Введение
Система запуска Европейского космического агентства. Она предназначена для вывода на полярные и низкие околоземные орбиты небольших полезных нагрузок – спутников массой от 300 до 2500 кг для научных и исследовательских миссий наблюдения Земли. Эталонная миссия "Вега" представляет собой полярную орбиту, на которую космический аппарат массой 1500 кг выводится на высоту 700 км. Ракета, названная в честь Веги – самой яркой звезды в созвездии Лиры, – является однокорпусной ракетой-носителем (без боковых ускорителей) и состоит из трех твердотопливных ступеней: первой ступени P80, второй ступени Zefiro 23 и третьей ступени Zefiro 9. Верхний модуль представляет собой жидкостную ракету под названием AVUM. Улучшенная версия ступени P80, P120C, также будет использоваться в качестве боковых ускорителей ракеты Ariane 6. Италия является основным участником программы "Вега" (65%), за ней следует Франция (13%). Среди других участников – Испания, Бельгия, Нидерланды, Швейцария и Швеция.
It is designed to launch small payloads – 300 to 2500 kg satellites for scientific and Earth observation missions to polar and low Earth orbits. The reference Vega mission is a polar orbit bringing a spacecraft of 1500 kg to an altitude of 700 km. The rocket, named after Vega, the brightest star in the constellation Lyra, is a single body launcher (no strap on boosters) with three solid rocket stages: the P80 first stage, the Zefiro 23 second stage, and the Zefiro 9 third stage. The upper module is a liquid rocket called AVUM. The improved version of the P80 stage, the P120C, will also be used as the side boosters of the Ariane 6. Italy is the leading contributor to the Vega program (65%), followed by France (13%). Other participants include Spain, Belgium, the Netherlands, Switzerland and Sweden.
Предыстория
В середине 1990-х годов французские компании Aérospatiale и SEP совместно с итальянской компанией Bombrini Parodi Delfino (BPD) начали обсуждение разработки предлагаемого дополнительного пускового аппарата Ariane (ACL). Примерно в то же время Италия начала активно продвигать концепцию нового твердотопливного спутникового носителя. В апреле 1998 года было публично заявлено, что программа «Вега» зависит от привлечения около 70 миллионов экю в виде промышленных инвестиций, а также от выделения примерно 350 миллионов экю, запрошенных у заинтересованных государств-членов Европейского космического агентства (ЕКА), в первую очередь Франции и Италии. В июне 1998 года было объявлено, что министры стран-участниц ЕКА согласились приступить к первому этапу программы разработки «Вега»; в ней участвовали Франция, Бельгия, Нидерланды, Испания и Италия, причем последняя взяла на себя 55% финансирования программы. К сентябрю 1998 года прогнозировалось, что при полном финансировании первый запуск «Веги» состоится в 2002 году. Однако, уже в начале 1998 года Франция публично выразила недовольство программой, что привело к разногласиям в вопросах финансирования. Была предложена новая, более производительная версия «Веги», но она не смогла полностью удовлетворить Францию. В сентябре 1999 года Франция приняла решение полностью выйти из программы «Вега», что вызвало опасения относительно будущего носителя. В ноябре 1999 года ЕКА официально исключило «Вегу» из списка одобренных программ, что в значительной степени было связано с выходом Франции; Италия заявила о намерении продолжать работу независимо и пригрозила перенаправить выделенные взносы на дальнейшую разработку Ariane 5 для покрытия возникшего дефицита. Около 2000 года рассматривалась возможность использования «Веги» в качестве ускорителя среднего класса для совместной работы с усовершенствованной, модернизированной версией тяжелого носителя Ariane 5. В октябре 2000 года было объявлено, что Франция и Италия урегулировали свой многолетний спор по программе «Вега»; Франция и Италия согласились предоставить 35% и 52% финансирования соответственно для создания полностью композитного ускорителя P80 для Ariane 5, работы по которому будут включены в программу «Вега». В марте 2001 года компании FiatAvio и Итальянское космическое агентство (ASI) создали новую компанию European Launch Vehicle (ELV), которая взяла на себя ответственность за основную часть работ по разработке программы «Вега». К 2003 году возникла обеспокоенность тем, что недавнее принятие ЕКА российской ракеты-носителя «Союз» будет напрямую конкурировать с разрабатываемой «Вегой»; спрос на подобные носители снизился из-за спада на рынке спутниковой мобильной связи и сомнений в отношении европейской системы спутниковой навигации Galileo.
