Еуропалық ғарыш агенттігінің қайта кіру демонстрациялық ұшағы
Atmospheric Reentry Demonstrator
Еуропалық ғарыш агенттігінің ARD қайта кіру аппараты – тәжірибелік ұшу, қайта кіру технологияларын сынау мақсатында жасалған. 1998 ж. сынақ сәтті өтті.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) Advanced Reentry Demonstrator (ARD) – орбитадан тыс қайта кіру аппараты. Ол тәжірибелік мақсаттарда, атап айтқанда, оған енгізілген көптеген қайта кіру технологияларын және аппараттың жалпы конструкциясын тексеру үшін, сондай-ақ қайта кіру кезінде туындайтын түрлі құбылыстарды жақсырақ түсіну үшін жасалды және қолданылды. ARD бір ғана ғарышқа ұшу жасады. 1998 жылдың 21 қазанында аппарат Ariane 5 ұшыру жүйесінің үшінші ұшуы барысында ұшырылды. 830 км биіктікке жеткен ARD, бір сағат 41 минут ұшқаннан кейін, Тынық мұхитындағы жоспарланған нүктеге жақын жерге қонды. Аппаратты қалпына келтіргеннен кейін және оны талдағаннан кейін, оның жақсы жұмыс істегені анықталды, мұрын конусы мен жылу қалқанының жылудан қорғау қабаттары идеалды күйде сақталды, толығымен герметикалық және зақымдалмаған болып қалды. ARD – Еуропа жасаған, ұшырған және қалпына келтірген алғашқы басқарылатын орбитадан тыс қайта кіру аппараты. Сыртқы түрі жағынан аппарат американдық Apollo капсуласының 70% үлкендігіндегі нұсқасына ұқсайды және ESA тарапынан болашақта қолданылатын көлік құралының 50% үлкендігіндегі аппараты деп есептеледі; оның диаметрі 2,8 метр, ал атмосферамен жанасқан кездегі салмағы 2,8 тонна. ARD ауа мен су өткізбейтін, қысыммен жабдықталған конструкцияға ие, ол негізінен алюминий қорытпасынан жасалған, ал сырты Norcoat 62250 FI корк композиттік плиткаларымен, ал жылу қалқаны үстіндегі бөлігі алеастрасил кремний диоксиді фенол формальдегид шайырлы плиткаларымен қоршалған. Аппарат үш бөлек бөлімнен тұрады: алдыңғы қалқан бөлімі, артқы конус бөлімі және артқы жапқыш бөлімі. ARD қайта кіру кезінде маневрлеуге қабілетті; ауырлық центрінің орнынан ығысуы арқасында көтерілу және сүйрелу арақатынасының тиімділігіне қол жеткізіледі. Бағыттау жүйесі Apollo және Space Shuttle бағыттау жүйелеріне ұқсас, қыздыру, жүктеме, кері соққы және басқа да талаптарға сәйкес келетін соғу жылдамдығын басқару және бұрылу маневрлеріне негізделген; ESA мәліметінше, бұл шектеулі уақыт ішіндегі есептеулермен қанағаттанарлық дәлдікті (5 км-ге дейін) қамтамасыз етеді. Жұмыс кезінде бағыттау жүйесі аэродинамикалық күштер тиімді болғанда және реакциялық басқару жүйесі жұмыс істегенде белсенді болады. Ұшуды басқару беттерін пайдаланудың орнына сызықтық емес басқару жеті гидразин қозғалтқыштары арқылы қамтамасыз етіледі, олар өндірушінің мәліметінше, Ariane 5 ұшыру жүйесінен алынған. Бұл ракеталық қозғалтқыштар, әдетте әрқайсысы 400 Н итермелі күш береді, төмен қарай бұрылатын конфигурацияда орналастырылған, үш бірлік соғуды, екеуі дөңгелектеуді және екеуі иіске арналған. Атмосфераға қайта кірген кезде ARD жылу қалқаны 2000 °C-қа дейін қызып, 1000 кВт/м2 жылу ағынына ұшырайды, бұл атмосфераның иондануынан туындайды, ал бұл аппараттың гипердыбыстық жылдамдықпен (сағатына 27 000 км-ден астам) қозғалуынан болады. Аппараттың конустық бөлігі 1000 °C-қа дейін қызып, жылу ағыны 90–125 кВт/м2 болса, ішкі температура 40 °C-тан аспайды. Жылудан қорғау шаралары француз әскери бағдарламалары аясында Aerospatiale әзірлеген бұрынғы материалдардың және жаңа буын материалдардың үйлесімінен тұрады, соңғысы негізінен сынақтар үшін қосылған. Қайта кіру кезінде ARD бас қалқаны қалыңдығының 0,5 мм ғана бөлігін жоғалтады, бұл оның аэродинамикалық пішінін салыстырмалы түрде тұрақты ұстайды, бұл ұшуды басқару алгоритмдерін жеңілдетеді. Аппарат төмендеуді қалпына келтіру жүйесімен (DRS) жабдықталған, ол жерге қонғанға дейін соққы жүктемесін азайту және 36 сағатқа дейін жүзуді қамтамасыз ету үшін қолданылады. Бұл жүйе мұрын конусының ұшындағы ішкі кеңістікте сақталатын бірнеше парашюттерді қолдануды қамтиды; жалпы алғанда, бір жалпақ ленталы пилоттық парашют, бір конустық ленталы шұңқыр бір рефтік сатымен және екі рефтік сатымен үш тесік ленталы негізгі парашюттер