Эта статья входит в число добротных статей

SS-520-4 (SS-520-4)

Перейти к навигации Перейти к поиску
SS-520-4
Общие сведения
Страна  Япония
Семейство SS-520
Назначение Ракета-носитель
Разработчик IHI Aerospace Co. Ltd.
Изготовитель IHI Aerospace Co. Ltd.
Стоимость запуска 3,5 млн $
Основные характеристики
Количество ступеней 3
Длина (с ГЧ) 9,54 м
Диаметр 0,52 м
Стартовая масса 2600 кг
Масса полезной нагрузки
 • на НОО >4 кг
История запусков
Состояние тестовые запуски
Места запуска Космический центр Утиноура
Число запусков 2
 • успешных 1
 • неудачных 1
Первый запуск 15 января 2017

SS-520-4 — японская трёхступенчатая твердотопливная ракета-носитель. Ракета является развитием SS-520, входящей в семейство высотных исследовательских ракет S-310. Оператором ракеты является Институт космических исследований и астронавтики Японии (англ. Institute of Space and Astronautical Science, ISAS[англ.]), входящий в Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA). Ракета изготавливается компанией IHI Aerospace[1]. На момент первого успешного запуска 3 февраля 2018 года являлась самой маленькой ракетой-носителем, предназначенной для вывода полезной нагрузки на орбиту искусственного спутника Земли[2], достигшей орбиты (ракета NOTS воздушного запуска была ещё легче, но ни разу не смогла отработать нормально).

Ракета-носитель

[править | править код]
Японские высотные исследовательские ракеты

Ракета создана путём добавления третьей ступени к высотной исследовательской ракете SS-520 и соответствующей доработки бортовых систем. Стабилизация ракеты во время работы первой ступени осуществляется закруткой вдоль продольной оси с помощью стабилизаторов. Стабилизаторы выполнены в виде трёхслойного сэндвича из алюминиевых сот, покрытых обшивкой из угле- и стеклопластика. Передняя кромка стабилизаторов изготовлена из титана[3][4]. Корпус первой ступени выполнен из высокопрочной стали HT-140[3].

Вторая ступень выполнена полностью из углепластикового композиционного материала[5]. Все три ступени используют твёрдое ракетное топливо на основе HTPB. Головной обтекатель выполнен из стеклотекстолита[4].

Высота ракеты — 9,54 м, стартовая масса — 2,6 т. Может вывести на НОО полезную нагрузку весом более 4 кг[6]. Тяга двигателя первой ступени составляет 14,6 тонн (145—185 кН), удельный импульс — 265 с. Масса топлива первой ступени — 1587 кг, второй — 325, третьей — 78[7]. Ориентацию ракеты после отделения первой ступени обеспечивают система яп. ラムライン (Ramurain) — четыре импульсных двигателя, работающих на сжатом азоте. Азот хранится в баке объёмом 5,7 л при давлении 230 бар[8]. Система управления и передачи телеметрии создана компанией Canon Electronics[9]. Третья ступень не имела телеметрической системы. Для определения окончательных параметров орбиты на ней был установлен GPS-датчик, передававший сигнал через систему Иридиум[8].

Одной из особенностей ракеты-носителя является широкое использование не специализированных, а доступных потребительских компонентов. Это сделано для снижения стоимости ракеты-носителя, что влияет на стоимость запуска полезной нагрузки[10].

Аварийный запуск 15 января 2017 года

[править | править код]

Экспериментальный запуск модифицированной ракеты SS-520 с добавленной третьей твердотопливной ступенью был запланирован для вывода на низкую околоземную орбиту 3-килограммового кубсата TRICOM-1[6][11]. Пуск был профинансирован Министерством экономики, торговли и промышленности; стоимость запуска около 400 млн иен (3,5 млн $)[12]. На момент запуска это была самая маленькая ракета-носитель для запуска полезной нагрузки на околоземную орбиту[7].

