Беспилотные аппараты программы "Джемини" NASA: Agena и ATDA

Введение

Беспилотный космический аппарат, использовавшийся в программе NASA Gemini. Аппарат-цель «Агена» (/@//'//dZ//iː//n//@/; ATV), также известный как аппарат-цель «Агена-Близнецы» (GATV), был беспилотным космическим аппаратом, использовавшимся NASA в рамках программы Gemini для разработки и отработки техник сближения и стыковки на орбите, а также для выполнения крупных изменений орбиты в подготовку к лунным миссиям программы «Аполлон». Запуск аппарата ATV для Gemini 6 потерпел неудачу 25 октября 1965 года, что побудило NASA разработать резервный вариант: Усовершенствованный адаптер стыковки-цели (ATDA) – меньший космический аппарат, состоящий из цели для стыковки с системой управления ориентацией, но без ракетного двигателя для изменения орбиты «Агена». ATDA был использован один раз в миссии Gemini 9A после второй неудачной попытки запуска ATV 17 мая 1966 года, но не смог служить целью для стыковки из-за того, что его обтекатель не отделился.

Операции

Каждый ATV состоял из верхней ракетной ступени Agena D, построенной компанией Lockheed Aircraft, и док-адаптера, построенного компанией McDonnell Aircraft. Agena была запущена с комплекса 14 на мысе Кеннеди на вершине ракеты-носителя Atlas, построенной подразделением Convair компании General Dynamics. Первое включение Agena произошло вскоре после сброса обтекателя и отделения от Atlas над Атлантическим океаном. Второе включение над островом Вознесения вывело Agena на низкую круговую орбиту. После стыковки астронавт на правом месте мог управлять двигателями и рулевыми двигателями Agena. Разъединение, выпуск 15-метрового нейлонового троса между капсулой и Agena и полет в конфигурации "гиря" с Agena под капсулой астронавтов для проверки влияния гравитации на устойчивость конфигурации в неконтролируемом режиме. Эта техника теперь известна как градиентная стабилизация по гравитации. Используя аналогичный трос и несколько импульсов двигателей для вращения двух аппаратов вокруг друг друга в качестве раннего теста искусственной гравитации. После сближения со своим ATV, Gemini 10 осуществила второе сближение с ATV от Gemini 8. После отсоединения от своих капсул Gemini, целевые аппараты Agena продолжали выполнять операции после полета под наземным управлением. Например, GATV 5003, после отделения от Gemini 8, прошла обширные системные испытания. Ее главный двигатель запускался девять раз, и она выполнила 5000 команд, превысив контрактные требования в 1000. Это позволило провести детальную оценку ее систем управления и связи. В конечном итоге аппарат был выведен на круговую орбиту схода, что облегчило наблюдение за ним во время миссии Gemini 10. Аналогично, GATV 5005 выполнила три орбитальных маневра после отделения от Gemini 10, включая корректировки для изучения влияния температуры на различных орбитах и выполнение 1700 команд, некоторые из которых были переданы с Gemini 10. (ATDA). Она состояла из стыковочного узла Gemini и системы управления ориентацией, основанной на системе управления возвращением Gemini. О совместимости ATDA с ракетой-носителем Atlas было высказано несколько вопросов, поскольку она имела значительно меньшую массу, чем GATV, что потенциально могло нарушить аэродинамику и откалиброванные настройки ракеты-носителя. Однако Convair заверила McDonnell, что это не вызовет технических проблем с ракетой-носителем. Вторая неудача запуска GATV произошла 17 мая 1966 года, когда астронавты Gemini 9 Том Стаффорд и Юджин Сернан сидели на стартовой площадке в ожидании запуска. Atlas–Agena плавно поднялась в облачное небо и исчезла из виду примерно через 50 секунд после старта. Незадолго до прекращения работы двигателей, офицер управления наведением объявил о потере связи с ракетой-носителем. Телеметрия показала, что отделение ступеней Agena произошло по графику на 300-й секунде. Agena продолжала передавать сигналы до 436-й секунды, когда вся телеметрия прекратилась. Скрытая за облаками, двигатель B2 Atlas начал резкое отклонение вправо, начиная со 120-й секунды, и оставался в этом положении, развернув ракету-носитель на 216° и направив ее обратно к мысу Кеннеди. Это вращение сделало невозможным захват наземным управлением. Радарные станции на Багамах отследили ее движение на север и снижение. Стабильность аппарата была постепенно восстановлена после прекращения работы двигателей, однако он отклонился от намеченной траектории полета примерно на 231°. Оба аппарата упали в Атлантический океан. Двигатель Agena не включился, поскольку не была достигнута необходимая высота и скорость, что не позволило системе наведения отправить команду запуска. Хотя точная причина потери управления отклонением двигателя не была установлена, телеметрия показала короткое замыкание на землю в цепи выходного командного сигнала сервоусилителя, которое, возможно, было вызвано криогенной утечкой в тяговой секции. Подтверждением этой теории были аномально низкие температуры тяговой секции, начиная с 65-й секунды. Источник криогенной утечки не был идентифицирован. Потеря захвата с земли не позволила передать нормальные сигналы отключения двигателя на Atlas; прекращение работы двигателей было вызвано резервным акселерометром, SECO на 273-й секунде из-за истощения жидкого кислорода, а VECO и отделение Agena – резервной командой, сгенерированной программистом ракет. За исключением системы управления полетом, все системы Atlas функционировали нормально. Хотя Convair взяла на себя ответственность за неудачу запуска, инженеры Lockheed выразили обеспокоенность по поводу данных телеметрии, указывающих на отказ сервопривода в Agena, что вызвало сомнения в том, будет ли ступень все еще работать должным образом, если бы Atlas не вышла из строя. Однако истинная причина неудачи стала известна, когда ВВС обнародовали пленку, снятую отслеживающими камерами в Мельбурн-Бич, штат Флорида, на которой было видно, как Atlas отклоняется и направляется вниз. Тогда было установлено, что отказ сервопривода Agena был вызван прохождением через ионизированный выхлопной шлейф Atlas. Запуск модифицированной миссии Gemini 9A был перенесен на 1 июня 1966 года с использованием ATDA. Однако обтекатель, защищавший док-адаптер во время запуска, не отделился из-за неправильной фиксации строп клейкой лентой. Gemini 9A была запущена 3 июня, и на орбите экипаж заметил, что обтекатель ATDA частично открылся и, по словам Стаффорда, "выглядел как злой аллигатор". Стыковка была невозможна, но маневр сближения был отработан вместо этого.