Запуск программы
В марте 2003 года контракты на разработку пусковой установки Vega были подписаны Европейским космическим агентством (ESA) и Centre national d'études spatiales (CNES), французским космическим агентством; Италия предоставила 65% финансирования, а шесть других стран внесли вклад в остальную часть. В мае 2004 года сообщалось, что коммерческий оператор Arianespace и главный подрядчик ELV подписали контракт на интеграцию ракеты-носителя в Куру, Французская Гвиана. В ноябре 2004 года началось строительство новой специализированной стартовой площадки для пусковой установки Vega в Куру, включавшей бункер и самоходную конструкцию для облегчения сборки ступеней; этот участок был построен на месте оригинальной стартовой площадки для выведенной из эксплуатации ракеты-носителя Ariane 1. В сентябре 2005 года сообщалось об успешном завершении ключевых испытаний воспламенителей твердотопливных ракетных двигателей Vega, что стало важной вехой. В ноябре 2005 года Европейское космическое агентство (ESA) выразило желание разработать и развернуть модуль с электрической двигательной установкой для работы в связке с пусковой установкой Vega; предполагалось, что этот модуль будет осуществлять перенос полезных нагрузок между низкой околоземной орбитой (LEO) и геостационарной орбитой (GEO). В ноябре 2005 года сообщалось, что Израиль и Индия проявили официальный интерес к программе Vega. В декабре 2005 года пусковая установка Vega, наряду с ракетами-носителями Ariane и Soyuz, была утверждена в качестве признанной платформы "первого выбора" для полезных нагрузок ESA. 19 декабря 2005 года на полигоне Сальто-ди-Кирра, Сардиния, успешно завершился первый испытательный запуск третьей ступени Vega. В течение нескольких лет на территории Сардинии проводились дальнейшие испытания. Прогресс в разработке Vega был замедлен из-за неудачи одного из таких испытаний третьей ступени 28 марта 2007 года. В январе 2007 года Европейское космическое агентство (ESA) объявило, что агентство изучает возможность использования навигации Global Positioning System (GPS) для поддержки запусков Vega и Ariane. На Парижском авиасалоне 2009 года было объявлено, что внедрение более экономичного двигателя для замены верхних ступеней Vega было отложено из-за невозможности снизить общую стоимость ракеты-носителя, что делало это менее целесообразным. Несмотря на это, усилия по повышению эффективности третьей ступени продолжались. На тот момент ожидалось, что сертификация всех четырех ступеней Vega будет завершена до конца 2009 года, а первый запуск запланирован на 2010 год. Первый полет должен был быть осуществлен с научной полезной нагрузкой, а не с макетом; к концу 2010 года первый полет был перенесен на 2011 год.