Цели запуска

[править | править код]

На момент запуска ракеты сформировалась потребность в быстром и недорогом запуске спутников малых размерностей — кубсатов. С момента появления в 2003 году кубсатов и до начала 2017 года было запущено более 300 таких спутников. В наступающем 2017 году было заявлено о планах запустить около 200 кубсатов. К моменту запуска SS-520-4 все подобные спутники запускались в качестве попутной нагрузки при запуске значительно более крупных космических аппаратов. Стоимость таких запусков довольно велика, а сам запуск кубсата жёстко привязан к запуску основной нагрузки. В этой ситуации на рынке запуска сверх-малых спутников появилась экономическая ниша для сверхмалых ракет-носителей. Именно для заполнения этой ниши и предназначалась ракета-носитель SS-520-4[8]. 27 мая 2016 года Министерство экономики, торговли и промышленности Японии объявило о финансировании проекта создания сверхлёгкой ракеты-носителя. Одним из этапов проекта было заявлено создание ракеты-носителя на основе высотной исследовательской ракеты SS-520. Основная цель запуска — продемонстрировать технологии, позволяющие запустить кубсат модернизированной высотной исследовательской ракетой[13].

Полезная нагрузка

[править | править код]
Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Репортаж о подготовке TRICOM-1 к полёту

Манифест миссии, объявленный в мае 2016 года Министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий, не содержал упоминания о полезной нагрузке. Но уже в ноябре в манифесте появился раздел о спутнике TRICOM-1[14]. TRICOM-1 (яп. トリコム[15]) — 3U-кубсат, разработанный Университетом Токио, оборудован пятью камерами для съёмки поверхности Земли и коммуникационным терминалом для ретрансляции радиосигнала[11]. Планировалось вывести спутник на орбиту с параметрами 180 × 1500 км, наклонение 31°[16].

План полёта

[править | править код]
Внешние изображения
360° панорама стартового комплекса и ракеты SS-520-4, установленной на рампе

План запуска и полёта ракеты-носителя имел последовательность специфическую именно для твердотопливных высотных исследовательских ракет: движение с большими ускорениями и несколько участков движения по баллистической траектории, заканчивающихся началом активного участка следующей ступени[8].

Запуск ракеты производился с рампы — на начальном участке ракета движется по рельсовой направляющей, которая является частью стартового сооружения. Такая технология старта традиционна для запуска геофизических ракет и позволяет задать ракете начальные углы движения по азимуту и т. д. Активный участок работы первой ступени должен был длиться 32 секунды и за это время ракета должна была достигнуть высоты 26 км. С этого момента должен был начаться первый участок движения по баллистической траектории, длительностью 2 минуты 19 секунд. Во время первого баллистического участка планировался сброс головного обтекателя (на высоте 78 км), отстыковка первой ступени (на высоте 79 км), стабилизация закруткой ракеты-носителя (94 км), уточнение момента запуска второй ступени (168 км). Через 2 минуты 50 секунд с момента старта на высоте 174 км должен включиться двигатель второй ступени, который должен был отработать 24 секунды и, достигнув высоты 186 км, вторая ступень должна была отделиться. В 3:48 должно произойти включение третьей ступени, и через 25 секунд двигатель должен выключиться. Через 7 минут 30 секунд после старта ракета должна была достичь высоты 201 км, скорости 8,1 км/с, расстояния от места старта 1818 км, и в это время должно произойти отделение полезной нагрузки от ракеты-носителя[8].

Запуск

[править | править код]
Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Запуск 14 января 2017 года

Запуск был запланирован на 11 января 2017 года в 8:48 по токийскому времени (JST) с Космического центра Утиноура со стартовой позиции KS Centre, которая в 1960—70-е годы использовалась для запуска ракет-носителей Ламбда-4S. По метеоусловиям запуск был отменён за три минуты до старта[12].

Вторая попытка состоялась 15 января 2017 года в 8:33 JST (14 января 23:33 UTC). Подготовительные работы начались в 5:00 JST и включали, кроме технических элементов, элементы безопасности — эвакуацию населения из зоны безопасности. Метеорологические условия соответствовали требованиям для запуска ракеты. Пусковая рампа была нацелена на азимут 125° и угол подъёма 75,1°. Включение двигателя первой ступени произошло в расчётное время. Запуск сопровождался получением телеметрических данных от систем ракеты и данных наземных радаров сопровождения[17].

