Centaur V¶

Centaur V — это верхняя ступень ракеты-носителя, разрабатываемая и производимая американской компанией United Launch Alliance (ULA). Относится к семейству криогенных ракетных ступеней Centaur, является эволюционным развитием модели Centaur III и предназначена для использования в составе перспективной ракеты-носителя Vulcan Centaur. Ключевые особенности Centaur V включают увеличенные размеры, более мощный двигатель, модернизированную систему управления и повышенную грузоподъёмность по сравнению с предшественниками.

¶История

Разработка Centaur V началась в 2014 году в рамках программы ULA по созданию новой ракеты-носителя Vulcan, которая должна была заменить устаревшие Atlas V и Delta IV. Основными требованиями к новой ступени стали увеличение грузоподъёмности, снижение стоимости запуска и повышение надёжности за счёт отказа от устаревших российских двигателей РД-180 (использовавшихся на первой ступени Atlas V) и двигателей AJ-60A (на Atlas V в варианте с твёрдотопливными ускорителями).

В 2018 году ULA подтвердила, что в качестве единственного варианта для второй ступени Vulcan будет рассматриваться Centaur V. Первоначально предполагалось, что ступень будет использовать один двигатель RL10-C. Однако в 2020 году было объявлено о переходе на двигатель RL10CX, разработанный специально для Centaur V.

Первый полёт Centaur V состоялся в ходе первого старта ракеты-носителя Vulcan Centaur 8 января 2024 года. Миссия, получившая название «Cert-1», имела частичный успех: несмотря на то, что полезная нагрузка (лунный посадочный модуль Peregrine от компании Astrobotic) была доставлена на траекторию к Луне, из-за неисправности в двигательной установке модуля он не смог совершить посадку. Второй запуск Vulcan («Cert-2») состоялся 4 октября 2024 года и был признан полностью успешным. В ходе этой миссии Centaur V вывела на орбиту полезную нагрузку, включая космический аппарат компании Sierra Space, и продемонстрировала возможность повторного зажигания двигателя в вакууме.

¶Конструкция

Centaur V представляет собой криогенную ступень, работающую на жидком водороде (горючее) и жидком кислороде (окислитель). Топливо хранится в сварном алюминиевом баке, состоящем из двух отсеков, разделённых теплоизолирующей перегородкой. Изоляция выполнена из многослойного стеклопластика с вакуумной полостью внутри.

¶Основные компоненты

• Двигатель: Один двигатель RL10CX, работающий на топливной паре жидкий водород — жидкий кислород. Характеризуется высоким удельным импульсом (около 450 с в вакууме) и возможностью многократного включения. Управление вектором тяги осуществляется поворотом двигателя (карданирование).
• Система управления: Цифровая система управления, совместимая с системами наведения и навигации ракеты-носителя. Обеспечивает высокоточный вывод на заданные орбиты, включая прямые геостационарные переходные орбиты (GTO) и межпланетные траектории.
• Система подачи топлива: Обеспечивает подачу компонентов топлива в двигатель под давлением. Жидкий водород подаётся с помощью турбонасосного агрегата, окислитель (кислород) — с помощью отдельного насоса.
• Система отделения: Использует пироболты и пневматические толкатели для отделения от разгонного блока или полезной нагрузки.
• Корпус: Выполнен из алюминиевых сплавов и имеет увеличенный по сравнению с Centaur III диаметр (5,4 м против 4,3 м), что позволило увеличить объём баков и, соответственно, массу топлива. Длина ступени составляет около 12,7 м.
• Теплозащита: Внешняя поверхность баков покрыта многослойной теплоизоляцией для предотвращения испарения криогенного топлива при длительном полёте (до нескольких часов).