В полете
В октябре 2011 года все основные компоненты первой ракеты Vega были отправлены с предприятия Avio в Колльфе́рро, недалеко от Рима, морским путем в Куру. На тот момент ожидалось, что первый запуск состоится в декабре 2011 или январе 2012 года. В начале января 2012 года сообщалось о переносе даты запуска на следующий месяц. 13 февраля 2012 года состоялся первый запуск ракеты Vega в Куру, который был описан как "внешне безупречный". В середине 2011 года предполагалось, что в среднесрочной и долгосрочной перспективе может быть разработана модернизированная, "европеизированная" версия ракеты Vega. После успешного первого запуска были предложены различные усовершенствования для Vega. Немецкий центр воздушно-космических технологий (DLR), по сообщениям, проявлял энтузиазм в отношении разработки европейской альтернативы финальной, четвертой ступени Vega. Однако, широко распространено было мнение, что вносить изменения в аппаратное обеспечение Vega не следует в течение примерно 10 лет, чтобы укрепить операционную деятельность и избежать ненужных затрат на начальном этапе. Европейское космическое агентство (ЕКА) также выразило заинтересованность в использовании потенциальных общих элементов между Vega и разрабатываемой тяжелой ракетой-носителем Ariane 6. После первого запуска было проведено еще четыре запуска в рамках программы VERTA (Vega Research and Technology Accompaniment), в ходе которых на орбиту выводились наблюдательные или научные полезные нагрузки, одновременно с валидацией и подготовкой ракеты Vega к более прибыльным коммерческим операциям. Второй запуск, выполненный 6 мая 2013 года, отличался значительно более сложным профилем полета и нес первый коммерческий полезный груз данного типа, и он также прошел успешно. После этого второго запуска Европейское космическое агентство (ЕКА) объявило ракету Vega "полностью работоспособной". Большой промежуток времени – более года – между первым и вторым запуском был обусловлен тем, что итальянскому производителю пришлось полностью переработать программное обеспечение управления полетом из-за ограничений французского экспортного контроля, наложенных на программное обеспечение, использованное в первом запуске. С момента начала коммерческой эксплуатации Arianespace позиционирует Vega как систему запуска, предназначенную для миссий на полярные и солнечно-синхронные орбиты. Во время квалификационного полета Vega вывела свой основной полезный груз весом 386,8 кг – спутник LARES – на круговую орбиту высотой 1450 км с наклонением 69,5°.
Этапы
+ Параметры ступеней ракеты-носителя "Вега" Ступени Ступень 1P80 Ступень 2Zefiro 23 Ступень 3Zefiro 9 Ступень 4AVUM Высота Диаметр Тип топлива твердое твердое твердое жидкое Масса топлива 88 тонн 24 тонны 10,5 тонн 0,55 тонны Сухая масса двигателя Масса корпуса двигателя Средняя тяга Время горения 110 секунд 77 секунд 120 секунд 667 секунд Удельный импульс 280 секунд 287,5 секунд 296 секунд 315,5 секунд
Полезная нагрузка
Arianespace сообщила, что ракета-носитель Vega способна выводить грузы на круговую полярную орбиту на высоте около 40 км. Обтекатель полезной нагрузки Vega разработан и производится компанией RUAG Space (Швейцария). Его диаметр составляет 2,6 метра, высота – 7,8 метра, а масса – 400 кг. Цилиндрическая часть обтекателя имеет внешний диаметр 2,6 м и высоту 3,5 м.
The payload fairing of the Vega was designed and is manufactured by RUAG Space of Switzerland. It has a diameter of 2.6 metres, a height of 7.8 metres and a mass of 400 kg. The cylindrical part of the fairing has an outer diameter 2.6 m and a height 3.5 m.
Три стадии твердого двигателя
Первые три ступени – это твердотопливные двигатели, произведенные компанией Avio, являющейся главным подрядчиком ракеты-носителя Vega через свою компанию ELV. Проектирование и производственный процесс трех типов двигателей, предназначенных для трех ступеней Vega, планировалось проверить посредством двух наземных огневых испытаний – одного для оценки конструкции и одного в окончательной летной конфигурации.