В момент +20,4 секунд прекратилась передача телеметрии ракеты и специалисты центра управления полётом перестали получать информацию в том числе и от систем безопасности ракеты. По этой причине было принято решение не передавать на вторую ступень ракеты штатный сигнал о включении двигателя. При этом средства дистанционного сопровождения ракеты подтверждали нормальное движение ракеты — первая ступень работала корректно. Высота подъёма составила 190 км и максимальная скорость в апогее 0,918 км/с[12].

Анализ данных дистанционного слежения показал, что газореактивная система управления не смогла сориентировать ракету в направлении горизонта — это значит, что включение двигателя второй ступени не привело бы к успеху запуска[12].

После отключения двигателя первой ступени ракета упала в океане в районе, запланированном для падения первой ступени. Запуск был объявлен неудачным[12].

Циклограмма полёта

[править | править код]
Циклограмма полёта SS-520-4[12].
Время (м:с) Высота (км) Скорость (км/с) Дистанция (км) Событие Результат Комментарии
00:00 0 0 0 Зажигание 1 ступени и старт да
00:31,7 26 2,0 9 Выключение 1 ступени да регистрация оптическими средствами
00:53 Открытие пироклапанов ≠ не подтверждено
00:55 Приём сигнала системы ориентации нет отсутствие обратного сигнала
01:02 Команда на запуск механизма отделения полезной нагрузки да штатное отделение спутника на 07:30
01:07 81 1,7 28 Отстыковка обтекателя да подтверждено наземными системами наблюдения
01:08 83 1,7 28 Отделение первой ступени ≠ не подтверждено
01:13,3 Включения газореактивной системы управления нет по результатам анализа радиолокационных данных
01:57,6 Выключение газореактивной системы управления
02:01,2 94 1,6 35 Начало стабилизации закруткой
02:25 Завершение закрутки
02:37 168 1,1 79 Определение момента запуска второй ступени ≠ не подтверждено
02:44 174 1,1 86 Зажигание двигателя второй ступени нет
03:14 182 3,6 132 Окончание работы двигателя второй ступени
03:55 186 3,6 229 Отстыковка второй ступени
03:58 186 3,6 238 Зажигание двигателя третей ступени
04:23,8 185 8,1 358 Выключение двигателя третей ступени
07:30 205 8,1 1818 Отсоединение TRICOM-1 да получение сигнала спутника

Расследование аварии и его результаты

[править | править код]
Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Пресс-конференция JAXA 13 февраля 2017, посвящённая результатам расследования аварии SS-520-4
Внешние изображения
Иллюстрация эксперимента перетирания оплётки провода

Расследование, проведённое JAXA, показало, что потеря телеметрии вызвана проблемами с электропитанием. Сложность заключалась в том, что период возникновение сбоя оказался короче периода опроса датчиков на ракете-носителе, составлявшем 5 мс. Рассматривались сценарии выхода из строя переключателей, расстыковка разъёмов и короткое замыкание. Исследовались варианты дефектности схемы электропитания или блоков управления. Все рассматриваемые варианты проверялись с помощью экспериментов или моделирования. В ходе расследования был определён отказ большой группы приборов и систем (телеметрическая система, декодер команд, клапаны системы ориентации и др.), что свидетельствует о повреждении кабельной сети и возникновении короткого замыкания в кабельном канале, смонтированном на внешней поверхности второй ступени. Следствие пришло к выводу, что короткое замыкание вызвано перетиранием кабелей в зоне входа внутрь корпуса ракеты[12]. Для экономии веса стальная крышка была заменена алюминиевой. В полёте под действием термических деформаций и воздушного напора крышка прижала провода к корпусу второй ступени в районе входа кабелей внутрь корпуса. В результате вибраций оболочка проводов, сделанная из стекловолокна, перетёрлась и провода замкнули на корпус. В ходе расследования было проведено моделирование, которое подтвердило высокую вероятность такого сценария развития событий. Поводом к исследованиям в этом направлении послужили показания датчика деформации двигателя второй ступени. Данный датчик в промежутке 20,015—20,020 секунд неожиданно стал транслировать нерасчётное значение тяги, хотя двигатель второй ступени был неактивен. Этот сбой натолкнул доцента яп. 羽生宏人 (Hiroto Hanyu) на предположение о перетирании провода, что было подтверждено экспериментами. Одной из причин быстрого перетирания оболочки провода послужило использование более лёгких, но менее износоустойчивых «потребительских» марок провода[18].

