Vulcan Centaur

Vulcan Centaur — это двухступенчатая ракета-носитель среднего и тяжёлого класса, разрабатываемая и эксплуатируемая американской компанией United Launch Alliance (ULA) для выведения полезных грузов на низкую опорную орбиту (НОО), геопереходную орбиту (ГПО) и отлётные траектории. Ракета является преемником семейства носителей Atlas V и Delta IV, призванным заменить их после завершения эксплуатации, и использует в качестве первой ступени новый двигатель BE-4, работающий на сжиженном природном газе (метане) и жидком кислороде. Vulcan Centaur впервые стартовала 8 января 2024 года.

История создания

Предпосылки и разработка

United Launch Alliance, совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin, с начала 2010-х годов столкнулось с необходимостью замены устаревающих ракет Atlas V и Delta IV. Atlas V использовала российские двигатели РД-180, что после 2014 года стало политически чувствительным вопросом в контексте санкций и импортозамещения. Delta IV, в свою очередь, была дорогой и неконкурентоспособной на коммерческом рынке. В 2014 году ULA объявила о начале разработки новой ракеты, первоначально названной Vulcan, а позже получившей полное наименование Vulcan Centaur (по названию разгонного блока).

Основным требованием к новой ракете стало полное исключение зависимости от российских двигателей. В 2018 году ULA выбрала в качестве силовой установки первой ступени двигатель BE-4, разрабатываемый компанией Blue Origin. Второй ступенью стала модернизированная версия разгонного блока Centaur — Centaur V, работающая на водороде и кислороде.

Конкуренция и контракты

Vulcan Centaur разрабатывалась в рамках программы Национальной безопасности США (National Security Space Launch, NSSL) для выведения военных спутников. В 2020 году ULA получила контракт на 60 % запусков в рамках программы NSSL Phase 2, уступив 40 % компании SpaceX. Кроме того, ракета была выбрана для запуска коммерческих спутников, включая интернет-спутники Project Kuiper компании Amazon, а также для миссий по отправке грузов на Луну (программа CLPS).

Первый запуск и дальнейшие планы

Первый запуск Vulcan Centaur состоялся 8 января 2024 года с мыса Канаверал (стартовый комплекс SLC-41). Полезной нагрузкой стал лунный посадочный модуль Peregrine компании Astrobotic (первая миссия в рамках программы CLPS), а также капсула с прахом и ДНК нескольких десятков человек от компании Celestis. Запуск прошёл успешно, хотя модуль Peregrine не смог достичь Луны из-за утечки топлива. Второй запуск, запланированный на 2024 год, должен был вывести тестовый груз и демонстрационный спутник.

Конструкция

Первая ступень

Первая ступень Vulcan Centaur оснащена двумя двигателями BE-4, работающими на сжиженном природном газе (метане) и жидком кислороде. Каждый двигатель развивает тягу около 2400 кН на уровне моря. Использование метана обеспечивает высокую удельную тягу, а также позволяет избежать коксования (образования углеродистых отложений), характерного для керосиновых двигателей. Диаметр первой ступени составляет 5,4 метра, что соответствует габаритам Atlas V. Ступень изготавливается из алюминиево-литиевого сплава.

Вторая ступень (Centaur V)

Вторая ступень — Centaur V, модернизированная версия разгонного блока Centaur III. Она оснащена двумя двигателями RL10 производства Aerojet Rocketdyne, работающими на жидком водороде и жидком кислороде. Диаметр Centaur V увеличен до 5,4 метра (против 4,2 м у Centaur III), что позволило увеличить объём топливных баков и, соответственно, время работы двигателей. Centaur V способна выполнять многократные включения для выведения грузов на разные орбиты.

Обтекатель и система спасения

Vulcan Centaur использует стандартный обтекатель диаметром 5,4 метра, изготавливаемый из композитных материалов. В перспективе планируется внедрение многоразового использования первой ступени: ULA разрабатывает систему спасения двигателей BE-4 с помощью парашютов и вертолётного подхвата (аналогично системе, применяемой для обтекателей ракет Falcon 9). Однако на начальном этапе эксплуатации первая ступень является одноразовой.

Твёрдотопливные ускорители

Для увеличения грузоподъёмности Vulcan Centaur может оснащаться от 0 до 6 боковых твёрдотопливных ускорителей (SRB) производства Northrop Grumman. Ускорители имеют диаметр 1,6 метра и длину 17 метров. Количество ускорителей зависит от требуемой массы полезного груза: для лёгких миссий (до 10 тонн на НОО) ускорители не используются, для тяжёлых (до 27 тонн) — до 6.

Характеристики

Грузоподъёмность

Vulcan Centaur способна выводить на низкую опорную орбиту (НОО, высота 200 км, наклонение 28,5°) до 27,2 тонн (с 6 ускорителями). На геопереходную орбиту (ГПО) — до 15,3 тонн. На отлётные траектории (например, к Луне или Марсу) — до 7 тонн. Без ускорителей грузоподъёмность на НОО составляет около 10 тонн.

