Введение
Семейство ракетных ступеней, которые могут использоваться в качестве космического буксира.
"Центавр" – это семейство ракетных верхних ступеней, используемых с 1962 года. В настоящее время они производятся американским поставщиком услуг по запуску United Launch Alliance, с одной основной действующей версией и одной версией, находящейся в разработке. Верхняя ступень Common Centaur/Centaur III используется в ракете-носителе Atlas V, а Centaur V разрабатывается как верхняя ступень новой ракеты Vulcan от ULA. "Центавр" стал первой ракетной ступенью, использующей жидкий водород (LH2) и жидкий кислород (LOX) в качестве топлива – высокоэнергетическую комбинацию, идеально подходящую для верхних ступеней, но требующую особого внимания при обращении.
Центавр III/Общий Центавр
"Общий Центавр" — верхняя ступень ракеты-носителя "Атлас V". Конфигурация Dual Engine Centaur (DEC) продолжит использовать двигатель RL10 A 4 2 меньшего размера, чтобы разместить два двигателя в имеющемся пространстве. Новейшие "Общие Центавры" могут нести дополнительную полезную нагрузку, используя хвостовой несущий адаптер, прикрепленный к двигательному отсеку ступени.
Одномоторный Центавр (SEC)
Большинство полезных нагрузок запускаются на однодвигательном Центавре (SEC) с одним двигателем RL10. Это вариант для всех стандартных полетов ракеты-носителя Atlas V (определяемый последней цифрой в системе обозначений, например, Atlas V 421).
Двухмоторный Центавр (DEC)
Существует двухдвигательный вариант с двумя двигателями RL10, но он предназначен только для запуска пилотируемого космического корабля CST-100 Starliner. Большая тяга двух двигателей обеспечивает более плавный взлет с большей горизонтальной и меньшей вертикальной скоростью, что снижает перегрузки до допустимых значений в случае прерывания запуска и баллистического возвращения на любом этапе полета.
Центавр V
Centaur V — верхняя ступень новой ракеты-носителя Vulcan, разработанная United Launch Alliance для удовлетворения потребностей программы National Security Space Launch (NSSL). Первоначально планировалось, что Vulcan поступит в эксплуатацию с модернизированным вариантом Common Centaur, а модернизация до Advanced Cryogenic Evolved Stage (ACES) была запланирована после первых нескольких лет полетов. В конце 2017 года ULA приняла решение ускорить внедрение элементов верхней ступени ACES и приступила к разработке Centaur V. Centaur V получит диаметр и усовершенствованную теплоизоляцию ACES, но не будет включать в себя систему интегрированных бортовых жидкостей (IVF), которая должна была увеличить срок службы верхней ступени на орбите с часов до недель. Данное улучшение по сравнению с Common Centaur должно было позволить ULA соответствовать требованиям NSSL и вывести из эксплуатации ракетные семейства Atlas V и Delta IV Heavy раньше запланированного срока. В марте 2018 года ракета официально получила название Vulcan Centaur. В мае 2018 года по результатам конкурсного отбора двигателем Centaur V был объявлен Aerojet Rocketdyne RL10, обошедший Blue Origin BE-3. На каждой ступени будет установлено два двигателя. В сентябре 2020 года ULA объявила о прекращении разработки ACES и переходе на использование Centaur V. Генеральный директор ULA Тори Бруно заявил, что Centaur 5 на ракете Vulcan будет обладать на 40% большей продолжительностью работы и в 2,5 раза большей энергоотдачей, чем текущая верхняя ступень ULA. «Но это лишь вершина айсберга», — добавил Бруно. «Я планирую увеличить продолжительность работы в 450, 500, 600 раз в течение ближайших нескольких лет. Это откроет возможности для целого ряда новых миссий, которые сегодня даже сложно представить».
Первый запуск Vulcan состоялся 8 января 2024 года, и верхняя ступень отработала безупречно в своем первом полете.
История
Концепция Centaur возникла в 1956 году, когда компания Convair начала изучение верхней ступени, работающей на жидком водороде. Последующий проект стартовал в 1958 году как совместное предприятие компаний Convair, Агентства перспективных исследовательских проектов (ARPA) и ВВС США. В 1959 году NASA взяла на себя функции ARPA. Centaur впервые был использован в качестве верхней ступени ракеты-носителя Atlas Centaur, столкнувшись с рядом проблем на ранних этапах разработки из-за новаторского характера проекта и применения жидкого водорода. В 1994 году General Dynamics продала свое подразделение космических систем компании Lockheed Martin.
