Космодром Уоллопс: Исследования и запуски ракет в Вирджинии

Введение

Американский космодром в Вирджинии (англ. Wallops Flight Facility, WFF) — это ракетный полигон, расположенный на острове Уоллопс на восточном побережье Вирджинии, США, к востоку от полуострова Дельмарва и примерно в 161 км (100 милях) к северо-северо-востоку от Норфолка. Объект находится в ведении Центра космических полётов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, и в основном используется для поддержки научных и исследовательских миссий NASA и других федеральных агентств. WFF включает в себя оснащённый измерительными приборами полигон для поддержки запусков более десятка типов зондирующих ракет; небольших одноразовых суборбитальных и орбитальных ракет; высотных полётов на воздушных шарах с научной аппаратурой для атмосферных и астрономических исследований; а также, с использованием Исследовательского аэропорта, лётных испытаний самолётов для аэронавтических исследований, включая беспилотные летательные аппараты. С момента основания в 1945 году с ракетного полигона в Уоллопс было осуществлено более 16 000 запусков с целью получения информации о лётных характеристиках самолётов, ракет-носителей и космических аппаратов, а также для расширения знаний о верхних слоях атмосферы Земли и космической среде. Ракета-носители различаются по размеру и мощности – от небольших метеорологических ракет Super Loki до ракет, способных выводить грузы на орбиту. Wallops Flight Facility также поддерживает научные миссии Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) и, эпизодически, правительств иностранных государств и коммерческих организаций. Кроме того, Wallops поддерживает испытания и учения с участием самолётов и кораблей ВМС США, оснащённых электронным оборудованием и системами вооружения, в операционной зоне Вирджиния Кейпс, вблизи входа в залив Чесапик. Помимо стационарных измерительных комплексов, в состав полигона WFF входят мобильные радары, приёмники телеметрии и передатчики команд, которые могут быть доставлены грузовыми самолётами в любую точку мира для создания временного полигона в местах, где отсутствует другая измерительная аппаратура, обеспечения безопасности и сбора данных для поддержки запусков суборбитальных ракет с удалённых площадок. Мобильные средства WFF использовались для поддержки ракетных запусков из Арктики и Антарктики, Южной Америки, Африки, Европы, Австралии и в открытом море. Штат Wallops насчитывает около 1000 постоянных сотрудников NASA и сотрудников компаний-подрядчиков, около 30 военнослужащих ВМС США и около 100 сотрудников NOAA.

American spaceport in Virginia

Wallops Flight Facility (WFF) is a rocket launch site on Wallops Island on the Eastern Shore of Virginia, United States, just east of the Delmarva Peninsula and approximately 100 mile (161 km) north northeast of Norfolk. The facility is operated by the Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and primarily serves to support science and exploration missions for NASA and other Federal agencies. WFF includes an extensively instrumented range to support launches of more than a dozen types of sounding rockets; small expendable suborbital and orbital rockets; high altitude balloon flights carrying scientific instruments for atmospheric and astronomical research; and, using its Research Airport, flight tests of aeronautical research aircraft, including unmanned aerial vehicles. There have been over 16,000 launches from the rocket testing range at Wallops since its founding in 1945 in the quest for information on the flight characteristics of airplanes, launch vehicles, and spacecraft, and to increase the knowledge of the Earth's upper atmosphere and the environment of outer space. The launch vehicles vary in size and power from the small Super Loki meteorological rockets to orbital class vehicles. The Wallops Flight Facility also supports science missions for the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and occasionally for foreign governments and commercial organizations. Wallops also supports development tests and exercises involving United States Navy aircraft and ship based electronics and weapon systems in the Virginia Capes operating area, near the entrance to the Chesapeake Bay. In addition to its fixed location instrumentation assets, the WFF range includes mobile radar, telemetry receivers, and command transmitters that can be transported by cargo planes to locations around the world, in order to establish a temporary range where no other instrumentation exists, to ensure safety, and to collect data in order to enable and support suborbital rocket launches from remote sites. The WFF mobile range assets have been used to support rocket launches from locations in the Arctic and Antarctic regions, South America, Africa, Europe, Australia, and at sea. Workers at Wallops include approximately 1,000 full time NASA civil service employees and the employees of contractors, about 30 U. S. Navy personnel, and about 100 employees of NOAA.

