Ariane - ESA
Ariane
Třístupňová
kapalinová raketa s nosností přes 5000 kg na nízkou dráhu a přes 1000 kg na
stacionární dráhu. Od prvního startu 24.12.1979 má za sebou už 100 startů (z
toho 8 neúspěšných). Vývoj rakety Ariane byl zahájen v roce 1973 po neúspěchu
raket Europa Rakety Ariane startují z kosmodromu Kourou.
Ariane-1
První a druhý stupeň Ariane byl
navrhován a zhotoven ve Francii. První stupeň je poháněn čtyřmi raketovými
motory Viking 5, na druhém stupni je jediný motor Viking 4 s větším expanzním
poměrem. V motorech se spaluje nekryogenní dvousložková pohonná látka - oxid
dusičitý a asymetrický dimetylhydrazin. Motor třetího stupně HM-7, projektovaný
a postavený v Německu, je kyslíkovodíkový. Při pracovním tlaku 3 MPa a
expanzním poměru 60:1 dává tah 61 kN po dobu 548 s a dosahuje specifického
impulsu 4315 Ns.kg-1. Pro starty geostacionárních družic se někdy
přidává ještě čtvrtý stupeň na TPL. Startovní hmotnost celé rakety je cca 207
tun, průměr 3,8 m, celková délka 41,38 m. Celkem uskutečněno 11 pokusů o vypuštění,
z toho 2 neúspěšné (spolehlivost 81.82%). První start 24.12.1979. Poslední
start 22.02.1986.
Pro raketu je
charakteristický tvar aerodynamického krytu užitečného zatížení. Jeho zvětšený
průměr umožňuje vypouštět rozměrné družice, případně i dvojice družic systémem
SYLDA a SPELTRA.
Ariane-2
Je to vlastně Ariane-1 s
prodlouženým třetím stupněm.
Ariane-3
Tato varianta vznikla z Ariane-2
přidáním čtyř urychlovacích motorů na TPL k prvnímu stupni. Startovní hmotnost
celé rakety je až 250 tun, průměr 3,8 m, celková délka 43 m. Celkem uskutečněno
17 pokusů o vypuštění raket Ariane-2 a Ariane-3, z toho 2 neúspěšné
(spolehlivost 88.24%). První start 04.08.1984. Poslední start 12.07.1989.
Ariane-4
Vznikla z Ariane-2 a 3 prodloužením
prvního a třetího stupně a především navěšováním nejrůznějších kombinací
startovních urychlovacích motorů na TPL nebo KPL. Samotná plně natankovaná
raketa Ariane-4 nemůže bez urychlovacích motorů odstartovat. Pokud se používá
samostatně, pak jsou nádrže pohonných hmot naplněny jen částečně. Označení
různých verzí rakety Ariane-4 vychází z počtu a typu urychlovacích motorů.
Druhé číslo udává počet a písmena typ motorů (P-TPH, L-KPH). Používané verze
tedy jsou Ariane-40, 42P, 42L, 44P, 44LP a 44L (seřazeno podle rostoucí
nosnosti). Startovní hmotnost samotné rakety je až 295 tun, průměr 3,8 m,
celková délka 47 m. První start 22.01.1990. Nosnost 4900 kg na nízkou dráhu.
Ariane-5
Je to zcela přepracovaná raketa.
Raketa se skládá ze dvou hlavních částí. Základem, společným pro každý let, je
stupeň EPC H-155 (délka 30 m, průměr 5,4 m, tah 1 MN, hmotnost 170 tun)
obsahující kapalný kyslík a vodík jako pohonné látky (PL). Tyto jsou určeny pro
motor Vulcain klasického řešení s tzv. otevřeným pracovním cyklem, kdy část PL
je spalována v plynovém generátoru pro pohon turbočerpadel. Vzniklé plyny jsou
pak odváděny mimo motor. Tím se motor Vulcain liší např. od motorů SSME
raketoplánu, s tzv. uzavřeným cyklem, ve kterých jsou plyny z plynového
generátoru přiváděny do spalovací komory a přispívají k tahu motoru. Motory s
uzavřeným cyklem jsou učinnější, ale jsou konstrukčně náročnější (L+K 72 (1996)
č. 12, s. 734). Vývoj motoru Vulcain si vyžádal celkem 275 zkoušek na 17
exemplářích motoru, které celkem odpracovaly 85 837 s. To dovolilo zkoušet
nejrůznější - i extrémní - režimy práce motoru.