¶Характеристики

¶Сравнение с предшественниками

Centaur V является прямым развитием ступени Centaur III, использовавшейся на ракетах Atlas V и Delta IV. Основные отличия:

• Увеличенные габариты: диаметр увеличен с 4,3 м до 5,4 м, что позволило разместить на 30-40% больше топлива.
• Более совершенный двигатель: RL10CX — модернизированная версия RL10, обеспечивающая более высокий удельный импульс и возможность длительного хранения в вакууме.
• Снижение массы: за счёт использования современных материалов (композиты, тонкостенные алюминиевые конструкции) сухая масса ступени снижена по сравнению с Centaur III.
• Многократное включение: Centaur III могла включаться до двух раз, в то время как Centaur V рассчитана на три и более включения, что необходимо для сложных манёвров на орбите (например, в миссиях по доставке грузов к Луне или Марсу).
• Совместимость с Vulcan: ступень оптимизирована для работы с бортовыми системами Vulcan, включая систему управления, а также для установки на её модификации (например, вариант с двумя двигателями для самых тяжёлых полезных нагрузок не реализован, но предусмотрен конструкцией).

¶Применение

Основное назначение Centaur V — выполнение функций второй ступени (третьей — в зависимости от конфигурации) на ракете-носителе Vulcan Centaur. Ключевые типы миссий:

• Вывод на низкую околоземную орбиту (НОО): доставка грузов (в том числе модулей МКС), спутников оптической и радиолокационной разведки, коммерческих и научных аппаратов.
• Вывод на геопереходную орбиту (GTO): доставка телекоммуникационных спутников на высокие эллиптические орбиты, с последующим переводом их на геостационарную орбиту (GEO) собственными двигателями.
• Межпланетные миссии: запуск зондов к Луне, Марсу, астероидам и другим небесным телам. Например, миссия «Cert-1» предусматривала отправку к Луне коммерческого посадочного модуля Peregrine (хотя она не достигла поставленной цели по посадке, вывод на траекторию был успешным).
• Запуск военных и правительственных спутников: в рамках программ Space Force (Космические силы США) и NRO (Национальное разведывательное управление).

¶Перспективы

Centaur V является основным элементом для всех вариантов ракеты-носителя Vulcan Centaur, включая наиболее тяжёлые версии с двумя боковыми твёрдотопливными ускорителями. В долгосрочной перспективе ULA рассматривает возможность модернизации ступени, включая:

• Увеличение количества двигателей до двух (вариант «Centaur V Heavy») для запуска наиболее тяжёлых полезных нагрузок — например, пилотируемых кораблей или крупных межпланетных станций.
• Интеграция с посадочными платформами для доставки грузов на поверхность Луны или Марса (в рамках программ NASA Artemis и других).
• Создание варианта для разгонных блоков с увеличенным временем работы (до нескольких суток) за счёт более совершенной теплоизоляции и увеличенного запаса гелия для наддува баков.

¶Интересные факты

• Название «Centaur V» продолжает традицию обозначения ступеней семейства Centaur римскими цифрами: Centaur I, Centaur II, Centaur III, Centaur V (пропущена римская IV из-за возможного совпадения с астрологическим символом).
• Двигатель RL10CX стал первым серийным криогенным двигателем, сертифицированным для многократного включения в вакууме с интервалами до нескольких часов после первого запуска.
• В ходе первого орбитального испытания Centaur V (миссия «Cert-1») ступень отработала две запланированные включения, подтвердив свои характеристики. Единственной аномалией стал отказ системы терморегулирования на борту лунного модуля Peregrine, не связанный с работой ракеты-носителя.
• Centaur V — одна из немногих в мире серийных криогенных ступеней, способных стартовать с площадки, находящейся на мысе Канаверал (Флорида), а также с базы космических сил Ванденберг (Калифорния).

¶Источники

• United Launch Alliance. (2024). Centaur V Technical Overview. ULA Press Kit.
• Clark, S. (2024, 8 января). First Vulcan Centaur rocket launches on debut flight. Spaceflight Now.
• Berger, E. (2024, 4 октября). Vulcan Centaur delivers on second test flight. Ars Technica.
• Krebs, G. D. (2024). Centaur V. Gunter's Space Page.
• United Launch Alliance. (2020). Centaur V: The Next Generation Upper Stage. ULA Technical Report.