Центавр А-Д (Атлас)
Первоначально Centaur был разработан для использования с семейством ракет-носителей Atlas. Известный на ранних этапах планирования как "высокоэнергетический разгонный блок", выбор мифологического Кентавра в качестве названия был призван отразить сочетание мощной тяги ускорителя Atlas и высокой точности разгонного блока. Первые запуски Atlas Centaur использовали экспериментальные версии, обозначенные как Centaur A, B и C. Единственный запуск Centaur A 8 мая 1962 года завершился взрывом через 54 секунды после старта из-за преждевременного отделения теплоизоляционных панелей, что привело к перегреву и разрушению бака с жидким водородом (LH2). После масштабной переработки единственный полет Centaur B 26 ноября 1963 года прошел успешно. Centaur C совершил три полета, два из которых закончились неудачей, а один был признан успешным, хотя Centaur не смог выполнить повторный запуск двигателя. Centaur D стал первой версией, поступившей в эксплуатацию, с пятьюдесятью шестью запусками. 30 мая 1966 года ракета Atlas Centaur вывела первый посадочный модуль Surveyor на траекторию к Луне. За этим последовало еще шесть запусков Surveyor в течение следующих двух лет, в ходе которых Atlas Centaur работал в соответствии с ожиданиями. Программа Surveyor продемонстрировала возможность повторного запуска водородного двигателя в космосе и предоставила данные о поведении LH2 в космическом пространстве.
Сатурн I S-V
Сатурн-I был разработан для полётов с третьей ступенью S-V, чтобы обеспечить вывод полезных грузов за пределы низкой околоземной орбиты (LEO). Ступень S-V должна была приводиться в действие двумя двигателями RL-10A-1, работающими на жидком водороде в качестве топлива и жидком кислороде в качестве окислителя. Ступень S-V была запущена четыре раза в рамках миссий SA-1 – SA-4, и во всех этих четырёх миссиях баки S-V были заполнены водой для использования в качестве балласта при старте. Ступень не использовалась в активной конфигурации.
Центавр D-1T (Титан III)
Centaur D был усовершенствован для использования с гораздо более мощной ракетой-носителем Titan III в 1970-х годах, и первый запуск получившейся Titan IIIE состоялся в 1974 году. Titan IIIE более чем в три раза увеличил грузоподъемность Atlas Centaur и включал в себя улучшенную теплоизоляцию, обеспечивающую орбитальный срок службы до пяти часов, что превышает 30 минут у Atlas Centaur. Запуск "Вояджеров-1" и "Вояджеров-2" был осуществлен с помощью этой ракеты. Ракета-носитель Titan, использованная для запуска "Вояджера-1", имела аппаратную проблему, вызвавшую преждевременное отключение, которую ступень Centaur обнаружила и успешно компенсировала. Centaur завершил работу, имея менее 4 секунд топлива в баках. После катастрофы космического шаттла "Челленджер", и всего за несколько месяцев до запланированного полета Shuttle Centaur, NASA пришло к выводу, что использование Centaur на шаттле было слишком рискованным.
Центавр II (Атлас II/III)
Centaur II изначально разрабатывался для использования с ракетами семейства Atlas II.
Центавр III/Общий Центавр (Атлас III/V)
Atlas IIIB представил Common Centaur, более длинный и изначально двухдвигательный Centaur II. В октябре 2009 года ВВС и United Launch Alliance (ULA) провели экспериментальную демонстрацию на модифицированной верхней ступени Centaur при запуске DMSP 18 для улучшения "понимания осаждения и колебаний топлива, контроля давления, прогрева RL10 и операций двухфазного отключения RL10. DMSP 18 имел небольшую массу полезной нагрузки, при этом после отделения оставалось около 28% LH2/LOX. Несколько демонстраций на орбите проводились в течение 2,4 часов, завершившись импульсом для схода с орбиты. Первоначальная демонстрация была предназначена для подготовки к более продвинутым экспериментам по управлению криогенными жидкостями, запланированным в рамках программы разработки технологии CRYOTE на базе Centaur в 2012–2014 годах, и повысит TRL преемника Advanced Cryogenic Evolved Stage Centaur. 9 мая 1971 года: произошел сбой в системе управления Centaur, что привело к его уничтожению и уничтожению космического аппарата Mariner 8, направлявшегося на орбиту Марса. 18 апреля 1991 года: Centaur не смог запуститься из-за частиц от абразивных губок, использовавшихся для очистки топливных каналов, которые застряли в турбонасосе. 22 августа 1992 года: Centaur не смог перезапуститься (проблема обледенения). 30 апреля 1999 года: запуск коммуникационного спутника USA 143 (Milstar DFS 3m) завершился неудачей из-за ошибки в базе данных Centaur, вызвавшей неконтролируемую скорость вращения и потерю управления ориентацией, в результате чего спутник был выведен на бесполезную орбиту. 15 июня 2007 года: двигатель верхней ступени Centaur ракеты Atlas V выключился преждевременно, в результате чего полезная нагрузка – пара спутников наблюдения за океаном Национального управления разведывательных служб – оказалась на более низкой, чем планировалось, орбите. Этот сбой был назван "серьезным разочарованием", однако в последующих заявлениях утверждалось, что космические аппараты все же смогут выполнить свою миссию. Причина была установлена как неисправный клапан, который остался открытым и привел к расходу части водородного топлива, в результате чего второе включение двигателя прекратилось на четыре секунды раньше. Следующий полет прошел штатно. 23–25 марта 2018 года: пассивная вторая ступень Atlas V Centaur, запущенная 8 сентября 2009 года, распалась. 30 августа 2018 года: пассивная вторая ступень Atlas V Centaur, запущенная 17 сентября 2014 года, разрушилась, образовав космический мусор. 6 апреля 2019 года: пассивная вторая ступень Atlas V Centaur, запущенная 17 октября 2018 года, распалась.