Dva urychlovací
bloky EAP s třísegmentovými motory na TPL P-230 jsou zavěšeny na bocích stupně
EPC H-155. Při konstrukci urychlovacích bloků bylo pro výrobu všech tří
segmentů motorů P-230 použito klasické oceli a nikoliv lehčích kompozitů, a to
z důvodů větší spolehlivosti. Každý blok EAP má délku 31 m, průměr 3 m, tah
přes 3 MN a hmotnost 269 tun.
Délka horní části
rakety se mění podle užitečného zatížení. Stupeň EPS L-9 má jako pohonnou
jednotku motor Aestus klasické koncepce spalující kombinaci monometylhydrazinu
a N204. Pohonné látky jsou do spalovací komory
dopravovány stlačeným héliem. Odpadá tudíž turbočerpadlo, což by opět mělo
zvýšit spolehlivost rakety. Stupeň má délku 3,3 m, průměr 4 m, tah kolem 27 kN
a hmotnost 9 tun.
Kolem stupně EPS
L-9 je uložen válcovitý úsek obsahující systém řízení rakety, na který pak
dosedá aerodynamický kryt, překrývající užitečné zatížení. Tím je buď jedna
družice nebo dvě až tři družice ve speciální konstrukcí SPELTRA, dovolující
jejich současné vynášení.
Startovní hmotnost
kompletní rakety je až 720 tun, celková délka kolem 33 m. Nosnost 18000 kg na
nízkou dráhu a 6800 kg na GTO.
AR-501
První zkušební let Ariane-5 dne
04.06.1996 byl neúspěšný a skončil několik desítek sekund po startu explozí. Příprava
ke zkušebnímu startu prvního exempláře rakety Ariane 501 začala 4.3.1996. Dne
22. 4. byla raketa převezena na vypouštěcí komplex, kde byly prováděny zkoušky
plnění rakety kryogenním palivem a zkoušény automatické startovní sekvence.
Poté byl první stupeň rakety vyprázdněn a raketa byla převezena zpět do
montážní budovy.10. 5. byl na raketu umístěn aerodynamický kryt i s užitečným
zatížením, čtyřmi družicemi Cluster. Dvě družice byly umístěny v adaptéru
SPELTRA a zbylé dvě na adaptéru. Poté došlo k plnění nádrží družic a stupně L-9
skladovatelnými pohonnými látkami; každá družice natankovala 650 kg hydrazinu
pro manévrovací motory. Podle komise, posuzující připravenost rakety ke startu,
byla Ariane 501 schopna startu kdykoliv po 25. 5.
Kompletní sestava
rakety Ariane 501 byla 3. 6., den před startem, znovu převezena na vypouštěcí
komplex ELA-3. Ve 2.30 místního času v Kourou bylo započato s plněním nádrží
prvního stupně kryogenními pohonnými látkami. V T-30 min bylo zahájeno
vychlazování motoru Vulcain a v 8.28 místního času se startovní sekvence
zastavila na T-7 min, neboť se čekalo na zlepšení počasí. V 9.23 byl dán příkaz
ke spuštění automatické zažehové sekvence a v T -0 (tj. 9.33.59 místního času)
byl zažehnut motor Vulcain. Jeho automatická verifikace byla ukončena v T +6,7
s a v T +7,5 s došlo k zážehu urychlovacích bloků a v T +8 s se raketa
odpoutala od vypouštěcí rampy se zrychlením 2,5g. Do T +30s probíhal let
normálně. Raketa dosáhla rychlosti M = 0,7 (857 km/h) a výšky 3500 m. V T +37s
však řídicí počítač rakety dal příkaz k současnému vychýlení jak trysek
urychlovacích bloků, tak i trysky motoru Vulcain až na zarážky. Tím se kurs
rakety prudce změnil a v důsledku aerodynamických sil se v T +41 s, tj. v
okamžiku, kdy raketa dosáhla rychlosti zvuku, horní část rakety odlomila. Tím
byl aktivován vlastní autodestrukční systém rakety (bezpečnostní důstojník CSG
vyslal signál k destrukci v T +66 s) a raketa se změnila v oblak hořících
úlomků včetně družic Cluster za 500 mil. USD.
Pro vyšetření
příčin havárie vytvořily organizace ESA a CNES devítičlennou komisi, které
předsedal J.-L. Lions, bývalý prezident organizace CNES. Již předběžná analýza
telemetrických dat však naznačila, že došlo k selhání programového vybavení
inerciálních řídicích plošin, které nebyly testovány v podmínkách
odpovídajících letu Ariane 5. Hlavní a záložní inerciální plošiny, které selhaly
téměř současně, dodaly řídicímu počítači zcela chybné informace o letovém stavu
rakety. Později bylo zjištěno, že počítače inerciálních plošin se zahltily
daty, jejichž množství bylo díky vyššímu počátečnímu zrychlení rakety Ariane-5
proti Ariane-4 neočekávaně vysoké. Plošiny tedy bylo nutno přepracovat.
