Инерциальная верхняя ступень
 Картина, изображающая Улисса , выходящего из космического корабля «Шаттл» | |
| Производитель | Боинг Юнайтед Текнолоджиз |
|---|---|
| Страна происхождения | Соединенные Штаты |
| Используется на | Космический челнок Титан 34D Титан IV |
| Общая характеристика | |
| Высота | 5,2 м (17 футов) [1] |
| Диаметр | 2,8 м (9 футов 2 дюйма) |
| Масса брутто | 14 700 кг (32 400 фунтов) |
| Связанные стадии | |
| Производные | Условия использования |
| История запусков | |
| Статус | Ушедший на пенсию |
| Всего запусков | 24 |
| Успехи (только на этапе) | 21 |
| Неуспешный | 2 |
| Нижняя ступень не удалась | 1 |
| Первый полет | 30 октября 1982 г. |
| Последний полет | 14 февраля 2004 г. [2] |
| Первый этап | |
| Высота | 3,15 м (10,3 фута) [3] |
| Диаметр | 2,34 м (7 футов 8 дюймов) [3] |
| Масса брутто | 10 400 кг (22 900 фунтов) [3] |
| Масса топлива | 9700 кг (21400 фунтов) [1] |
| Питаться от | Орбус-21 |
| Максимальная тяга | 190 кН (43 000 фунт- сил ) [1] |
| Удельный импульс | 295,5 с (2,898 км/с) [3] |
| Время горения | до 150 секунд [1] |
| Пропеллент | Твердый |
| Второй этап | |
| Высота | 1,98 м (6 футов 6 дюймов) [3] |
| Диаметр | 1,60 м (5 футов 3 дюйма) [3] |
| Масса брутто | 3000 кг (6600 фунтов) |
| Масса топлива | 2700 кг (6000 фунтов) [1] |
| Питаться от | Орбус-6 |
| Максимальная тяга | 80 кН (18 000 фунтов силы ) [1] |
| Удельный импульс | 289,1 с (2,835 км/с) [3] |
| Пропеллент | Твердый |
Инерциальная верхняя ступень ( IUS ), первоначально обозначенная как промежуточная верхняя ступень , была двухступенчатой твердотопливной космической системой запуска , разработанной компанией Boeing для ВВС США в 1976 году [4] для подъема полезных грузов с низкой околоземной орбиты на более высокие орбиты или межпланетные траектории после запуска на борту ракеты Titan 34D или Titan IV в качестве верхней ступени , или из грузового отсека космического челнока в качестве космического буксира .
Разработка
Во время разработки Space Shuttle, NASA, при поддержке ВВС, хотело верхнюю ступень, которая могла бы использоваться на Shuttle для доставки полезных грузов с низкой околоземной орбиты на более высокие энергетические орбиты, такие как GTO или GEO , или для достижения второй космической скорости для планетарных зондов. Кандидатами были Centaur , работающий на жидком водороде и жидком кислороде, Transtage , работающий на гиперголических хранимых топливах Aerozine-50 и тетраоксиде диазота ( N 2 O 4 ), и Interim Upper Stage, использующий твердое топливо. Министерство обороны сообщило, что Transtage может удовлетворить все потребности обороны, но не может удовлетворить научные требования NASA, IUS может удовлетворить большинство потребностей обороны и некоторые научные миссии, в то время как Centaur может удовлетворить все потребности как ВВС, так и NASA. Разработка началась как с Centaur, так и с IUS, и к конструкции IUS была добавлена вторая ступень, которая могла использоваться либо в качестве двигателя для апогейного толчка для вывода полезных грузов непосредственно на геостационарную орбиту, либо для увеличения массы полезной нагрузки, доведенной до второй космической скорости. [5]
Компания Boeing была основным подрядчиком по проекту IUS [6], в то время как подразделение Chemical Systems компании United Technologies изготавливало твердотопливные ракетные двигатели для IUS. [7]
При запуске с космического челнока IUS может доставить до 2270 кг (5000 фунтов) непосредственно на ГСО или до 4940 кг (10 890 фунтов) на ГПО . [3]
Первый запуск IUS состоялся в 1982 году на ракете Titan 34D с базы ВВС на мысе Канаверал незадолго до миссии космического челнока STS-6 . [8]
Разработка шаттла «Центавр» была остановлена после катастрофы «Челленджера» , а промежуточная верхняя ступень стала инерциальной верхней ступенью.
Дизайн
Твердотопливный ракетный двигатель на обеих ступенях имел управляемое сопло для управления вектором тяги. Вторая ступень имела реактивные управляющие сопла гидразина для управления ориентацией во время движения по инерции и для отделения от полезной нагрузки. [9] В зависимости от миссии могли быть установлены один, два или три 54-килограммовых (120 фунтов) бака гидразина. [9]
Приложения
.jpg/1280px-Galileo_Deployment_(high_res).jpg)
При запусках ракеты-носителя Titan ракета-носитель Titan запускала IUS, выводя полезный груз на низкую околоземную орбиту, где он отделялся от Titan и включал первую ступень, которая выводила его на эллиптическую «переходную» орбиту на большую высоту.