қолданылады. ДРС-де жүзу үшін екі қабылдағыш бар, олар аппаратты тік ұстауға көмектеседі. Аппаратты іздеуге және құтқаруға көмектесу үшін ARD спутниктік іздеу және құтқару радио маяктарымен және жыпылықтайтын шамдармен жабдықталған. ARD-нің ішкі кеңістігі атмосфераға қайта кіру және қону үшін жаңа технологияларды сынау және біліктілігін арттыру үшін ең озық технологиялармен толтырылған. Аппараттың электроникасы негізінен Ariane 5 ұшыру құралында қолданылған жабдықтардан алынған. Бағыттау және навигация жүйелері компьютерлік инерциялық навигация жүйесін пайдаланды, ол баллистикалық ұшу кезеңінде GPS арқылы автоматты түрде түзетіледі. Алайда, ARD GPS қателіктеріне төтеп беруге арналған; бұл инерциялық навигациялық өлшемдермен анықталған «сенімділік терезесі» шегінде GPS деректерін тексеріп отыратын бақылау алгоритмдерінің сериясы арқылы жүзеге асырылады. Аппараттың жалғыз миссиясы кезінде ол ARD-ның ұшу өнімділігін және борттағы жабдықтардың қызметін талдау үшін қолданылған 200-ден астам маңызды параметрлерді үнемі тіркеп, жерге жіберді.
The Advanced Reentry Demonstrator (ARD) was a European Space Agency (ESA) suborbital reentry vehicle. It was developed and operated for experimental purposes, specifically to validate the multiple reentry technologies integrated upon it and the vehicle's overall design, as well as to gain greater insight into the various phenomenon encountered during reentry. The ARD only performed a single spaceflight. On 21 October 1998, the vehicle was launched upon the third flight of the Ariane 5 expendable launch system. Reaching a recorded altitude of 830 km, the ARD performed a guided reentry back to Earth before splashing down relatively close to its intended target point in the Pacific Ocean after one hour and 41 minutes of flight. Following its recovery and subsequent analysis, the vehicle was found to have performed well, the nose cone and heat shield thermal protection having remaining in an ideal state and having remained completely airtight and perfectly intact. The ARD was the first guided sub orbital reentry vehicle to be manufactured, launched and recovered by Europe. In terms of its shape, the vehicle bares an external resemblance to a 70 per cent scale version of the American Apollo capsule, and considered by the ESA to be a 50 per cent scale vehicle of a prospective potentially operational transportation vehicle; as such, it is 2.8 meters in diameter and weighs 2.8 tons at atmospheric interface point. The ARD possesses an air and water tight pressurised structure primarily composed of an aluminium alloy, which is protected by a layer of Norcoat 62250 FI cork composite tiles across the exterior of nosecone and by an arrangement of aleastrasil silicon dioxide phenol formaldehyde resin tiles over the heat shield. The vehicle itself can be divided into three distinct sections: the frontshield section, the rear cone section and the backcover section. The ARD possesses manoeuvrability capabilities during re entry; a favourable lift to drag ratio is achieved via an off set center of gravity. The guidance law is akin to that of Apollo and the Space Shuttle, being based on a drag velocity profile control and bank angles manoeuvres in order to conform with heating, load factor, rebound, and other required conditions; according to the ESA, this provided acceptable final guidance accuracy (within 5 km) with limited real time calculation complexity. In operation, the guidance system becomes active once the aerodynamic forces become efficient and as long as the reaction control system remains efficient. Instead of using flight control surfaces, non linear control is instead ensured by an assortment of seven hydrazine thrusters which, according to the manufacturer, were derived from the Ariane 5 expendable launch system. These rocket thrusters, each typically generating 400 N of thrust, were arranged in a blow down configuration and positioned so that three units provide pitch control, two for roll and two for yaw. During its reentry into the atmosphere, the ARD's