Из последних сил на орбиту

15.08.2016

Техника ломается у всех. Сейчас над нашими головами пытается выбраться на геостационарную орбиту американский военный спутник связи MUOS 5, основной двигатель которого вышел из строя в первые дни после запуска. Инженеры не сдаются и пытаются все-таки вывести его на нужную орбиту, используя маломощные двигатели ориентации. А мы с вами можем следить за этой космической драмой.

Немного о спутнике

MUOS 5 — это пятый по счету спутник системы военной связи Mobile User Objective System. Геостационарные спутники вместе с наземными станциями обеспечивают связь по всему миру:

Четыре спутника MUOS уже работают по назначению, а пятый должен был выйти в позицию над Индийским океаном (72° E) и служить в качестве резервного. Legacy UFO на картинке — старые спутники системы Ultra High Frequency Follow-On. Спутник системы MUOS работает в диапазоне 5 МГц и имеет 64 канала WCDMA. Технологически эта система связи базируется на коммерческой связи 3G, конечно же, с военными доработками.

Интересной особенностью спутников являются антенны из позолоченной проволоки.

Меньшая, диаметром 5,4 метра используется для устаревших сетей связи (292-318МГц), а 14-метровая антенна обеспечит в десять раз большую пропускную способность.

Масса одного спутника составляет 6740 кг. Общая стоимость программы MUOS оценивается в $7,7 млрд.

Запуск, полет и авария

MUOS 5 был запущен 24 июня на самой грузоподъемной версии ракеты-носителя Atlas V — 551. Короткое видео пуска:

Длинное:

Разгонный блок «Центавр» вывел спутник на геопереходную орбиту 3903х35654 км с наклонением 19°. Астрономы-любители даже смогли сфотографировать разгонный блок и спутник вскоре после разделения. Размытое пятно на снимке — дренаж баков разгонного блока от топлива, окислителя и газа наддува, чтобы «Центавр» не взорвался в космосе.

С геопереходной орбиты MUOS 5 должен был разогнаться на ~1400 м/с и поднять перицентр (нижнюю точку орбиты) до ~36000 км. Сравнительно небольшая тяга маршевого двигателя означала, что это нужно будет делать в несколько этапов.

Первые пять дней все шло хорошо. Орбита поднялась до 15249х35710 км, а наклонение уменьшилось до 9,8° (для того, чтобы выйти на геостационарную орбиту наклонение нужно обнулить). Астрономы-любители фиксировали мерцание спутника с периодом 5 минут, что характерно для нормального вращения на геопереходной орбите спутников на платформе А-2100 компании Lockheed Martin. До цели, геостационарной орбиты, оставалось всего 600-700 м/с, но в районе 5 июля изменение орбиты спутника прекратилось, а уже 8 июля на новостных сайтах появилась информация об аварии маршевого двигателя спутника. MUOS 5 оказался в большой беде.

Что случилось?

В официальном сообщении ВМФ США, который является заказчиком системы, говорится о полном отказе маршевого двигателя, но непосредственная причина аварии не называется. Что мы знаем о двигателе MUOS 5? Как это ни удивительно — немало. На спутнике стоит маршевый двигатель BT-4 производства японской фирмы IHI Aerospace.

При массе 4,5 кг и длине 0,65 метра BT-4 имеет тягу 46 кг и работает на топливной паре гептил-амил. Двигатель хорошо себя показал на множестве геостационарных спутников и ставится на грузовой корабль Cygnus, который летает к МКС.

Последняя авария этого двигателя, судя по имеющейся в Интернете информации, произошла в 2010 году — тогда спутнику AEHF-1 (тоже американскому, военному и связному) понадобилось больше года, чтобы добраться до геостационарной орбиты.

Как MUOS 5 может добраться до геостационарной орбиты?

К сожалению, у MUOS 5 нет электрореактивных (ионных, плазменных) двигателей, на которых он мог бы, пусть и медленно, но довольно эффективно добираться до геостационарной орбиты. Единственное, что у него осталось — это двигатели системы ориентации — 12 MR-103G тягой 100 грамм каждый и 6 MR-106L тягой 2,2 кг каждый. Двигатели ориентации направлены в разные стороны, поэтому использоваться для подъема орбиты в один момент может только часть из них. Еще одна проблема — в отличие от BT-4, который работает на топливной паре гептил-амил, двигатели ориентации работают на термическом разложении только гептила. Это проще, но такие двигатели имеют меньший удельный импульс и потратят больше топлива на разгон на те же 600-700 м/с. Хуже того, окислитель амил в спутнике теперь ничем не может использоваться, и его придется тащить мертвым грузом, тратя еще дополнительное топливо на его разгон.

Что происходит сейчас?

По сообщениям астрономов-любителей спутник появляется позже, чем ему положено по параметрам орбиты. Значит, он маневрирует, пытаясь поднять орбиту на маломощных маневровых двигателях. Делать это придется очень долго, при общей продолжительности витка в 940 минут после маневра он появляется позже всего на ~400 секунд, что говорит об очень небольшом приращении скорости. Очевидно, раз спутник не объявлен потерянным, то инженеры все-таки надеются вытащить его на геостационарную орбиту. Но за это придется дорого заплатить — повышенный расход топлива означает серьезное сокращение срока службы MUOS 5 на геостационарной орбите. Из-за воздействия Луны там приходится постоянно тратить топливо, чтобы остаться в нужной точке стояния, а когда топливо кончается, спутник уходит на орбиту, непригодную для использования.

Если вас заинтересовала драма MUOS 5, то вы можете следить за его параметрами орбиты, например, тут. Увеличение высоты перигея означает, что спутник меняет орбиту. Если (когда) он окажется на орбите ~35500х36000 км с наклонением ~5° (параметры взяты у спутника MUOS 4 и должны быть типичными для группировки), то только тогда его долгая и трудная дорога будет закончена успешно.

Источники: