Ariane 4: Европейская ракета-носитель

Введение

Ariane 4 – европейская ракета-носитель, разработанная французским космическим агентством CNES для Европейского космического агентства (ESA). Производилась компанией ArianeGroup и реализовывалась компанией Arianespace. С момента первого полета 15 июня 1988 года до последнего полета 15 февраля 2003 года было осуществлено 113 успешных запусков из 116 общих. Программа Ariane 4 была одобрена ESA в 1982 году. Основываясь на предшествующей Ariane 3, она была разработана для обеспечения возможности запуска более тяжелых полезных нагрузок по более низкой стоимости за килограмм, чем у предыдущих членов семейства Ariane. Ariane 4 представляла собой в основном эволюцию существующих технологий, а не революционный подход к проектированию; этот подход быстро получил поддержку большинства членов ESA, которые финансировали и участвовали в ее разработке и эксплуатации. Благодаря возможности оснащения широким спектром твердотопливных ускорителей, Ariane 4 завоевала репутацию чрезвычайно универсальной ракеты-носителя. После ввода в эксплуатацию ракета-носитель быстро стала признана идеальной для запуска спутников связи и наблюдения Земли, а также спутников, используемых для научных исследований. В течение всего срока эксплуатации Ariane 4 удалось занять 50% рынка запусков коммерческих спутников, что наглядно продемонстрировало способность Европы конкурировать в секторе коммерческих запусков. В феврале 2003 года был осуществлен последний запуск Ariane 4; компания Arianespace приняла решение снять ее с эксплуатации в пользу более новой и крупной Ariane 5, которая фактически заменила ее в эксплуатации.

Происхождение

В 1973 году одиннадцать стран решили продолжить совместное сотрудничество в области исследования космоса и создали новую паннациональную организацию для выполнения этой миссии – Европейское космическое агентство (ЕКА). Шесть лет спустя, в декабре 1979 года, ознаменовалось появление первой европейской системы запуска, когда первая пусковая установка Ariane 1 была успешно запущена из Центра космических исследований Гвианы (CSG) в Куру, Французская Гвиана. Ariane 1 вскоре стал считаться способным и конкурентоспособным носителем по сравнению с платформами, предлагаемыми Советским Союзом и Соединенными Штатами Америки, и за ним быстро последовали улучшенные модификации в виде Ariane 2 и Ariane 3. К началу 1986 года Ariane 1, вместе с Ariane 2 и Ariane 3, стал доминирующим носителем на мировом рынке. В январе 1982 года ЕКА выдало разрешение на разработку и строительство Ariane 4; целью программы разработки было увеличение полезной нагрузки на 90%. Работа над Ariane 4 была значительно упрощена благодаря широкому использованию технологий и опыта, полученных при производстве и эксплуатации предыдущих ракет семейства Ariane. Общая стоимость разработки Ariane 4 в 1986 году оценивалась в 476 миллионов европейских валютных единиц (ECU). Столкнувшись с необходимостью создания ракеты с существенно большей тягой, конструкторская группа рассмотрела различные подходы к решению этой задачи. Это позволило размещать пару спутников друг над другом, а также устанавливать различные обтекатели SPELDA, включая модели нормального и увеличенного размера. SPELDA был значительно легче своего предшественника, а система наведения использовала более точные кольцевые лазерные гироскопы. Параллельно с разработкой самой Ariane 4, на Центре космических исследований Гвианы была построена новая специально оборудованная зона подготовки к запуску и стартовая площадка для ракеты, объединенная под названием ELA 2, для обслуживания Ariane 4 и обеспечения темпа запуска в 8 пусков в год (такая производительность была почти беспрецедентной для одной большой ракеты, за исключением Советского Союза). В отличие от более ранней ELA 1, которая использовалась для предыдущих членов семейства Ariane и других ракет, подготовка ракеты осуществлялась в специально построенном высоком ангаре, а не на самой стартовой площадке; собранная ракета затем транспортировалась по специально спроектированной железной дороге, медленно перемещаясь из ангара на стартовую площадку, что занимало один час. Эта железная дорога также обеспечивала дополнительное преимущество, позволяя быстро извлекать неисправные ракеты со стартовой площадки и заменять их. 15 июня 1988 года состоялся первый успешный запуск Ariane 4. В январе 1985 года Ariane 5 был официально принят в качестве программы ЕКА. Он не обладал тем высоким уровнем унификации, который был у Ariane 4 с его предшественниками, и был разработан не только для запуска более тяжелых полезных нагрузок с уменьшением стоимости на 20% по сравнению с Ariane 4, но и с повышенным уровнем безопасности, поскольку Ariane 5 предназначался для осуществления пилотируемых космических запусков и транспортировки астронавтов с использованием планируемого космического корабля Hermes. Разработка Ariane 5 не обошлась без споров, поскольку некоторые члены ЕКА считали более зрелый Ariane 4 более подходящим для удовлетворения существующих потребностей в носителях; по этой причине Великобритания решила не участвовать в программе Ariane 5. В течение нескольких лет носители Ariane 4 и Ariane 5 эксплуатировались взаимозаменяемо; однако в конечном итоге было принято решение прекратить все операции с Ariane 4 в пользу концентрации на более новом Ariane 5.