heat shield is exposed to temperatures reaching as high as 2000 °C and a heat flux peaking at 1000 kW/m2, resulting from the ionisation of the atmosphere, which is in turn caused by the vehicle travelling at hypersonic speeds, in excess of 27,000 km/h during parts of its reentry descent. While the conical area of the vehicle may reach 1000 °C, with a heat flux of 90–125 kW/m2, the interior temperature will not rise above 40 °C. The thermal protection measures used were a combination of pre existing materials that Aerospatiale had already developed under French military programmes along with multiple new generation materials, the latter of which had been principally included for testing purposes. During reentry, the ARD's head shield loses only 0.5 mm of its thickness, keeping its aerodynamic shape relatively constant, which in turn simplifies the flight control algorithms. The vehicle is equipped with a Descent Recovery System (DRS), deployed prior to splashdown in order to limit the impact loads and to ensure its flotation for up to 36 hours. This system involving the deployment of multiple parachutes, stored within the internal space of the tip of the nose cone; in total, one flat ribbon pilot chute, one conical ribbon drogue chute with a single reefing stage, and three slotted ribbon main parachutes with two reefing stages are typically deployed. For buoyancy purposes, a pair of inflatable balloons are also present in the DRS, helping to keep the vehicle upright. To aid in its recovery, the ARD is furnished with both a satellite based search and rescue radio beacon and flashing light. The internal space of the ARD and was packed with the most advanced technologies to test and qualify new technologies and flight control capabilities for atmospheric reentry and landing. The avionics of the vehicle were primarily sourced from existing equipment used upon the Ariane 5 launcher. The guidance and navigation systems used a computerised inertial navigation system which, via a databus, would be automatically corrected by GPS during the ballistic phase of flight. However, the ARD was designed to be tolerant to instances of GPS failure; this is achieved via a series of control loop algorithms that verify the GPS derived data to be within a pre established ‘credibility window’, defined by the inertial navigation readings. During the vehicle's sole mission, it continuously recorded and transmitted to the ground in excess of 200 critical parameters that were used to analyse the ARD's flight performance as well as the behaviour of the equipment on board.
Пайдалану тарихы
ARD тек бір ғарыш ұшуын жүзеге асырды. 1998 жылдың 21 қазанында ARD, Ariane 5 ұшыру жүйесінің үшінші ұшуы барысында ұшырылды. Ол ұшыру құралының криогендік басқыш сатысынан (шамамен 216 км биіктікте) ажыратылғаннан кейін, 12 минуттан соң, Гвиана Ғарыш орталығынан, Еуропаның Ғарыш порты Курудан, Француз Гвианасынан ұшырылды. ARD 830 км биіктікке көтерілді, одан кейін атмосфераға бағытталған қайта кіру амалдары орындалды. Ол Маркиз аралдары мен Гавай аралы арасындағы Тынық мұхитындағы мақсатты нүктеден 4,9 км қашықтықта, бір сағат 41 минуттық ұшудан кейін суға қонды. ARD суға қонғаннан кейін шамамен бес сағаттан соң құтқарылды. Құтқарудан кейін аппарат Еуропаға қайтарылып, оның өнімділігі туралы толыққанды ақпарат алу үшін егжей-тегжейлі техникалық талдаудан өтті. Инженерлер оның орбиталық емес ұшудан алынған деректерін талдап, капсуланың барлық жүйелері жақсы және күтілгендей жұмыс істегенін хабарлады; ұшу кезіндегі аппараттың нақты уақыт телеметриялық хабарларын талдау барлық электр жабдықтары мен итеркіш жүйелерінің қалыпты жұмыс істегенін көрсетті. Аппараттағы телеметриялық жүйелер мен қабылдау стансаларының барлығы жақсы жұмыс істеді, ал аппараттағы GPS қабылдағышы бүкіл ұшу кезінде қанағаттанарлықтай жұмыс істеді, бірақ қайта кіру кезіндегі қараңғылықтан басқа, күтілгендей, жұмыс істемеді. ARD-нің өнімділігін талдаудан кейін, бағдарламаның барлық демонстрациялық және жүйелік талаптары сәтті орындалғаны жарияланды. Сынақ ұшуының өзі «шамалы номиналды» деп сипатталды, әсіресе траекториясы мен ұшуды басқару аспектілері; сонымен қатар, көптеген аппараттағы жүйелер, мысалы, навигация (негізгі және қосымша), итеркіш, жылудан қорғау, байланыс және DRS болжамдарға сәйкес жұмыс істеді немесе осы болжамдардан аздап ғана ауытқыды. Қайта кіру кезінде жылу қалқанының температурасы 900 °C-қа жетті; алайда, аппараттың конусы мен жылу қалқанының жылу қорғанысы оны алып шыққаннан кейін мінсіз күйде табылған. Талдау барысында анықталған мәселелерге кейбір физикалық құбылыстарды, мысалы, нақты газдардың әсерін байқаудағы қиындықтар, сондай-ақ кейбір терможұптардың ертерек істен шығуының нәтижесінде аэротермальдық ортаны сипаттаудағы кедергілер кірді. Жалпы алғанда, ұшу жоғары сапалы аэродинамикалық ақпараттың көп көлемін әкелді, бұл, басқа да артықшылықтармен қатар, жердегі болжау құралдарының мүмкіндіктерін растауға және жақсартуға көмектесті. Аппаратты құтқарып алып, миссиядан кейінгі тексеруді аяқтағаннан кейін, жалғыз ARD аппараты сақталды және ол Нидерландының Ноордвик қаласындағы Еуропалық ғарыш зерттеулері және технология орталығында көпшілікке ашық көрмеге қойылды.
The ARD only performed a single spaceflight. On 21 October 1998, the ARD was launched upon the third flight of the Ariane 5 expendable launch system. It was released shortly after separation of the launcher's cryogenic main stage (at an altitude of about 216 km) 12 minutes after lift off from the Guiana Space Centre, Europe's spaceport in Kourou, French Guiana. The ARD attained a recorded altitude of 830 km, after which a guided reentry into the atmosphere was conducted. It splashed down to within 4.9 km of its target point in the Pacific Ocean between the Marquesas Islands and Hawaii after one hour and 41 minutes of flight. The ARD was recovered roughly five hours following splash down. Following recovery, the vehicle was transported back to Europe and subject to detailed technical analysis in order to acquire more information on its performance. Engineers analysing data from its sub orbital flight reported that all the capsule's systems had performed well and according to expectations; analysis of the craft's real time telemetry broadcast during the flight had also reported that all electrical equipment and propulsion systems functioned nominally. The onboard telemetry systems and reception stations had all performed well, and the onboard GPS receiver worked satisfactorily during the entire flight except, as expected, during black out in reentry. Following post mission analysis of the ARD's performance, it was announced that all of the demonstration and system requirements of the programme had been successfully achieved. The test flight itself was described as having been "nearly nominal", particularly the trajectory and flight control aspects; additionally, many of the onboard systems, such as the navigation (primary and backup), propulsion, thermal protection, communication, and DRS were found to have performed either as predicted or to have been outside these predictions by only a small margin. During reentry, the heat shield temperature reached a recorded peak temperature of 900 °C; nevertheless, both the vehicle's cone and heat shield thermal protection were found in a perfect state following its retrieval. Issues highlighted during analysis included the role of design uncertainties having led to difficulties in observing some physical phenomena such as real gas effects, addressing aerothermal environment characterization was also hindered due to the premature failure of some thermocouples. Overall, the flight was stated to have brought a great amount of high quality aerodynamic information back which, amongst other benefits, served to confirm and enhance the capabilities of ground based prediction tools. Since its retrieval and the conclusion of post mission examination, the sole ARD vehicle itself has been preserved and has become a publicly accessible exhibit at the European Space Research and Technology Centre in Noordwijk, Netherlands.