История

В 1945 году агентство-предшественник НАСА, Национальный консультативный комитет по аэронавтике (NACA), создало площадку для запуска ракет на острове Уоллопс под руководством Исследовательского центра Лэнгли. Этот участок был обозначен как Исследовательская станция беспилотных летательных аппаратов и проводил высокоскоростные аэродинамические исследования в дополнение к исследованиям в аэродинамических трубах и лабораторным исследованиям проблем полета. В 1958 году Конгресс учредил НАСА, которое поглотило Исследовательский центр Лэнгли и другие полевые центры и исследовательские объекты NACA. В то время Исследовательская станция беспилотных летательных аппаратов стала отдельным объектом, станцией Уоллопс, работающей непосредственно под штаб-квартирой НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия.

В 1959 году НАСА приобрела бывшую военно-морскую авиастанцию Чинкотейг, и инженерная и административная деятельность была перенесена в это место. В 1974 году станция Уоллопс была названа Центром полётов Уоллопс. В 1981 году название было изменено на Wallops Flight Facility, когда он стал частью Годдардского центра космических полётов. В первые годы исследования в Уоллопс были сосредоточены на получении аэродинамических данных на трансонических и низких сверхзвуковых скоростях. Между 1959 и 1961 годами капсулы проекта «Меркурий» были протестированы в Уоллопс в поддержку пилотируемой космической программы НАСА – программы «Меркурий» – перед тем, как астронавты были запущены с авиабазы Кейп-Канаверал во Флориде. Некоторые из этих испытаний с использованием ракеты-носителя Little Joe были предназначены для лётной квалификации компонентов космического корабля, включая системы спасения и восстановления, а также некоторые системы жизнеобеспечения. Две обезьяны-резусы, Сэм и мисс Сэм, были отправлены в полёт в качестве предшественников для астронавтов; обе были благополучно возвращены на Землю. Первым полезным грузом, выведенным на орбиту с острова Уоллопс, был Explorer IX на ракете-носителе Scout 15 февраля 1961 года. 6 сентября 2013 года с Уоллопс был запущен аппарат Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) на ракете Minotaur V. Это был первый случай, когда американская лунная миссия была запущена откуда-либо, кроме Флориды. В настоящее время остров Уоллопс испытывает береговую эрозию в 3–7 метров в год, отчасти из-за повышения уровня моря; некоторые подъездные дороги и парковки приходилось перестраивать несколько раз за последние пять лет. НАСА реагирует, постоянно укрепляя береговую линию песком. Постоянная наземная станция управления для беспилотного летательного аппарата RQ-4 Global Hawk NASA находится на Wallops Flight Facility.

Объекты

Основная база WFF расположена на восточном побережье Вирджинии на полуострове Дельмарва примерно в 5 милях (8 км) к западу от Чинкотейга, штат Вирджиния; примерно в 90 милях (145 км) к северу от Норфолка, штат Вирджиния, и в 40 милях (64 км) к юго-востоку от Солсбери, штат Мэриленд. WFF состоит из трех отдельных участков земли общей площадью 6200 акров (25 км²): Главная база, материковая часть и площадка запуска острова Уоллопс. Материковая часть и площадка запуска острова Уоллопс расположены примерно в 7 милях (11 км) к юго-востоку от Главной базы.

