проблемой и не получит для них сертификат вовремя.
Как и Atlas V, Delta IV была спроектирована как модульная ракета, способная летать в различных конфигурациях в зависимости от требований миссии. Эта конструкция Delta IV строится вокруг Common Booster Core (CBC), который служит первой ступенью ракеты. Приведенный в действие одним двигателем RS-68A — первоначально RS-68 — он работает на жидком водороде и жидком кислороде.
Самая маленькая конфигурация ракеты, Delta IV Medium, состояла из одного CBC с четырехметровым диаметром криогенной второй ступени Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) наверху. DCSS, работающий от двигателя RL10B-2, сжигает те же криогенные топлива, что и CBC.
В нескольких промежуточных конфигурациях «Medium +» к первой ступени добавлялись два или четыре твердотопливных ракетных ускорителя, а верхняя ступень опционально заменялась пятиметровым DCSS и соответствующим увеличенным обтекателем полезной нагрузки. Это была конфигурация Medium +, которая произвела первый запуск Delta IV в ноябре 2002 года, доставив на орбиту спутник связи Eutelsat W5 (позже Eutelsat 33B).
В период с 2003 по 2006 год Delta IV Medium совершил три запуска, но впоследствии был снят с производства. Запуск Delta IV Medium + продолжался до августа 2019 года.
Первый Delta IV Heavy поднялся в воздух 21 декабря 2004 г., выполнив демонстрационный полет для ВВС США. В этой конфигурации используются три общих ускорительных блока, сгорающих вместе при взлете, причем два блока, прикрепленные к бокам ракеты, разделяются перед отделением центрального блока. Пятиметровая верхняя ступень DCSS завершает сборку и может производить несколько прожигов для вывода полезной нагрузки непосредственно на геостационарную орбиту, если это необходимо.
Во время демонстрационной миссии 2004 года кавитация (небольшие заполненные паром полости) в топливных магистралях ракеты, когда в CBC начала заканчиваться топливо, привела к преждевременному отключению их двигателей. Разгонный блок все еще смог выйти на орбиту, хотя и значительно более низкую, чем планировалось.
На сегодняшний день это единственный провал запуска Delta IV. Три года спустя следующий Delta IV Heavy успешно вывела на орбиту спутник обнаружения ракет DSP-23. Heavy в основном использовался для военных запусков, хотя он также выполнил две ключевые миссии для НАСА — с испытательным полетом EFT-1 космического корабля НАСА Орион в 2014 году и развертыванием Parker Solar Probe в 2018 году.
NROL-44 стал 41-м полетом Delta IV и 12-м в конфигурации Heavy. Запуск производился с космодрома 37B (SLC-37B) на мысе Канаверал.
SLC-37B — это стартовая площадка на восточном побережье для Delta IV, наравне с пусковой площадкой ракеты на западном побережье — Space Launch Complex 6 (SLC-6) на базе ВВС Ванденберг. SLC-37B был построен на месте стартового комплекса эпохи Apollo 37B (LC-37B), который использовался в середине 1960-х годов для беспилотных орбитальных испытательных полетов ракет Сатурн I и IB, кульминацией которых стала миссия Apollo 5 в 1968 году в которой испытан лунный модуль на низкой околоземной орбите.
Complex 37 первоначально состоял из двух площадок — 37A и B, разделяющих общую мобильную башню обслуживания (MST), хотя LC-37A никогда не использовался для запуска. После Apollo 5 комплекс был законсервирован перед ожидаемой ролью в программе Apollo Applications после того, как была выиграна гонка на Луну. После того, как этот проект был свернут, комплекс был снесен и заброшен до 1990-х годов.
После прибытия на мыс Канаверал на борту ракетного корабля ULA — ранее MV Delta Mariner — Delta IV была доставлена на объект горизонтальной интеграции на SLC-37, чтобы начать подготовку к запуску. Здесь три общих ускорительных блока и DCSS были сопряжены до того, как комбинированный автомобиль был доставлен на стартовую площадку и установлен на место. Полезная нагрузка NROL-44, заключенная в ее обтекатель, была соединена с ракетой вертикально с помощью MST площадки.
