Центавр (разгонный блок)
Центавр — семейство разгонных блоков (верхних ступеней) для ракет-носителей, разработанных и производимых компанией United Launch Alliance (ULA) и её предшественниками (General Dynamics, Lockheed Martin). Разгонные блоки «Центавр» используются для выведения космических аппаратов на высокие энергетические орбиты, включая геопереходные, геостационарные, отлётные (к Луне, планетам) и солнечно-синхронные. Отличительной особенностью является использование в качестве топлива жидкого водорода (горючее) и жидкого кислорода (окислитель), что обеспечивает высокий удельный импульс.
История
Разработка «Центавра» началась в 1958 году в США по заказу Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Первоначально проект курировало Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам (DARPA). Первый запуск состоялся 8 мая 1962 года с ракетой-носителем «Атлас-Центавр» (Atlas-Centaur), который закончился аварией из-за разрушения топливного бака. Первый успешный полёт произошёл 27 ноября 1963 года.
В 1960–1970-х годах «Центавр» использовался для запуска межпланетных станций «Сервейер» (к Луне), «Маринер» (к Марсу и Венере), «Викинг» (к Марсу), а также для вывода спутников связи. В 1970-х годах к семейству добавилась модификация «Центавр D» для ракет «Титан» (Titan IIIE).
В 1990-х годах, после объединения программ «Атлас» и «Титан», «Центавр» стал стандартной верхней ступенью для ракет-носителей семейства «Атлас» (Atlas II, Atlas III, Atlas V). С 2006 года, после образования United Launch Alliance, блоки «Центавр» используются на ракетах «Атлас V» и «Дельта IV» (модификация Delta Cryogenic Second Stage — DCSS). На 2024 год «Центавр» остаётся ключевым элементом ULA, а его преемник — разгонный блок «Центавр V» (Centaur V) — применяется на новейшей ракете «Вулкан Центавр» (Vulcan Centaur).
Конструкция и характеристики
Разгонный блок «Центавр» представляет собой одноступенчатый или двухступенчатый (в некоторых модификациях) блок с криогенными топливными баками. Основные компоненты:
- Топливные баки: изготовлены из нержавеющей стали или алюминиево-литиевого сплава. Бак жидкого водорода (LH2) расположен сверху, бак жидкого кислорода (LOX) — снизу. Для снижения теплопритоков баки имеют многослойную вакуумную изоляцию.
- Двигательная установка: один или два двигателя RL-10 (производства Aerojet Rocketdyne), работающих на водороде и кислороде. Двигатель RL-10 отличается высокой эффективностью (удельный импульс в вакууме до 465 секунд) и возможностью многократного включения (до 6–8 раз в зависимости от модификации).
- Система управления: инерциальная навигационная система (ИНС) с коррекцией по звёздам, обеспечивающая высокую точность выведения.
- Система терморегулирования: пассивная (экраны) и активная (газовые струи) для поддержания температуры криогенных компонентов.
- Пневмогидравлическая система: подача топлива под давлением гелия.
Основные модификации
| Модификация | Носитель | Двигатель | Масса топлива (т) | Удельный импульс (с) | Годы эксплуатации |
|---|---|---|---|---|---|
| Centaur D | Atlas-Centaur, Titan IIIE | 2×RL-10A-3 | ~13,6 | 444 | 1963–1983 |
| Centaur II | Atlas II | 2×RL-10A-4 | ~16,7 | 450 | 1991–2004 |
| Centaur III | Atlas III | 2×RL-10A-4-2 | ~20,8 | 451 | 2000–2005 |
| Centaur V (SEC) | Atlas V (однодвигательный) | 1×RL-10A-4-2 | ~20,8 | 453 | 2002–н.в. |
| Centaur V (DEC) | Atlas V (двухдвигательный) | 2×RL-10A-4-2 | ~20,8 | 453 | 2002–н.в. |
| DCSS (Delta IV) | Delta IV | 1×RL-10B-2 | ~27,2 | 465 | 2002–н.в. |
| Centaur V (Vulcan) | Vulcan Centaur | 2×RL-10C-1 | ~21,0 | 453 | 2024–н.в. |
Характеристики (типовые для Centaur V)
- Сухая масса: ~2,2 т
- Заправляемая масса топлива: ~20,8 т (LH2 + LOX)
- Тяга двигателя (вакуум): 99,2 кН (для RL-10A-4-2)
- Удельный импульс (вакуум): 453 с
- Число включений: до 6
- Максимальное время работы: до 900 с (суммарно)
Применение
Разгонные блоки «Центавр» используются для выполнения следующих задач:
- Вывод на геопереходную орбиту (GTO): типичная задача для спутников связи. Например, с помощью «Центавра» на GTO были выведены аппараты серий «Интелсат», «Эхостар», «ДирекТВ».
- Вывод на геостационарную орбиту (GEO): прямая доставка спутников на рабочую орбиту (без использования собственного двигателя аппарата). Примеры — спутники серии «GPS III» (навигация), «Милстар» (связь).
- Межпланетные миссии: «Центавр» обеспечивал отлётные траектории для аппаратов «Новые горизонты» (к Плутону), «Юнона» (к Юпитеру), «Марс-Одиссей», «Марс-Реконнессанс Орбитер» (к Марсу), «Люси» (к троянцам Юпитера), «Психея» (к астероиду Психея).