In 1973, eleven nations decided to pursue joint collaboration in the field of space exploration and formed a new pan national organisation to undertake this mission, the European Space Agency (ESA). Six years later, in December 1979, the arrival of a capable European expendable launch system was marked when the first Ariane 1 launcher was successfully launched from the Centre Spatial Guyanais (CSG) at Kourou, French Guiana. The Ariane 1 soon became considered to be a capable and competitive launcher in comparison to rival platforms offered by the Soviet Union and the United States of America, and it was quickly followed by improved derivatives in the form of the Ariane 2 and Ariane 3. By early 1986, the Ariane 1, along with the Ariane 2 and Ariane 3, had become the dominant launcher on the world market. In January 1982, the ESA issued its authorisation for the development and construction of the Ariane 4; the development programme had the stated objective of increasing the usable payload by 90%. Work on the Ariane 4 was substantially eased via drawing heavily on both the technology and experiences gained from producing and operating the earlier members of the Ariane rocket. The total development cost for the Ariane 4 was valued at 476 million European Currency Units (ECU) in 1986. Posed with the requirement to produce a rocket with substantially greater thrust, the design team considered various approaches to achieve this. This had the function of allowing a pair of satellites, one placed on top of the other; several different SPELDA nose fairings could be installed, including normal and extended models. The SPELDA was considerably lighter than its predecessor; the guidance system also used much more accurate ring laser gyroscopes. In conjunction with the development of the Ariane 4 itself, a new purpose built launch preparation area and launch pad for the rocket, collectively designated as ELA 2, was constructed at the Centre Spatial Guyanais to service the Ariane 4 and provide a launch rate of 8 launches per year (this feat was near unprecedented for a single large rocket, other than within the Soviet Union). Unlike the earlier ELA 1 which had been used for the previous members of the Ariane family and other rockets, preparation activity for the rocket would be performed in a purpose built tall hall rather than on the pad itself; the completed rocket was then transported using a specially designed railway to slowly traverse from the hall to the launch pad, taking one hour. This railway provided the additional benefit of enabling faulty rockets to be withdrawn from the pad and be substituted for relatively quickly. On 15 June 1988, the first successful launch of the Ariane 4 was conducted. In January 1985, the Ariane 5 had been officially adopted as an ESA programme. It lacked the high levels of commonality that the Ariane 4 had with its predecessors, and had been designed not only for launching heavier payloads of up to and at a 20% cost reduction over the Ariane 4, but for a higher margin of safety due to the fact that the Ariane 5 was designed to conduct crewed space launches as well, being intended to transport astronauts using the proposed Hermes space vehicle. Development of the Ariane 5 was not without controversy as some ESA members considered the more mature Ariane 4 to be more suited for meeting established needs for such launchers; it was for this reason that Britain chose not to participate in the Ariane 5 programme. For some years, Ariane 4 and Ariane 5 launchers were operated interchangeably; however, it was eventually decided to terminate all Ariane 4 operations in favour of concentrating on the newer Ariane 5.