Фиксированные средства

Основные объекты Уоллопс включают в себя взлетно-посадочные полосы, сертифицированные FAA; экспериментальную взлетно-посадочную полосу для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА); а также службы аварийно-спасательных работ, пожаротушения и спасения. WFF располагает средствами для приемки, проверки, сборки, испытаний и хранения ракетных двигателей и других опасных пиротехнических устройств. Стартовый комплекс острова Уоллопс включает шесть стартовых площадок, три блок-хауса для управления запуском и сборочные корпуса для подготовки и запуска суборбитальных и орбитальных ракет-носителей. Исследовательский полигон Уоллопс включает в себя наземные и мобильные системы, а также центр управления полетами. Его радиолокационные установки и системы используются для сопровождения и наблюдения. Телеметрические средства включают в себя различные антенны, приемники и системы отображения информации. В состав полигона также входят средства командной связи и оптического слежения. Полигон предоставляет передовые цифровые фото- и видеоуслуги, включая эксплуатацию многочисленных фотокамер, высокоскоростных и видеосистем для обеспечения безопасности полетов, наблюдения и анализа после запуска (например, анализа отказов), проектной документации (например, изготовления и испытаний), административной документации и архивирования для экологических исследований. Кроме того, WFF располагает различными системами связи для передачи голоса, видео и данных в поддержку подготовки к запуску, полетов и испытательных операций. Исследовательский аэропорт WFF расположен на главной базе. В его составе три взлетно-посадочные полосы (длиной от 1466 до 2667 метров), две рулежные дорожки, три стояночные площадки и одна зона погрузки опасных грузов. К двум действующим ангарам примыкают две стояночные площадки, а к зданию аварийно-спасательной службы – третья. Основная исследовательская взлетно-посадочная полоса имеет испытательный участок с различными типами поверхностных текстур и материалов для проведения исследований взлетно-посадочных полос. Измерения и прогнозы погоды имеют решающее значение для всех операций в исследовательском аэропорту, запусков ракет и аэрозондов, а также для безопасного проведения опасных работ на земле. Метеорологическая служба Уоллопс осуществляет измерения верхних слоев атмосферы и магнитных явлений для расширения и обеспечения сбора научных данных датчиками на борту летательных аппаратов. Доплеровская радиолокационная система S-диапазона в Уоллопс, известная как SPANDAR, способна автоматически и однозначно отслеживать цели на расстоянии до 60 000 километров. Она может обнаружить отдельную каплю дождя диаметром 3 миллиметра на расстоянии 10 километров и содержание воды в облаках всего 1 грамм на кубический метр. Благодаря своей 18-метровой антенне SPANDAR может обнаруживать небольшие изменения показателя преломления воздуха, вызванные морским бризом, порывами ветра и различными формами турбулентности.

Major Wallops facilities include FAA certified runways; an experimental UAV runway; and crash, fire, and rescue services. WFF has facilities for the receipt, inspection, assembly, checkout and storage of rocket motors and other hazardous pyrotechnic devices. The Wallops Island Launch Site includes six launch pads, three blockhouses for launch control, and assembly buildings to support the preparation and launching of suborbital and orbital launch vehicles. The Wallops Research Range includes ground based and mobile systems, and a range control center. Its radar facilities and systems are used for tracking and surveillance. Telemetry facilities include a variety of antennas, receivers, and display instrumentation systems. Command uplink and optical tracking facilities are included as part of the range. The range also provides premier digital photographic and video services including operation of numerous still cameras, high speed and video systems for Range Safety support, surveillance, and post launch analysis (e. g., failure analysis), project documentation (e. g., fabrication and test), administrative documentation, and archiving for environmental studies. In addition, WFF has a variety of communications systems and facilities to route voice, video, and data in support of launch processing, flight, and test operations. The WFF Research Airport is located on the Main Base. There are three runways (from 4810 feet (1466 m) to 8750 feet (2667 m) long), two taxiways, three ramps, and one hazardous cargo loading area in active service. Two ramps adjoin the two active hangars, and a third ramp adjoins the Crash, Fire and Rescue building. The primary research runway has a test section with a variety of surface textures and materials for runway research projects. Weather measurements and predictions are critical to all Research Airport operations, rocket and balloon launches, and in safely conducting hazardous operations on the ground. Wallops meteorological services provide measurements of upper atmospheric and magnetic phenomena to augment and enable the collection of scientific data by sensors aboard flight vehicles. The S band Doppler radar system at Wallops, known as SPANDAR, is capable of automatic unambiguous tracking of targets up to 60,000 kilometers away. It can detect a single raindrop of 3 millimeters at a range of 10 kilometers and cloud water content as little as 1 gram per cubic meter. SPANDAR's sensitivity with its 60 feet (18 m) dish antenna can detect small changes in the refractive index of air caused by sea breeze fronts, gust fronts, and various forms of clear air turbulence.