P80
P80 – это первая ступень ракеты-носителя VEGA, название которой происходит от веса топлива, запланированного на этапе проектирования – 80 тонн, впоследствии увеличенного до 88 тонн. P80 включает в себя систему управления вектором тяги (TVC), разработанную и произведенную в Бельгии компанией SABCA, состоящую из двух электромеханических приводов, управляющих поворотным соплом с гибким шарниром, работающих от литий-ионных аккумуляторов. Первый огневой испытательный запуск двигателя P80 состоялся 30 ноября 2006 года в Куру и был успешно завершен. Второй огневой испытательный запуск двигателя первой ступени P80 состоялся 4 декабря 2007 года в Куру. Двигатель, обеспечивающий среднюю тягу в 190 тонн в течение 111 секунд, продемонстрировал характеристики, соответствующие прогнозам. Будущая версия ступени, P120C, название которой также происходит от веса топлива, запланированного на этапе проектирования – 120 тонн, увеличит массу топлива до 141–143 тонн.
Зефиро 23
Разработка двигателя Zefiro была инициирована компанией Avio, частично за счет собственных средств компании, частично – по контракту с Итальянским космическим агентством (ISA). Zefiro 23 является второй ступенью ракеты-носителя Vega. Его корпус из углепластика на эпоксидной основе изготовлен методом намотки волокном, а карбоново-фенольное сопло включает вставку из углерод-углеродного композита для горла. Запас топлива составляет 23 тонны. Первый запуск двигателя Zefiro 23 второй ступени состоялся 26 июня 2006 года в Salto di Quirra. Это испытание было признано успешным. Второй испытательный запуск двигателя Zefiro 23 второй ступени прошел 27 марта 2008 года также в Salto di Quirra. Этот успешный тест подтвердил соответствие двигателя необходимым требованиям.
Зефиро 9
Первым завершенным двигателем был Zefiro 9, двигатель третьей ступени. Первый огневой тест был проведен 20 декабря 2005 года на межведомственном полигоне Salto di Quirra, на средиземноморском побережье юго-восточной Сардинии. Тест прошел полностью успешно. После критического анализа конструкции, основанного на результатах первого огневого теста, 28 марта 2007 года на Salto di Quirra состоялся второй огневой тест Zefiro 9. Через 35 секунд произошло резкое падение внутреннего давления в двигателе, что привело к увеличению времени горения. Нет общедоступной информации о причинах этого резкого падения внутреннего давления и о наличии каких-либо дефектов в конструкции двигателя. 23 октября 2008 года успешно был испытан усовершенствованный вариант Zefiro 9 с модифицированной конструкцией сопла – Zefiro 9 A. 28 апреля 2009 года на межведомственном полигоне Salto di Quirra в Сардинии, Италия, состоялся финальный квалификационный огневой тест Zefiro 9 A.
Верхний модуль Attitude Vernier (AVUM)
Верхняя ступень Attitude Vernier Upper Module (AVUM), разработанная компанией Avio, предназначена для вывода полезной нагрузки на заданную орбиту и обеспечения управления ориентацией и вращением. AVUM состоит из двух модулей: двигательного модуля AVUM (APM) и модуля авионики AVUM (AAM). Двигательный модуль использует украинский ракетный двигатель RD 843 (RD 868P), работающий на жидком топливе – гидразине (UDMH) и тетраоксиде азота, подаваемых под давлением. Авионический модуль AVUM содержит основные компоненты подсистемы авионики аппарата.
Варианты
Было проведено концептуальное исследование новой ракеты-носителя среднего класса на основе элементов Vega и Ariane 5. Эта ракета-носитель должна была использовать первую ступень Ariane 5 P230, вторую ступень Vega P80 и третью ступень Ariane 5, работающую либо на хранящемся, либо на криогенном топливе. 14 февраля 2012 года, на следующий день после успешного первого запуска Vega, Немецкий центр воздушно-космических технологий (DLR) выразил заинтересованность в участии в программе. Иоганн Дитрих Вёрнер, в то время руководитель DLR, заявил, что Германия хотела бы присоединиться к проекту. Германия предложила разработать замену двигателю RD 843 для четвертой ступени AVUM, который в настоящее время производится на Украине. Менеджер программы Vega заявил, что запуск ракеты-носителя не состоится в ближайшем будущем, так как потребуется время на разработку, но подтвердил, что вопрос о ней будет включен в повестку дня следующей встречи министров в конце 2012 года. Таким образом, все компоненты ракеты будут производиться внутри Европейского союза (ЕС), за исключением компонентов швейцарского производства. Avio также рассматривает вариант "Vega Light", который не будет включать первую ступень Vega C или Vega E и будет предназначен для пополнения группировок спутников. Ракета-носитель сможет выводить на орбиту от 250 до 300 кг или от 400 до 500 кг в зависимости от того, будет ли она создана на базе Vega C или Vega E соответственно.