Дизайн

Ariane 4 был окончательным развитием в семействе ракет Ariane. По сравнению с Ariane 2 и Ariane 3, Ariane 4 отличалась удлиненными первой (на 61%) и третьей ступенями, усиленной конструкцией, новыми компоновочными схемами отсека двигателей, новой авионикой и двухместной системой крепления полезной нагрузки SPELDA (Structure Porteuse Externe de Lancement Double Ariane). Базовая версия 40 не использовала боковых ускорителей, в то время как варианты Ariane 42L, 44L, 42P, 44P и 44LP использовали различные комбинации твердотопливных и жидкостных ускорителей. Изначально разработанная для вывода полезных грузов на геостационарную орбиту, шесть модификаций Ariane 4, с использованием боковых ускорителей, позволили несколько раз выводить на орбиту полезные грузы, превышающие установленные нормы. Ракета-носитель Ariane 4 снизила стоимость запуска одного килограмма полезной нагрузки на 55% по сравнению с оригинальной Ariane 1. На вершине третьей ступени располагалась аппаратурная секция, содержащая компьютер, выполнявший различные функции, включая последовательность операций, наведение, управление, отслеживание, телеметрию и самоликвидацию с помощью взрывчатых веществ. Отказ произошел из-за того, что рабочий, собирающий ракетный двигатель Viking, оставил платок в одной из трубок системы охлаждения двигателя. Он сделал это в качестве напоминания себе, чтобы, согласно процедуре, сообщить своему начальнику о незапланированной полировке, которую он произвел для подгонки трубки. Но он заболел до того, как смог это сделать, и его заменили другие рабочие, которые не заметили платок. В полете платок заблокировал трубку охлаждения, двигатель перегрелся и вышел из строя, а Ariane самоликвидировалась после отклонения от траектории. Ее полезная нагрузка – два спутника связи общей стоимостью 500 миллионов долларов США (Superbird B и BS 2X) – разлетелась на части и упала в болотах вблизи Куру. Последующее расследование рекомендовало 44 модификации, включая нумерацию и проверку всех кусков ткани, используемых при сборке ракеты. Эта система стала основой для европейских запусков спутников, с рекордом в 113 успешных и три неудачных запуска. Ariane 4 обеспечила увеличение массы выводимой полезной нагрузки с Ariane 3 до максимального значения в на геостационарную переходную орбиту (ГПО). Рекорд Ariane 4 по выведению полезной нагрузки на ГПО составлял .
15 февраля 2003 года состоялся последний запуск ракеты Ariane 4, который вывел Intelsat 907 на геосинхронную орбиту. Arianespace приняла решение о постепенном выводе из эксплуатации Ariane 4 в пользу более мощной ракеты Ariane 5, которая уже несколько лет находилась в эксплуатации. В 2011 году ракета-носитель среднего класса Союз-СТ дополнила парк ракет-носителей Центра космических запусков в Гвиане. Космические аппараты, запускаемые ракетой Союз, использовали платформу полезной нагрузки и систему разделения, первоначально разработанные для Ariane.

The Ariane 4 was the ultimate development from the preceding members of the Ariane rocket family. Compared with the Ariane 2 and Ariane 3, the Ariane 4 featured a stretched first (by 61%) and third stages, a strengthened structure, new propulsion bay layouts, new avionics, and the SPELDA (Structure Porteuse Externe de Lancement Double Ariane) dual payload carrier. The basic 40 version did not employ any strap on motors, while the Ariane 42L, 44L, 42P, 44P, and 44LP variants all used various combinations of solid and liquid boosters. Originally designed to place payloads in geostationary orbit, the six Ariane 4 variants, aided by strap on boosters, enabled the launch of payloads in excess of on several occasions. The Ariane 4 launcher reduced the launch costs per kilo by 55% in comparison to the original Ariane 1. Atop the third stage was a vehicle equipment stage which housed a computer that performed various functions, including sequencing, guidance, control, tracking, telemetry and an explosive based self destruct. The failure occurred because a worker assembling a Viking rocket motor had left a handkerchief in one of the motor's coolant tubes. He had done so as a reminder to himself to inform his superior, as per procedure, of an unplanned polishing he had made to fit the tube. But he fell ill before he could do so and was replaced by other workers who did not notice the handkerchief. In flight, the handkerchief blocked the coolant tube, the motor overheated and failed, and the Ariane self destructed after veering off its trajectory. Its payload, two communications satellites worth 500 million US dollars (Superbird B and BS 2X) landed in pieces in the swamps near Kourou. The ensuing investigation recommended 44 modifications, including numbering and checking all pieces of cloth used in the rocket's assembly. The system became the basis for European satellite launches with a record of 113 successful and three launch failures. Ariane 4 provided a payload increase from for Ariane 3 to a maximum of to geostationary transfer orbit (GTO). The record for Ariane 4 to GTO was
On 15 February 2003, the final launch of Ariane 4 rocket occurred, placing Intelsat 907 into geosynchronous orbit. Arianespace had decided to phase out the Ariane 4 launcher in favour of the newer heavy lift Ariane 5 rocket, which had already been in service for some years. In 2011, the medium lift Soyuz ST complemented the offering of launch vehicles from the Centre Spatial Guyanais. Spacecraft launched by the Soyuz reused the payload platform and dispenser which had been originally designed for the Ariane.