AR-502
Druhý pokus o start evropského
nosiče nové generace, už byl úspěšný. Raketa Ariane 5 (V101), odstartovala ve
čtvrtek 30.10.1997 ve 14:34 SEČ z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guianě. Na
oběžnou dráhu se tak dostaly dvě nefunkční makety a malý experimentální vědecký
satelit. Z předběžné analýzy dat však vyplynulo, že tzv. hlavní stupeň (EPC)
vykazoval během svého aktivního letu určité nestability a především, že jeho
motor Vulcain se vypojil o 7 sekund dřív, než bylo plánováno. Z toho důvodu se
dostalo užitečné zatížení na nižší než plánovanou dráhu.
Poletovým rozborem
bylo zjištěno, že po oddělení obou urychlovacích bloků, došlo k anomálnímu
zvýšení rotace prvního stupně, přičemž úhlová rychlost dosáhla 30°/s místo
předpokládaných 6°/s. V důsledko toho se pohonné látky v nádržích prvního
stupně odstředivou silou rozprostřely podél stěn nádrží a indikátor jejich
množství se ocitl nad jejich místní hladinou. Řídicí počítač dostal informaci,
že nádrže jsou prázdné a 7 sekund před plánovaným koncem funkce motor Vulcain
vypnul. Raketě se v té chvíli nedostávalo na rychlosti asi 200 m/s. I když
druhý stupeň pracoval až do vyčerpání pohonných látek, nepodařilo se deficit
rychlosti úplně zkorigovat a užitečné zatížení se tak dostalo na dráhu s
apogeem 27000 km místo plánovaných 36000 km.
Pravou příčinu
zvýšené rotace se nakonec podařilo objasnit až po náročných zkouškách na
zkušebním stavu. Moment vyvolává hrubost vnitřního povrchu výtokové trysky,
tvořené systémem chladicích trubiček svařených do spirály. Výtokové plyny jsou
tak poněkud vybočovány ze směru osy trysky, a to už postačuje ke vzniku
točivého momentu.
Vhodnou konfigurací
odvodu plynů z plynového generátoru je možno tento moment kompenzovat.
AR-503
Třetí a poslední kvalifikační
let AR-503 se uskutečnil 21.10.1998. Pro tento let byl na raketu ještě pro
jistotu přidán druhý systém řízení orientace, který by sám o sobě také dokázal
eliminovat nežádoucí točivý moment. Let proběhl normálně a na oběžnou dráhu byl
vynesen Atmospheric Reentry Demonstrator (ARD) a maketa Maqsat-3, simulující
zátěž a rozměry velké telekomunikační družice. ARD byl prototypem budoucích
návratových prostředků ESA. Rozměrově to byl 80% model velitelské jednotky Apolla
s tepelným štítem o průměru 2,8 m. ARD dosáhl výšky 830 km v T+43 min, zpět do
atmosféry vstoupil cca v T+75 min a na třech padácích o průměru 23 m přistál v
Tichém oceánu (po 1 h 43 min) v bodě o souřadnicích 153,35°z.d. a 3,69°s.š. ARD
vyrobila pro ESA firma Aerospatiale.
Raketa odstartovala
v 16:37:21 UT. V T+2:23 se ve výši 72 km oddělily urychlovací bloky EAP.
Aerodynamický kryt byl odhozen v T+3:13. Motory stupně EPC byly vypojeny v
T+9:53 a EPC se oddělil od horního stupně EPS. V T+12:02 byla kabina ARD
oddělena od zbytku rakety EPS/Speltra/Maqsat-3 a navedena zpět do atmosféry
(viz výše). V T+12:43 byl odhozen kryt adaptéru Speltra a odhalil tak Maqsat-3.
V T+15:14 byl zapálen motor Aestus horního stupně EPS a hořel až do T+31:00. V
tomto bodě by se při normálním letu družice oddělila od EPS, ale z důvodu
snížení počtu těles na oběžné dráze zůstal při tomto letu Maqsat připojen k
EPS. Těleso EPS/Maqsat-3 dosáhlo dráhy 1027 x 35863 km x 7.0°, tedy dráhy
přechodové ke geostacionární (GTO). Maqsat-3 vyrobila firma Kayser-Threde jako
dynamický model družice Eutelsat W2, která měla být při letu Ariane 503
vynesena původně. Hmotnost Maqsatu-3 byla 2730 kg, průměr 2 m, délka 2,5m.