Мобильные системы

Мобильная измерительная аппаратура Уоллопса включает в себя системы телеметрии, радиолокации, управления и энергоснабжения. Эти средства используются по мере необходимости для дополнения аппаратуры на существующих полигонах или для создания временного полигона, обеспечивающего безопасность и сбор данных для поддержки заказчиков ракетных программ в удаленных районах, где отсутствует другая полигонная аппаратура. Этот комплекс переносных систем может быть развернут для обеспечения полного спектра полигонных возможностей в удаленных уголках мира. Хотя остров Уоллопс является основным местом предоставления полигонных услуг, крупные кампании по запуску ракет поддерживались на полигонах Покер-Флэт (Аляска), Андоя (Норвегия) и Кваджалейн (Маршалловы острова). Мобильная измерительная аппаратура Уоллопса интегрирована с сетями NASA и Министерства обороны и может использоваться для расширения возможностей существующих полигонов в поддержку запусков ракет.

Развитие технологий диапазона

С 2001 года инженеры NASA Wallops Flight Facility разрабатывают новые радиолокационные технологии, системы и подходы для повышения эффективности и оперативности запусков и летных испытаний, учитывая ограничения по финансированию и срокам реализации программ. В частности, NASA Wallops руководит двумя проектами по разработке радиолокационных технологий: Автономная система обеспечения безопасности полета (AFSS) и малозатратный приемопередатчик TDRSS (LCT2). AFSS – это проект по разработке автономной бортовой системы, способной дополнять или заменять традиционные наземные системы принудительного прекращения полета, используемые Range Safety. AFSS будет использовать резервные датчики и процессоры на борту ракеты-носителя для контроля траектории полета и, при необходимости, активации пиротехнических устройств для его завершения. LCT2 – это работа над созданием относительно недорогого приемопередатчика, позволяющего ракетам-носителям поддерживать связь через систему слежения и ретрансляции данных NASA (TDRSS) после выхода из зоны прямой видимости с места запуска. LCT2 реализуется в рамках программы Space Based Range Demonstration and Certification (SBRDC) (ранее известной как Space Based Telemetry and Range Safety (STARS)) в сотрудничестве с Космическим центром имени Кеннеди NASA.

Коммерческий космодром

В 1998 году Управление по коммерческим космическим полетам штата Вирджиния, к которому позднее присоединился штат Мэриленд, построило региональный космический порт Средней Атлантики в Уоллопс на территории, арендованной у NASA. В декабре 2006 года с этого космодрома был осуществлен первый запуск.

Центр посетителей

В Центре для посетителей Уоллопс представлены разнообразные интерактивные экспонаты и еженедельные образовательные мероприятия и программы, призванные помочь детям исследовать и узнать о технологиях, разработанных и используемых исследователями и учеными НАСА. Кроме того, в одну субботу каждого месяца НАСА приглашает энтузиастов моделирования ракет запускать свои собственные ракеты с площадки запуска ракет WFF. Сотрудники НАСА также принимают участие, запуская модели различных ракет и объясняя, какие космические аппараты они несут в реальных космических полетах. Расписание запусков ракет-зондов с WFF публикуется на официальном веб-сайте.

Образование

В течение многих лет WFF был базой для проектов NSIP Sub SEM и SEM. NSIP расшифровывается как NASA Student Involvement Project, проект Sub SEM заключался в разработке одного из четырех экспериментов, которые должны были быть установлены в одноступенчатую ракету ORION II и запущены выше 98% атмосферы, где они испытали бы перегрузку свыше 30 G. Проект SEM же был направлен на разработку эксперимента для будущей миссии космического шаттла. Каждый проект давал 16 студентам и четырем учителям (по четыре студента и один учитель от каждой старшей школы) возможность провести почти полностью оплаченную неделю на WFF. Обычно студенты и учителя проживали в мотеле Mariner, который сейчас является Holiday Inn, где они проводили эксперименты и знакомились с возможностями центра. После президентского указа и сокращения бюджета вся программа NSIP, включая SEM и Sub SEM, была прекращена.