По результатам расследования было решено принять меры против перетирания кабелей, разработать технологии, предотвращающие разрушение оплёток кабелей, перепроектировать кабельные каналы с целью повышения их надёжности. Кроме этого решено перепроектировать систему резервного питания всех систем.[12]

Успешный запуск 3 февраля 2018 года

[править | править код]

Во время пресс-конференции 7 апреля 2017 года президент JAXA Наоки Окумура заявил о готовности совершить второй запуск космической ракеты-носителя SS-520 в 2017 финансовом году. При этом точные даты и полезная нагрузка названы не были[19]. 13 ноября JAXA выпустило пресс-релиз в котором анонсировало очередную попытку запуска ракеты-носителя в период с 25 декабря 2017 по 31 января 2018 года[20]. В анонсе указывалось, что целью запуска является демонстрация возможности использования широко доступных компонентов для разработки космической ракеты-носителя и спутника Земли. 26 декабря агентство объявило о переносе запуска в связи с выявленной неисправностью в одном из элементов ракеты. Дата возможного запуска не указывалась[21]. 1 февраля 2018 года было официально объявлено о новой дате запуска — 3 февраля с 14:03 по 14:13 по стандартному японскому времени[22].

3 февраля в 14:03 по японскому стандартному времени был произведён успешный запуск ракеты-носителя SS-520-5, которая примерно через 7 минут 30 секунд вывела на орбиту спутник TRICOM-1R[23].

Внешние видеофайлы
Логотип YouTube Видео-трансляция запуска ракеты-носителя SS-520-5 на официальном youtube-канале JAXA

Разработчики ракеты-носителя учли недостатки, выявленные при анализе неудачного запуска 15 января 2017 года. При создании нового образца ракеты был произведён ряд доработок, призванных избежать повторной аварии[24]:

  • отверстие в корпусе ракеты-носителя, через которое выводится кабель питания и снятия информации с датчиков, было сделано больше, края отверстия получили специальную защиту, а сам кабель был дополнительно зафиксирован, что бы избежать перетирания при вибронагрузках;
  • была изменена форма кабель-канала, в котором проложен кабель, а датчик деформации, размещённый в этом канале, был смонтирован в другом месте;

22 июня 2018 года третья ступень ракеты SS-520-5 сошла с орбиты и прекратила существование, а 21 августа этого же года сгорел в атмосфере и спутник.

Полезная нагрузка

[править | править код]

