Ариан-5

«Ариан 5» (фр. Ariane 5) — европейская одноразовая тяжёлая ракета-носитель семейства Ариан, предназначена для выведения полезной нагрузки на низкую опорную орбиту (НОО) или геопереходную орбиту (ГПО). Производится Европейским космическим агентством (ЕКА), основной подрядчик — European Astrium Space Transportation (EADS). Ракета продвигается на рынке компанией «Arianespace». Запуски происходят с космодрома Куру во Французской Гвиане. РН «Ариан 5» является основной ракетой-носителем ЕКА и останется таковой по крайней мере до 2020 года, когда должны начать полеты ракеты «Ариан-6». Только за период 1995—2007 годов «Арианспейс» разместила заказы на 99 РН в EADS, было произведено 43 запуска, из которых 39 успешных.

Разработка «Ариан 5» заняла 10 лет, стоила 7 млрд долларов США и предназначалась для замены ракеты-носителя ЕКА «Ариан-4». Первоначально существовали планы использовать её для запусков пилотируемого корабля «Гермес», однако этот проект был отменён и сейчас «Ариан 5» применяется только в непилотируемом варианте. Использование разных вариантов контейнеров полезной нагрузки (ПН) позволяет одновременный запуск двух-трёх спутников и размещение до восьми микроспутников. Ракета-носитель использовалась для снабжения Международной космической станции (МКС) с помощью автоматических грузовых кораблей.

Сравнимые ракеты-носители: «Протон-М», «Ангара-А5», «Дельта IV», «Атлас V», Чанчжэн-5, GSLV Mk.III, «Falcon 9», H-IIB.

Конструкция

Криогенная основная ступень

Первая криогенная ступень «Ариан 5» называется EPC (фр. Étage Principal Cryotechnique) и состоит из большого, высотой 30,5 м, бака с двумя отделениями (одно для 130 т жидкого кислорода и одно для 25 т жидкого водорода) и ЖРД «Vulcain» в основании, который имеет тягу 113,6 тс (1114 кН) на уровне моря. Сухая масса первой ступени составляет 15 т. В варианте «Ариан 5 ECA» используется модифицированный ЖРД «Vulcain 2» с тягой 136,6 тс (1340 кН).

Твердотопливные ускорители

Два твердотопливных ускорителя ARP (фр. Les Étages d’Accélérations à Poudre) присоединяются по бокам и обеспечивают основную тягу при старте ракеты-носителя. ТТУ P238 (P241 в случае «Ариан 5 ECA») весит 277 т и развивает тягу 630 тс (6470 кН). В отличие от боковых ускорителей космического челнока, твердотопливные ускорители после отсоединения падают и теряются в океане, но и как в случае с челноком, в принципе могут опускаться на парашютах в воду для их повторного использования. Спасение ТТУ после запуска осуществлялось несколько раз для послеполётных исследований ускорителей. Повторного использования в настоящее время не предусмотрено. Спасение отработавшего ТТУ производилось после первого полёта варианта РН «Ариан 5 ECA». До этого полёта последняя такая попытка была предпринята в 2003 году.

Разгонные блоки

Вторая ступень расположена выше первой и ниже контейнера полезной нагрузки. Вариант РН «Ариан 5 G» использует EPS (фр. Étage à Propergols Stockables — ступень с хранением топлива), в которой применяются компоненты топлива метилгидразин и N2O4, в то время как вариант РН «Ариан 5 ECA» использует ESC (фр. Étage Supérieur Cryotechnique) с компонентами LH2/LOX.