При запуске шаттла грузовой отсек орбитального корабля открывался, IUS и его полезный груз поднимались (с помощью бортового вспомогательного оборудования IUS (ASE)) на угол 50-52° и отсоединялись. [9] После того, как шаттл отделился от полезного груза на безопасном расстоянии, первая ступень IUS включалась и, как и в случае с ракетой-носителем Titan, выходила на «переходную орбиту».
Достигнув апогея на переходной орбите, первая ступень и межступенчатая структура были сброшены. Затем вторая ступень включилась, чтобы сделать орбиту круговой, после чего она отделила спутник и, используя свои двигатели управления ориентацией, начала ретроградный маневр для выхода на более низкую орбиту, чтобы избежать любой возможности столкновения с полезной нагрузкой.
В дополнение к коммуникационным и разведывательным миссиям, описанным выше, которые выводили полезную нагрузку на стационарную (24-часовую) орбиту, IUS также использовался для ускорения космических аппаратов по траекториям планет. Для этих миссий вторая ступень IUS отделялась и зажигалась сразу после сгорания первой ступени. Зажигание второй ступени на низкой высоте (и, таким образом, высокая орбитальная скорость) обеспечивало дополнительную скорость, необходимую космическому аппарату для выхода с околоземной орбиты (см. эффект Оберта ). IUS не мог придать своей полезной нагрузке столько скорости, сколько мог бы Centaur: в то время как Centaur мог бы напрямую запустить Galileo в двухгодичное путешествие к Юпитеру, IUS требовал шестилетнего путешествия с множественными гравитационными маневрами. [10]
Последний полет IUS состоялся в феврале 2004 года. [2]
Рейсы
| Серийный номер [11] | Дата запуска | Ракета-носитель | Полезная нагрузка | Замечания | Изображение |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 1982-10-30 | Титан 34Д | DSCS II F-16/III A-1 | Миссия выполнена успешно, несмотря на потерю телеметрии на протяжении большей части полета. | |
| 1 | 1983-04-04 | Космический челнок «Челленджер» ( STS-6 ) | ТДРС-А (ТДРС-1) | Вторая ступень рухнула из-за проблем с двигателем, что привело к неправильной орбите. Персонал Boeing, который следил за полетом, смог отделить рухнувший IUS от спутника, чтобы его можно было вывести на финальную орбиту. |  |
| 11 | 1985-01-24 | Космический челнок « Дискавери» ( STS-51-C ) | USA-8 ( Магнум ) | Засекреченная полезная нагрузка Министерства обороны [12] | |
| 12 | 1985-10-03 | Космический челнок «Атлантис» ( STS-51-J ) | США-11 / 12 ( DSCS ) | Полезная нагрузка МО. Рассекречена в 1998 году. [13] |  |
| 3 | 1986-01-28 | Космический челнок «Челленджер» ( STS-51-L ) | TDRS-B | Уничтожен во время запуска [14] | |
| 7 | 1988-09-29 | Космический челнок « Дискавери» ( STS-26 ) | TDRS-C (TDRS-3) |  | |
| 9 | 1989-03-13 | Космический челнок « Дискавери» ( STS-29 ) | ТДРС-Д (ТДРС-4) | ||
| 18 | 1989-05-04 | Космический челнок «Атлантис» ( STS-30 ) | Магеллан | Зонд к Венере . Только один бак гидразина. [9] |  |
| 8 | 1989-06-14 | Титан IV (402) А | США-39 ( DSP ) | ||
| 19 | 1989-10-18 | Космический челнок «Атлантис» ( STS-34 ) | Галилео | Зонд к Юпитеру |  |
| 5 | 1989-11-23 | Космический челнок « Дискавери » ( STS-33 ) | USA-48 ( Магнум ) | Засекреченная полезная нагрузка Министерства обороны [12] | |
| 17 | 1990-10-06 | Космический челнок « Дискавери» ( STS-41 ) | Улисс на PAM-S | Зондирование полярных областей Солнца |  |
| 6 | 1990-11-13 | Титан IV (402) А | США-65 ( DSP ) | ||
| 15 | 1991-08-02 | Космический челнок «Атлантис» ( STS-43 ) | TDRS-E (TDRS-5) |  | |
| 14 | 1991-11-24 | Космический челнок «Атлантис» ( STS-44 ) | США-75 ( DSP ) | ||
| 13 | 1993-01-13 | Космический челнок « Индевор » ( STS-54 ) | ТДРС-Ф (ТДРС-6) |  | |
| 20 | 1994-12-22 | Титан IV (402) А | США-107 ( DSP ) | ||
| 26 | 1995-07-13 | Космический челнок « Дискавери» ( STS-70 ) | TDRS-G (TDRS-7) | ||
| 4 | 1997-02-23 | Титан IV (402) Б | США-130 ( DSP ) | ||
| 21 | 1999-04-09 | Титан IV (402) Б | США-142 ( DSP ) | Первая и вторая ступени IUS не разделились, полезная нагрузка выведена на бесполезную орбиту | |
| 27 | 1999-07-23 | Космический челнок Колумбия ( STS-93 ) | Рентгеновская обсерватория Чандра | Последний запуск полезной нагрузки с использованием IUS на космическом челноке. |  |
| 22 | 2000-05-08 | Титан IV (402) Б | США-149 ( DSP ) | ||
| 16 | 2001-08-06 | Титан IV (402) Б | США-159 ( DSP ) | ||
| 10 | 2004-02-14 | Титан IV (402) Б | США-176 ( DSP ) |
Галерея
- TDRS-C в грузовом отсеке космического челнока Discovery
- Выпуск TDRS-C
- Улисс использовал комбинацию PAM-S и IUS
- Инерциальная верхняя ступень в Музее авиации в Сиэтле
.jpg){kind=link}
Ссылки
- ^ abcdef "Инерциальная верхняя ступень". Архивировано из оригинала 11 марта 2016 г. Получено 13 июля 2014 г.