Вега-С
Vega C (или Vega Consolidation) – это развитие оригинальной ракеты-носителя Vega, призванное обеспечить более высокую производительность и гибкость запусков. Разработка началась после заседания Совета министров ЕКА в декабре 2014 года с целью удовлетворить меняющиеся требования к полезной нагрузке, как в части увеличения размеров институциональных полезных нагрузок, так и для конкуренции с более дешевыми поставщиками услуг запуска. Эта новая версия включает в себя ряд изменений в конструкции Vega: двигатель первой ступени P80 будет заменен на P120C, тем же ускорителем, который будет использоваться в готовящейся к запуску ракете-носителе Ariane 6, а вторая ступень Zefiro 23 – на Zefiro 40. Более мощная AVUM+ заменит четвертую ступень AVUM, в то время как третья ступень Zefiro 9 будет взята с базовой версии ракеты-носителя. Возможность возвращаемых миссий также предусмотрена с использованием многоразового космического аппарата Space Rider, который в настоящее время разрабатывается ESA и запуск которого на Vega C запланирован не ранее июля 2025 года. 13 июля 2022 года Vega C совершила свой первый полет, в ходе которого вывела на орбиту LARES 2 и шесть других спутников. Этот запуск стал способом восполнить возникший пробел после того, как российские ракеты стали недоступны из-за войны в Украине. 21 декабря 2022 года (UTC) запуск Vega C завершился неудачей из-за аномалии во второй ступени Zefiro 40, что привело к потере двух космических аппаратов для группировки Airbus Pléiades Neo, предназначенных для съемки Земли. После этой неудачи следующий запуск был отложен до конца 2024 года, чтобы внести изменения в конструкцию сопла ракетного двигателя.
Вега-Е
Vega E (или Vega Evolution) – это дальнейшее развитие ракеты Vega C, в которой третья и четвертая ступени Zefiro 9 и AVUM+ заменены криогенной верхней ступенью, работающей на жидком кислороде и жидком метане. Этот вариант обеспечивает еще большую гибкость, чем Vega C, позволяя выводить на орбиту несколько спутников на разные орбиты за один запуск. По состоянию на 2021 год компания Avio завершает разработку нового метанового двигателя M10, используемого в новой верхней ступени. Проектирование двигателя стало результатом сотрудничества между Avio и Конструкторским бюро химического автоматического приборостроения (КБХА), завершившегося в 2014 году. Avio успешно провела первую серию испытаний двигателя M10 с мая по июль 2022 года, а первый полет Vega E запланирован на 2027 год.
Расходы
Расходы на разработку ракеты Vega составили 710 миллионов евро, а ЕКА потратила дополнительные 400 миллионов евро на финансирование пяти опытных полетов в период с 2012 по 2014 год. Оценки коммерческих затрат на запуск в 2012 году составляли 32 миллиона евро, включая маркетинговые и сервисные расходы Arianespace, или 25 миллионов евро за каждую ракету, при условии запуска двух ракет в год. В 2012 году управляющий директор ELV оценил, что при увеличении устойчивой частоты запусков до четырех в год, стоимость каждого отдельного носителя могла бы потенциально снизиться до 22 миллионов евро. Однако к ноябрю 2020 года Vega ни разу не совершала более трех запусков за год, при этом средняя частота запусков составляла чуть менее двух в год.