Each ATV consisted of an Agena D derivative upper rocket stage built by Lockheed Aircraft and a docking adapter built by McDonnell Aircraft. The Agena was launched from Cape Kennedy's Launch Complex 14 on top of an Atlas booster built by the Convair division of General Dynamics. The Agena first burn would occur shortly after shroud jettison and separation from the Atlas over the Atlantic Ocean. Over Ascension Island, a second burn would place the Agena into a low circular orbit. Once docked, the astronaut in the right seat could control Agena's thrusters and engine. Undocking, unreeling a 50 feet (15 m) nylon tether between the capsule and the Agena and flying in a "dumbbell" configuration with the Agena below the astronauts, to check the gravitational effect on the formation stability in uncontrolled mode. This technique is now known as gravity gradient stabilization. Using a similar tether and a few thruster bursts to rotate the two craft around each other as an early test of artificial gravity. After rendezvous with its own ATV, Gemini 10 performed a second rendezvous with the ATV from Gemini 8. After detaching from their respective Gemini capsules, Agena target vehicles continued to execute post mission operations under ground control. For instance, GATV 5003, post separation from Gemini 8, underwent extensive systems testing. Its main engine was fired nine times, and it executed 5,000 commands, surpassing the contractual requirement of 1,000. This allowed a detailed assessment of its command and communication systems. The vehicle was eventually placed in a circular decay orbit, facilitating its observation during the Gemini 10 mission. Similarly, GATV 5005 performed three orbital maneuvers post Gemini 10 separation, including adjustments to study temperature effects in varying orbits and executing 1,700 commands, some of which were relayed from Gemini 10. (ATDA). This consisted of the Gemini docking collar and an attitude control propulsion system based on the Gemini Reentry Control System. The ATDA was 10.9 feet (3 m) long, with a mass of A few questions were raised about the compatibility of the ATDA with the Atlas booster, since it had much lower mass than the GATV, potentially throwing off the launch vehicle's aerodynamics and calibrated settings. However, Convair assured McDonnell that it would pose no technical issues with the booster. A second GATV launch failure occurred on May 17, 1966, as Gemini 9 astronauts Tom Stafford and Eugene Cernan sat on their pad awaiting launch. The Atlas–Agena lifted smoothly into a cloudy sky, vanishing from view around T+50 seconds. Shortly before Booster Engine Cutoff (BECO), the guidance control officer announced that he had lost contact with the booster. Telemetry indicated that Agena staging had taken place on schedule at T+300 seconds. The Agena continued transmitting signals until T+436 seconds, when all telemetry ceased. Hidden behind clouds, the Atlas's B 2 engine gimbaled hard to right starting at T+120 seconds and remained fixed in that position, flipping the launch vehicle 216° around and sending it back towards Cape Kennedy. This rotation had made it impossible for ground guidance to lock on. Radar stations in the Bahamas tracked it heading north and descending. Vehicle stability was gradually regained following BECO, however it had pitched approximately 231° from its intended flight path. Both vehicles plunged into the Atlantic Ocean downrange. The Agena's engine did not activate since the proper altitude and velocity had not been attained, preventing the guidance system from sending the start command. While the exact cause of the engine gimbal control loss was not found, telemetry indicated that a short to ground occurred in the circuit for the servoamplifier output command signal, which may have been caused by cryogenic leakage in the thrust section. Substantiating this theory were abnormally low thrust section temperatures starting at T+65 seconds. The source of the cryogenic leakage was not identified. The loss of the lock on the ground prevented normal engine cutoff signals from being transmitted to the Atlas; BECO was generated by the staging backup accelerometer, SECO at T+273 seconds due to LOX depletion, and VECO and Agena staging from a backup command generated by the missile programmer. Aside from the flight control system, all Atlas systems functioned properly. While Convair accepted responsibility for the launch failure, Lockheed engineers expressed concern about telemetry data that indicated a servo failure in the Agena, leading to doubts as to whether the stage would have still operated properly if the Atlas hadn't malfunctioned. However, the true cause of failure surfaced when the Air Force released film taken by tracking cameras at Melbourne Beach, Florida, which showed the Atlas pitching over and heading downward. It was then determined that the Agena's servo malfunction was caused by passing through the Atlas's ionized exhaust trail. The Gemini 9A modified mission launch was rescheduled for June 1, 1966, using the ATDA. However, the shroud that protected the docking adapter during launch failed to separate, due to lanyards being incorrectly secured with adhesive tape. Gemini 9A was launched on June 3, and when in orbit, the crew observed that the shroud of the ATDA had partially opened and was described by Stafford as "looking like an angry alligator". Docking was not possible, but the rendezvous maneuver was practiced instead.