- Вывод на солнечно-синхронную орбиту (SSO): для спутников дистанционного зондирования Земли (например, серии «Лэндсат», «Сентинел»).
- Запуск военных спутников: по заказам Космических сил США (например, спутники системы SBIRS, GPS, спутники связи серии AEHF).
Примеры значимых миссий
- «Сервейер-1» (1966) — первая мягкая посадка американского аппарата на Луну.
- «Викинг-1» и «Викинг-2» (1975) — посадка на Марс.
- «Вояджер-2» (1977) — исследование внешних планет (использовался «Центавр D» на ракете Titan IIIE).
- «Новые горизонты» (2006) — пролёт Плутона; «Центавр» разогнал аппарат до рекордной скорости (около 16 км/с относительно Земли).
- «Кьюриосити» (2011) — доставка марсохода на Марс (использовался «Центавр» на Atlas V 541).
- «Персеверанс» (2020) — доставка марсохода на Марс (Atlas V 541).
- «Люси» (2021) — миссия к троянским астероидам Юпитера (Atlas V 401).
- «Психея» (2023) — миссия к астероиду Психея (Falcon Heavy, но разгонный блок — «Центавр» не использовался; однако «Центавр» применялся на Atlas V для запуска аппарата «Психея»? — нет, запуск выполнен Falcon Heavy, без «Центавра». Уточнение: «Центавр» использовался для запуска «Психеи»? — нет, Falcon Heavy имеет собственную верхнюю ступень. В данном списке — ошибка. Следует указать только миссии с «Центавром». Корректировка: «Психея» запущена на Falcon Heavy, без «Центавра». Вместо неё — миссия «Осирис-Рекс» (2016) к астероиду Бенну, запущенная на Atlas V 411 с «Центавром»).
Критика и инциденты
Несмотря на высокую надёжность, «Центавр» имел несколько аварийных ситуаций:
- 1962 год: первый запуск закончился взрывом из-за разрушения бака жидкого водорода.
- 1974 год: при запуске спутника «Интелсат IV» (Atlas-Centaur) произошёл отказ двигателя RL-10, аппарат не вышел на орбиту.
- 1993 год: при запуске спутника «GOES-8» (Atlas I) произошёл отказ системы управления, спутник выведен на нерасчётную орбиту, но позже скорректирован.
- 2009 год: при запуске спутника связи «Террастар-1» (Atlas V 401) «Центавр» выполнил манёвр, но из-за ошибки в программном обеспечении не смог выполнить второй запуск двигателя, спутник был оставлен на низкой орбите и утрачен.
- 2018 год: при запуске спутника «GOES-17» (Atlas V 541) «Центавр» успешно выполнил задачу, но впоследствии выяснилось, что из-за конструктивного дефекта (неисправность клапана) могла произойти потеря герметичности бака.
На 2024 год «Центавр» считается одним из наиболее надёжных разгонных блоков в мире (успешность миссий — более 98 %).
Сравнение с аналогами
| Параметр | «Центавр» (Centaur V) | «Бриз-М» (Россия) | «Фрегат» (Россия) | «DM-3» (Китай) |
|---|---|---|---|---|
| Тип топлива | Жидкий водород + жидкий кислород | НДМГ + АТ | НДМГ + АТ | НДМГ + АТ |
| Удельный импульс (с) | 453 | 326 | 333 | 340 |
| Масса топлива (т) | 20,8 | 5,0 | 5,4 | 14,0 |
| Число включений | до 6 | до 8 | до 5 | 2 |
| Годы эксплуатации | с 2002 | с 1994 | с 2000 | с 2007 |
«Центавр» превосходит российские и китайские разгонные блоки по удельному импульсу, что позволяет выводить более тяжёлые полезные нагрузки на высокие орбиты при одинаковой стартовой массе ракеты. Однако криогенное топливо требует сложной системы термостатирования и ограничивает время нахождения на орбите (обычно не более 6–8 часов).
Перспективы
На смену «Центавру» приходит разгонный блок «Центавр V» (Centaur V) для ракеты «Вулкан Центавр» (Vulcan Centaur). Он отличается увеличенной ёмкостью баков, использованием двигателей RL-10C-1 с улучшенными характеристиками и более современной электроникой. Первый запуск «Вулкан Центавр» состоялся 8 января 2024 года (миссия Peregrine). В дальнейшем ULA планирует использовать «Центавр V» для запусков спутников связи, межпланетных станций и пилотируемых кораблей (в перспективе — для программы Artemis, хотя пока для этих целей выбран разгонный блок «ICPS» на основе «Дельта IV»).
Источники
- United Launch Alliance. Atlas V Launch Services User’s Guide. Revision 11, 2020.
- Isakowitz, S. J., Hopkins, J. P., Hopkins, J. B. International Reference Guide to Space Launch Systems. 4th ed., AIAA, 2004.
- NASA. Centaur D-1A Technical Summary. NASA TM X-64812, 1974.
- Aerojet Rocketdyne. RL10 Engine Data Sheet. 2019.
- Spaceflight Now. Centaur upper stage. Архивные материалы.
- Encyclopedia Astronautica. Centaur. (Интернет-ресурс).
BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.
На главную BFOmetr →