- ^ ab "Inertial Upper Stage". Boeing. Архивировано из оригинала 16 июля 2012 года . Получено 21 июля 2012 года .
- ^ abcdefgh "Инерциальная верхняя ступень" . Получено 21 июля 2012 г.
- ^ "Boeing запускает два спутника". The Bulletin . UPI. 1 ноября 1982 г. стр. 3. Получено 23 февраля 2014 г.
Boeing выиграл контракт на разработку IUS в 1976 г.
- ^ Вирджиния Доусон; Марк Боулз. "Укрощение жидкого водорода: верхняя ступень ракеты Centaur" (PDF) . nasa.gov . стр. 172 . Получено 24 июля 2014 г. Они
утверждали, что IUS, разработанная ВВС, была потенциально лучшей ракетой. Первая ступень двухступенчатой ракеты была способна запускать максимум средние полезные грузы. Это ограничение можно было преодолеть путем добавления второй ступени для более крупных полезных грузов с пунктами назначения в более глубокий космос. В частности, ВВС попросили НАСА разработать дополнительную ступень, которая могла бы использоваться для планетарных миссий, таких как предлагаемый зонд к Юпитеру под названием Galileo.
- ^ "Titan IV Inertial Upper Stage (IUS)". www.globalsecurity.org . Получено 2 февраля 2019 г. .
- ^ "SPACE TRANSPORTATION SYSTEM PAYLOADS". science.ksc.nasa.gov . Архивировано из оригинала 21 декабря 2016 года . Получено 2 февраля 2019 года .
- ^ "Мыс, Глава 2, Раздел 6, Военные космические операции TITAN 34D и". www.globalsecurity.org . Получено 2 февраля 2019 г. .
- ^ abcd "STS-30 PRESS KIT". Апрель 1989. Архивировано из оригинала 28-08-2000 . Получено 25-07-2020 .
Длина IUS составляет 17 футов, а диаметр — 9,25 фута. Он состоит из кормовой юбки; твердотопливного ракетного двигателя (SRM) задней ступени, содержащего приблизительно 21 400 фунтов топлива и создающего приблизительно 42 000 фунтов тяги; промежуточной ступени; SRM передней ступени с 6000 фунтов топлива, создающего приблизительно 18 000 фунтов тяги; и секции поддержки оборудования. - Секция поддержки оборудования содержит авионику, которая обеспечивает наведение, навигацию, управление, телеметрию, управление командами и данными, управление реакцией и электропитание. Все критически важные компоненты системы авионики, а также приводы вектора тяги, реактивные двигатели управления, воспламенитель двигателя и пиротехническое оборудование разделения ступеней являются избыточными для обеспечения надежности более 98 процентов. - Двухступенчатый аппарат IUS использует как большой, так и малый SRM. Эти двигатели используют подвижные сопла для управления вектором тяги. Сопла обеспечивают до 4 градусов рулевого управления на большом двигателе и 7 градусов на малом двигателе. Большой двигатель является SRM с самой большой продолжительностью тяги, когда-либо разработанной для космоса, с возможностью тяги до 150 секунд. Требования и ограничения миссии (например, вес) могут быть выполнены путем адаптации количества перевозимого топлива.
- ^ Вирджиния Доусон; Марк Боулз. «Укрощение жидкого водорода: верхняя ступень ракеты Centaur» (PDF) . nasa.gov . стр. 211 . Получено 24 июля 2014 г. .
- ^ Кребс, Гюнтер. "IUS". Gunter's Space Page . Получено 21 июля 2012 г.
- ^ ab Krebs, Gunter D. "Orion 1, 2 (Magnum 1, 2)". Gunter's Space Page . Получено 5 декабря 2022 г.
- ^ Марс, Келли (2020-10-02). "35 лет назад: STS-51J – первый полет космического челнока Atlantis". NASA . Получено 2022-06-27 .
- ^ "Спутниковая система слежения и ретрансляции данных (TDRSS)". NASA Space Communications. Архивировано из оригинала 2009-03-20 . Получено 25-06-2009 .
Внешние ссылки
- Эволюция инерциальной верхней ступени Crosslink Зима 2003 г. Том 4 Номер 1 (опубликовано The Aerospace Corporation), стр. 38
- Инерциальная верхняя ступень в Федерации американских ученых