За пять секунд до запланированного запуска загорелись три двигателя RS-68A компании Delta. В этот момент вокруг основания ракеты образовался огненный шар. Это происходит из-за того, что двигатели воспламеняют остаточный водород, испарившийся из ракеты. Этот процесс хорошо изучен и безвреден, но при нескольких предыдущих полетах изоляция обугливалась или поджигалась.
Когда три двигателя набрали полную тягу, Delta IV Heavy взлетела и приступила к своей миссии. Отрыв произошел на отметке Т-0 в обратном отсчете, когда тяга, создаваемая двигателями ракеты, превышает вес транспортного средства. В течение первых 9,4 секунды полета Delta поднималась прямо вверх, прежде чем совершить маневр по тангажу и рысканью, чтобы вывести его на восточную траекторию для выхода на орбиту.
Вскоре после этого центральный блок перешло в режим пониженной тяги, ограничивая нагрузки на ракету в начале миссии и сохраняя топливо, чтобы оно могло продолжать гореть после отделения боковых ускорителей.
Через одну минуту и 18,4 секунды после начала миссии Delata достигла скорости звука в 1 Мах. Через полторы секунды она прошла через зону максимального динамического давления — Max-Q — где испытала максимальное механическое напряжение от аэродинамических сил.
Через три минуты и 56 минут после старта двигатели двух боковых ускорителей остановились, а отработавшие CBC отделились от транспортного средства через две секунды. Примерно в это время центральное ядро дросселируется до полной тяги, продолжая фазу разгона миссии. Его роль в полете закончилась отключением ускорительного двигателя, или BECO, через пять минут 42,8 секунды.
Примерно через шесть с половиной секунд после BECO, первая и вторая ступени разделились, и последний CBC отделился от ракеты. Двигатель RL10B-2 второй ступени выдвинул выдвижное сопло и начал предпусковую последовательность — зажигание происходит через 13 секунд после отделения ступеней.
Примерно через 42 секунды после включения второй ступени обтекатель полезной нагрузки Delta отделился. Обтекатель представляет собой носовой обтекатель ракеты, который защищает полезную нагрузку при подъеме через атмосферу Земли и придает ракете постоянный аэродинамический профиль. Как только ракета попадает в космос, обтекатель больше не нужен и его можно выбросить, чтобы уменьшить массу.
На Delta IV Heavy можно использовать два разных обтекателя полезной нагрузки — композитный обтекатель, разработанный для Delta, и металлический обтекатель из алюминия, унаследованный от Titan IV. При запуске будет использоваться последний, длина которого составляет 19,8 метров (65 футов). Это трехсекторный обтекатель, то есть при падении с ракеты он разделяется на три сегмента, а не на два, как в большинстве современных обтекателей. Металлический обтекатель был впервые использован на Delta IV для запуска DSP-23 в 2007 году, а впоследствии использовался для всех геостационарных запусков NRO на Heavy.
С разделением обтекателя миссия будет отключена от трансляции СМИ, что типично для миссий NRO. Единственным вероятным официальным обновлением после этого момента будет подтверждение успеха миссии после отделения полезной нагрузки NROL-44 от Delta IV Heavy. Учитывая, что запуск нацелен на геостационарную орбиту, это произойдет не раньше, чем через шесть или семь часов после старта.
Ожидается, что за это время верхний каскад DCSS выполнит три прожига. Первый, начавшийся после отделения от первого этапа, продлится около семи минут. Это установит верхнюю ступень и ее полезную нагрузку на их начальную орбиту стоянки. На основе опубликованного профиля полета первоначальной демонстрационной миссии Delta IV Heavy — которая, по слухам, имитирует развертывание спутника Orion — после полета по инерции чуть менее восьми минут, ракета снова запустит свой двигатель RL10 на еще восемь минут.
Теперь на геостационарной переходной орбите DCSS будет двигаться по инерции около пяти часов, прежде чем начнет свое окончательное включение. Оно продлится около 3 минут 15 секунд, увеличивая перигей орбиты и уменьшая ее наклон для вывода груза непосредственно на круговую геостационарную орбиту. После отделения космического корабля DCSS выполнит маневр предотвращения столкновения, чтобы выйти из геостационарного пояса и минимизировать риски будущего столкновения со спутником.