Аварии

2 апреля 1957 года самолет Lockheed P2V 6 Neptune потерпел взрыв в воздухе вскоре после взлета с тогдашней Военно-морской вспомогательной авиабазы Чинкотиг. Все одиннадцать человек на борту погибли. 23 октября 1995 года первый полет ракеты Conestoga 1620 завершился неудачей через 46 секунд после старта, что привело к ее разрушению. Компания EER Space Systems, производитель ракеты Conestoga, пришла к выводу, что низкочастотный шум от неизвестного источника вызвал сбой в работе системы наведения, заставив ракету инициировать коррекцию курса без необходимости. Ракета отклонилась от траектории, когда у рулевого механизма первой ступени закончилась гидравлическая жидкость, и он вышел из строя. После этой неудачи программа Conestoga была закрыта, а EER прекратила деятельность в сфере космических запусков. На момент запуска Conestoga была самой большой ракетой, когда-либо стартовавшей с острова Уоллопс, и первой орбитальной миссией, предпринятой с этого космодрома с 1985 года. Стартовая площадка компании на острове Уоллопс стала первым в США коммерчески построенным космодромом. Были уничтожены 14 научных экспериментов, некоторые из которых планировалось вернуть с орбиты. Все обломки упали в Атлантический океан. Пострадавших не было. 27 октября 1998 года самолет Learjet 45 был уничтожен на острове Уоллопс после потери управления во время испытательного полета, связанного с попаданием воды в двигатели. Были зафиксированы незначительные травмы у второго пилота и бортинженера. На земле никто не пострадал. Самолет использовался для испытания новой шины передней стойки шасси. В ходе испытаний самолет проходил через "водоем" или "желоб" с водой на взлетно-посадочной полосе на разных скоростях. Пилот не смог выровнять самолет относительно водоема и потерял управление. Самолет съехал с взлетно-посадочной полосы влево и столкнулся с припаркованным рядом с полосой пикапом. 22 августа 2008 года ракета-зонд ALV X 1 была намеренно уничтожена через 20 секунд после старта из-за значительного отклонения от курса. 28 октября 2014 года произошла авария ракеты-носителя "Антарэс", несущей грузовой корабль Cygnus CRS Orb 3, вскоре после старта, что привело к уничтожению как ракеты, так и полезной нагрузки на прилегающем к ней региональном космическом порту Средней Атлантики на стартовой площадке 0A.

On April 2, 1957, a Lockheed P2V 6 Neptune exploded in midair after takeoff from what was then known as Naval Auxiliary Air Station Chincoteague. All eleven occupants of the aircraft died. On October 23, 1995, the maiden flight of a Conestoga 1620 rocket failed 46 seconds after liftoff, resulting in disintegration. EER Space Systems, Conestoga's manufacturer, concluded that low frequency noise from an unknown source upset the guidance system on the rocket causing it to order course corrections when none were needed. The rocket went off course when its first stage steering mechanism ran out of hydraulic fluid and became inoperable. After this failure, the Conestoga program was terminated, and EER abandoned the launch business. At the time of the launch, the Conestoga was the largest rocket ever launched from Wallops Island, and it was the first orbital mission attempted from the facility since 1985. The company's launch pad at Wallops Island were the first commercially built facilities in the US. 14 scientific experiments, some of which were planned to return from orbit, were destroyed. All debris landed in the Atlantic Ocean. There were no injuries. On October 27, 1998, a Learjet 45 was destroyed at Wallops after a loss of control during a water ingestion test flight. Only minor injuries to a copilot and flight engineer were reported. There were no ground injuries. The airplane was being used to test a new nose wheel tire. For the test, the airplane was passed through a "pool" or "trough" of water on the runway at different speeds. The pilot failed to obtain/maintain alignment with the water pool and lost control. The plane departed the left side of the runway, and struck a pickup truck parked adjacent to the runway. On August 22, 2008, an ALV X 1 sounding rocket was intentionally destroyed 20 seconds into flight after veering too far off course. On October 28, 2014, a failure occurred in an Antares rocket, carrying Cygnus CRS Orb 3, shortly after launch and destroyed both the rocket and the payload at the adjacent Mid Atlantic Regional Spaceport on Launch Pad 0A.