Размеры и масса

• Высота: 61,6 метра (с обтекателем).
• Диаметр: 5,4 метра (первая и вторая ступени).
• Стартовая масса: до 546 тонн (с 6 ускорителями).
• Масса полезного груза: до 27,2 тонн (НОО).

Двигатели

• Первая ступень: 2 × BE-4 (Blue Origin), топливо — метан + жидкий кислород.
• Вторая ступень: 2 × RL10 (Aerojet Rocketdyne), топливо — водород + жидкий кислород.
• Твёрдотопливные ускорители: до 6 × GEM-63XL (Northrop Grumman).

Применение

Военные и государственные заказы

Vulcan Centaur является основной ракетой для запусков в интересах Министерства обороны США и Национального разведывательного управления (NRO). В рамках программы NSSL Phase 2 ULA обязалась выполнить 60 % военных запусков в 2022–2027 годах. Первый военный запуск планировался на 2024 год.

Коммерческие запуски

Ракета используется для вывода коммерческих спутников связи и наблюдения. Крупнейшим заказчиком является компания Amazon, заказавшая 38 запусков для развёртывания группировки Project Kuiper (аналог Starlink). Кроме того, Vulcan Centaur была выбрана для запуска нескольких спутников компании ViaSat.

Научные и лунные миссии

Vulcan Centaur участвует в программе NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS) по доставке грузов на Луну. Первый запуск (миссия Peregrine) состоялся в январе 2024 года. Второй запуск (миссия Griffin) планируется на 2025 год с посадкой лунохода VIPER.

Критика и недостатки

Задержки и стоимость

Разработка Vulcan Centaur неоднократно откладывалась. Первоначально первый запуск планировался на 2019 год, однако из-за задержек с поставкой двигателей BE-4, проблем с сертификацией Centaur V и пандемии COVID-19 старт был перенесён на 2024 год. Стоимость одного запуска оценивается в 100–150 миллионов долларов, что выше, чем у Falcon 9 (около 67 миллионов) и Falcon Heavy (около 97 миллионов). Это делает Vulcan Centaur менее конкурентоспособной на коммерческом рынке.

Конкуренция с SpaceX

Основным конкурентом Vulcan Centaur является ракета Falcon 9 компании SpaceX, а также более тяжёлая Falcon Heavy. SpaceX предлагает значительно более низкие цены и многоразовое использование первой ступени, что снижает привлекательность Vulcan Centaur для коммерческих клиентов. ULA, в свою очередь, делает ставку на надёжность и способность выполнять миссии с высокими требованиями к точности выведения (например, для военных спутников).

Технические риски

Использование метановых двигателей BE-4 является новым для ракет-носителей (до Vulcan Centaur метан использовался только в экспериментальных проектах, таких как SpaceX Starship и Rocket Lab Neutron). На момент первого запуска двигатели BE-4 имели ограниченную статистику полётов (около 20 огневых испытаний), что вызывало опасения по поводу их надёжности. Кроме того, Centaur V столкнулась с проблемами при испытаниях: в 2023 году во время тестового запуска двигателя произошла утечка водорода, что привело к задержке старта.

Перспективы

Многоразовое использование

ULA планирует внедрить многоразовое использование первой ступени Vulcan Centaur, но не путём посадки на платформу (как у Falcon 9), а с помощью системы спасения двигателей. Предполагается, что после отделения первая ступень будет спускаться на парашютах, а затем подхватываться вертолётом. Однако эта система ещё не прошла испытаний в реальных условиях, и её внедрение ожидается не ранее 2025–2026 годов.

Модернизация и замена

Vulcan Centaur рассматривается как переходная ракета к более перспективным носителям. ULA разрабатывает концепцию ракеты-носителя нового поколения (NGL), которая может быть полностью многоразовой. Однако на ближайшие 10–15 лет Vulcan Centaur останется основным носителем ULA для военных и государственных заказов.

Источники

• United Launch Alliance. «Vulcan Centaur Rocket». Официальный сайт ULA.
• NASA. «Commercial Lunar Payload Services (CLPS)». NASA.
• SpaceNews. «ULA’s Vulcan Centaur rocket launches on debut mission». 8 января 2024.
• SpaceX. «Falcon 9 and Falcon Heavy pricing». Официальный сайт SpaceX.
• Blue Origin. «BE-4 Engine». Официальный сайт Blue Origin.
• Northrop Grumman. «GEM 63XL Solid Rocket Boosters». Официальный сайт Northrop Grumman.
• Aerojet Rocketdyne. «RL10 Engine». Официальный сайт Aerojet Rocketdyne.
• Министерство обороны США. «National Security Space Launch (NSSL) Phase 2». 2020.