Модификации и будущее развитие

Варианты ракеты-носителя

• Первоначальная версия РН «Ариан» называется 5G (англ. Generic), со стартовой массой 737 т. Масса полезной нагрузки, выводимая на ГПО этим вариантом ракеты-носителя, была изначально заявлена равной 5970 кг, но была увеличена после испытательных полетов до 6200 кг.
• РН «Ариан 5G+» оснащена модернизированной второй ступенью, которая обеспечивает вывод на ГПО 6950 кг груза и использовалась три раза в 2004 году.
• РН «Ариан 5GS» пришла на замену «5G+» в 2005 году. Имеет те же ТТУ EAP, что и более поздний вариант «Ариан 5 ECA», также оснащена модифицированным двигателем первой ступени «Vulcain 1B». Она способна выводить на ГПО 6100 кг.
• РН «Ариан ECA» (англ. Evolution Cryotechnique type A) может вывести на ГПО два спутника общей массой 10 000 кг или один спутник массой 10 500 кг. Этот вариант использует двигатель первой ступени «Vulcain 2» и вторую ступень ESC-A (фр. Etage Supérieur Cryogénique-A), которая оснащена ЖРД HM7-B массой 2100 кг, общая масса криогенного топлива (LH2/LOX) составляет 14 000 кг. Вторая ступень, которая ранее использовалась в качестве третьей ступени РН «Ариан-4», в «Ариан ECA» имеет изменённые баки в целях сокращения длины. Переработанный ЖРД «Vulcain» имеет более длинное и эффективное сопло и более эффективный топливный цикл. Изменённое соотношение топливных компонентов потребовало изменения длины баков первой ступени. Также ТТУ EAP были облегчены использованием нового способа сварки и заполнены большим количеством топлива. Вторая ступень ESC-A не улучшает показатели РН «Ариан ECA» по выводу груза на НОО по сравнению с вариантом «Ариан 5G», поэтому последняя модификация не использовалась для вывода автоматического транспортного корабля ATV.
• РН «Ариан ES-ATV» (англ. Evolution Storable) использовалась для запуска автоматического транспортного корабля ЕКА с использованием блока второй ступени EPS версии РН «Ариан G». Первый запуск был осуществлён в 04:03 GMT 9 марта 2008 года.

Повторное зажигание второй ступени

Блок EPS обладает способностью повторного зажигания, которое демонстрировалось дважды. Первый раз это было осуществлено в ходе полёта V26, дата старта 5 октября 2007 года. Повтор зажигания был осуществлён исключительно в целях испытания двигателя и производился уже после вывода на расчётную орбиту ПН. Первое рабочее использование возможности повторного зажигания в целях выполнения программы полёта произошло 9 марта 2008 года, когда два включения ступени были осуществлены для вывода автоматического транспортного корабля ATV (англ. Automated Transfer Vehicle) ЕКА на промежуточную орбиту сближения с МКС.

Возобновлено развитие РН «Ариан 5 ECB»

Планировалось, что модификация ECB будет иметь верхнюю ступень ESC-B, использующую двигатель Vinci, ЖРД с циклом фазового перехода. Предполагалось увеличить доставляемую на ГПО ПН до 12 000 кг, но проект был отложен из-за бюджетных сокращений.

В декабре 2005 года на конференции ЕКА в Берлине не было принято решения о возобновлении или отмене этого проекта. ЖРД «Vinci», который предназначен для второй ступени, всё ещё разрабатывается, хотя и меньшими темпами, чем раньше. 25—26 ноября 2008 года на совете министров ЕКА было достигнуто соглашение по финансированию модернизированной второй ступени.

Твердотопливная ступень

Работы по ТТУ EAP продолжаются в рамках проекта ракеты-носителя «Вега». Первая ступень этой ракеты-носителя — двигатель P80 — более короткая версия ТТУ EAP, с корпусом из графитоэпоксидного волокна, которое гораздо легче стального корпуса. Сопло также выполнено из композитов с увеличенным коэффициентом расширения для улучшения эффективности. Управление вектором тяги электромеханическое, что позволяет уменьшить вес по сравнению с гидравлическим управлением.

Предполагалось, что эти усовершенствования найдут своё отражение в РН «Ариан 5». Интеграция версии РН ESC-B с усовершенствованиями ТТУ и модифицированным ЖРД «Vulcain» должны были позволить вывод 27 000 кг на низкую опорную орбиту..

Запуски ракеты-носителя «Ариан 5»

Первый испытательный полёт «Ариан 5» состоялся 4 июня 1996 года и был неудачным. Ракета-носитель была подорвана на 34-й секунде полёта по причине неисправности в управляющем программном обеспечении, которая считается самой дорогостоящей компьютерной ошибкой в истории. Конвертация данных из 64-разрядного числа с плавающей запятой в 16-разрядное привела к зависанию компьютера. Процедура на языке Ада, обрабатывающая эту исключительную ситуацию, была исключена из соображений сохранения производительности системы.

Второй испытательный полёт (V-101), 30 октября 1997 года был частичной неудачей по причине проблем с управляемостью сопла двигателя первой ступени «Vulcain». Вторая ступень отработала успешно, но не смогла достичь планируемой орбиты. Следующий полёт 21 октября 1998 года был успешным, и первый коммерческий запуск был произведён 10 декабря 1999 года — была выведена на орбиту рентгеновская обсерватория XMM-Newton.