Статистика полетов

Цель миссии Gemini Запуск Возвращение NSSDC ID Общая масса на орбите Комментарии Фото GATV 5002 Gemini 6 25 октября 1965 15:00:04 UTC 25 октября 1965 15:06:20 UTC GEM6T N/A Ракета Atlas Agena взорвалась во время запуска. Gemini 6A вместо этого осуществил первую встречу с Gemini 7. GATV 5003 Gemini 8 16 марта 1966 15:00:03 UTC 15 сентября 1967 1966 019A Достигнута первая стыковка, но миссия вскоре была прервана из-за неисправного двигателя Gemini. ATV позже использовался в качестве вторичной цели для Gemini 10. GATV 5004 Gemini 9 17 мая 1966 15:12:00 UTC 17 мая 1966 15:19:00 UTC GEM9TA Вывод на орбиту не удался. ATDA No. 02186 Gemini 9A 1 июня 1966 15:00:02 UTC 11 июня 1966 1966 046A Ракета Agena отсутствовала. Успешная встреча, но стыковка не состоялась из-за сбоя в отделении обтекателя. GATV 5005 Gemini 10 18 июля 1966 20:39:46 UTC 29 декабря 1966 1966 065A Вывел Gemini 10 на апогей. GATV 5006 Gemini 11 12 сентября 1966 13:05:01 UTC 30 декабря 1966 1966 080A Вывел Gemini 11 на рекордный апогей. Первая демонстрация искусственной гравитации, созданной в условиях невесомости. GATV 5001A Gemini 12 11 ноября 1966 19:07:58 UTC 23 декабря 1966 1966 103A Апогей не был достигнут из-за неисправного двигателя Agena. Был проведен эксперимент с тросом.

В популярной культуре

Стыковка Gemini 8 с Agena была показана в первом эпизоде "Можем ли мы это сделать?" мини-сериала HBO 1998 года "От Земли до Луны" и в биографическом фильме о Ниле Армстронге "Первый человек" 2018 года. Стыковка Gemini 8 с Agena также фигурировала в короткой научно-фантастической драме DARKSIDE, созданной nrgpix и представленной на Лондонском научно-фантастическом кинофестивале в 2020 году.