В качестве полезной нагрузки в повторном запуске использовался спутник TRICOM-1R (яп. リコム-ワン-アール). Спутник являлся копией TRICOM-1, погибшего при аварийном запуске 15 января 2017 года. Спутник изготовлен Центром по разработке микроспутников при Токийским университете[25]. Спутник является 3U кубсатом с габаритами основания 11,6 на 11,6 см и высотой (без антенн) 34,6 см. Вес аппарата около 3 кг. Система электропитания основывается на солнечных батареях размещённых на корпусе спутника. Спутник предназначен для демонстрации технологии получения и сохранение пакетов данных с Земли и последующая передача информации на наземную станцию. Кроме этого, на спутнике размещена одна основная камера и пять дополнительных, которые позволяют осуществлять различные варианты съёмки поверхности планеты[25]. Спутник разработан для демонстрации ключевой возможности — эксплуатация полноценного искусственного спутника Земли, созданного на основе потребительских электронных компонентов[26].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Sounding Rocket (англ.). IHI Aerospace. Архивировано из оригинала 20 января 2017 года.
  2. ↑ ISAS, p. 23.
  3. ↑ 1 2 Афанасьев И, 2016.
  4. ↑ 1 2 S-520 (англ.). Institute of Space and Astronautical Science. Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 25 января 2018 года.
  5. ↑ SS-520 (англ.). Institute of Space and Astronautical Science. Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 9 января 2017 года.
  6. ↑ 1 2 SS-520 4号機実験の実施について (яп.). JAXA (8 декабря 2016). Архивировано из оригинала 8 декабря 2016 года.
  7. ↑ 1 2 Карпенко А. В. Сверхлёгкая ракета-носитель SS-520-4 (Япония). Военно-политические и военно-технические новости (16 января 2017). Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 22 июля 2017 года.
  8. ↑ 1 2 3 4 5 Spaceflight101, 14 января 2017.
  9. ↑ Japan's space agency to try again with minirocket launch in 2017 (англ.). NIKKEI (3 февраля 2017). Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 13 февраля 2017 года.
  10. ↑ Сергей Мороз. Авария японской ракеты-носителя SS-520-4. Ракетостроение и космонавтика. Наука и техника (17 января 2017). Дата обращения: 23 июля 2017. Архивировано 23 июля 2017 года.
  11. ↑ 1 2 Smallest Orbital Launch Vehicle ready for Liftoff from Japan (англ.). Spaceflight101 (10 января 2017). Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 11 января 2017 года.
  12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Рыжков Е, 2017, с. 36.
  13. ↑ 大貫 剛. 世界最小宇宙ロケット、経産省とJAXAの協力で開発中 (яп.). Sorae.jp (18 августа 2016). Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 19 августа 2016 года.
  14. ↑ TRICOM-1について少しだけまとめてみる (яп.). ぱらめでぃうす (23 ноября 2016). Дата обращения: 23 июля 2017. Архивировано 20 января 2017 года.
  15. ↑ 大塚実 (Минору Оцука). JAXAが世界最小の衛星用ロケットを開発 - 今年度中に内之浦から打ち上げへ (яп.). news.mynavi.jp (24 ноября 2016). Дата обращения: 23 июля 2017. Архивировано 2 декабря 2016 года.
  16. ↑ JAXA SS-520 rocket set for TRICOM-1 launch to demo small rocket capability (англ.). NASA Spaceflight (10 января 2017). Дата обращения: 22 июля 2017. Архивировано 29 октября 2017 года.
  17. ↑ Рыжков Е, 2017, с. 35.
  18. ↑ 大貫 剛.
  19. ↑ JAXA President Monthly Press Conference April 2017 (англ.). JAXA (7 апреля 2017). Дата обращения: 10 февраля 2018. Архивировано 25 апреля 2017 года.
  20. ↑ Launch Experiment of SS-520 No. 5 with Microsatellite Onboard (англ.). JAXA (13 ноября 2017). Дата обращения: 10 февраля 2018. Архивировано 24 ноября 2017 года.
  21. ↑ SS-520 No. 5 Launch Postponement (англ.). JAXA (26 декабря 2017). Дата обращения: 10 февраля 2018. Архивировано 10 февраля 2018 года.
  22. ↑ Launch Schedule, SS-520 No. 5 with a Microsatellite aboard (англ.). JAXA. Дата обращения: 10 февраля 2018. Архивировано 4 февраля 2018 года.
  23. ↑ Successful Launch Experiment, SS-520 No. 5, Followed by Separation of Payload TRICOM-1R and Orbital Insertion (англ.). JAXA (3 февраля 2018). Дата обращения: 10 февраля 2018. Архивировано 7 февраля 2018 года.
  24. ↑ ISAS, p. 9—12.
  25. ↑ 1 2 ISAS, p. 15.
  26. ↑ ISAS, p. 17.

Литература

[править | править код]
  • Афанасьев И. Проект японского наноносителя // Новости космонавтики : журнал. — 2016. — Сентябрь (т. 26, № 9 (404)). — С. 45.
  • Рыжков Е. Провал японского «нано-лоунчера» // Новости космонавтики : журнал. — 2017. — Март (т. 27, № 3 (410)). — С. 35—36.

Ссылки

[править | править код]


Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=SS-520-4&oldid=132998765