H-IIA

Статья на основе материалов из Википедии
Есть другие значения: H-II

H-IIA (эйч-два-эй) — японская одноразовая ракета-носитель среднего класса семейства H-II. Создана по заказу Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) компанией Mitsubishi Heavy Industries.

Ракета «H-IIA» является дальнейшим развитием ракеты-носителя «H-II», которая была значительно модифицирована, что позволило повысить надёжность и вдвое снизить стоимость запусков. За счёт использования композитных материалов из углерода удалось снизить массу и количество деталей.

Были созданы четыре варианта носителя «H-IIA» для различного спектра применений, позволяющие запускать спутники на разные орбиты, включая низкую околоземную, солнечно-синхронную и геопереходную. Стартовый комплекс расположен в Космическом центре Танэгасима.

Впервые ракета этого типа была запущена 29 августа 2001 года. Шестой запуск, 29 ноября 2003 года, окончился неудачей, приведшей к потере двух разведывательных спутников, предназначенных для наблюдения за территорией Северной Кореи[8].

Начиная с тринадцатого запуска JAXA передала основные эксплуатационные функции по запуску ракеты компании Mitsubishi Heavy Industries, оставив за собой только общий надсмотр для соблюдения безопасности при запуске и во время полёта[1].

14 сентября 2007 года ракета-носитель была использована для вывода на орбиту Луны японского исследовательского аппарата SELENE. 20 мая 2010 года ракетой был запущен исследовательский зонд PLANET-C (Акацуки) для изучения атмосферы Венеры.

Конструкция

Первая ступень

Первая ступень ракеты-носителя «H-IIA» использует криогенные компоненты топлива: жидкий водород в качестве горючего и жидкий кислород в качестве окислителя, с температурами −253 °C и −183 °C соответственно. Топливные баки выполнены из алюминиевого сплава, промежуточная секция в верхней части ступени сделана из композитного материала (алюминиевая основа, покрытая углепластиком).

Высота ступени составляет 37,2 м, диаметр — 4 м, стартовая масса — 114 т, из которые 101,1 — топливо[1].

Использует один жидкостный ракетный двигатель LE-7A, модифицированный двигатель LE-7 ракеты-предшественницы, «H-II». Хотя технические показатели модифицированного двигателя изменились незначительно, изменения значительно упростили процессе его сборки[3]. Тяга двигателя составляет 1098 кН, удельный импульс — 440 с. Контроль вектора тяги обеспечивается отклонением двигателя от центральной оси[1].

Для стабилизации топлива в топливных баках и поддержания его рабочего давления используется сжатый гелий, содержащийся в трёх 84-литровых баллонах под давлением 308 бар[4].

Время работы ступени составляет 390 секунд, после чего происходит её отстыковка от второй ступени.

Ускорители

На «H-IIA» использовались 2 вида твердотопливных ракетных ускорителя, которые присоединены по бокам первой ступени и обеспечивают основную тягу ракеты-носителя во время запуска. 4 разных варианта ракеты-носителя определялись различной конфигурацией видов и количества установленных твердотопливных ускорителей. Также в ходе разработки ракеты-носителя рассматривалась возможность использования дополнительных жидко-топливных ускорителей, создаваемых на базе первой ступени с двигателем LE-7A, но эти планы были отменены в пользу развития ракеты-носителя «H-IIB».

SRB-A

Два или четыре твердотопливных ускорителя (англ. solid rocker booster) производства компании IHI Corporation устанавливаются на всех версиях ракеты-носителя. В отличие от предшественника, который использовался на «H-II» и имел корпус из стали, SRB-A выполнен из композитного материала с применением углеволокна, что позволило снизить его вес и повысить прочность.

Первоначальная версия двигателя использовалась в первых шести первых запуска, во время шестого, в ноябре 2003 года, в результате локальной эрозии сопла одного из ускорителей была разрушена система его крепления, что не позволило ему отсоединится от первой ступени[2]. Вес ускорителя не позволил ракете-носителю достичь необходимой скорости и высоты, что вынудило к её ликвидации по команде с земли[7]. Исходя из результатов расследования причин аварии, была проведена модификация ускорителя, в частности изменена форма сопла для снижения температурной нагрузки, с той же целью снижена тяга и увеличено время горения. Улучшенный двигатель использовался с седьмого по семнадцатый запуски, но в связи с тем, что проблема с эрозией сопла не была решена окончательно, последовал переход на нынешнюю версию SRB-A3. Путём проведения ещё одной модификации сопла удалось избавиться от проблем с эрозией и первый запуск с ускорителями SRB-A3 был выполнен 11 сентября 2010 года[2].

Высота ускорителя составляет 15,1 м, диаметр — 2,5 м, стартовая масса пары ускорителей — 151 т. Максимальная тяга двух ускорителей достигает 5040 кН, удельный импульс 283,6 с, время работы — 100 с. Используется топливо на основе HTPB[1].

Существует два варианта ускорителя SRB-A3, выбираются в зависимости от потребностей конкретной миссии: первый обеспечивает более высокую тягу с более коротким горением, второй — продолжительное горение со сниженной тягой[2].

SSB

SSB — сокращение от англ. solid strap-on booster. В версиях ракеты-носителя 2022 и 2024 дополнительно к двум ускорителями SRB-A использовались соответственно 2 или 4 модифицированных твердотопливных ускорителя производства компании (ATK). Использование этих ускорителей прекращено с целью уменьшения количества версий ракеты-носителя до двух, для снижения финансовых затрат на обслуживание.

Диаметр ускорителей составлял 1,02 м, высота — 14,9 м, стартовая масса пары ускорителей — 31 т. Тяга пары ускорителей равна 1490 кН, удельный импульс — 282 с, время работы — 60 сек. Также использует топливо на основе HTPB[1].

Вторая ступень

Строение второй ступени повторяет основные черты строение первой для снижения производственных затрат. Топливные баки выполнены из алюминиевого сплава, в качестве компонентов топлива также используются жидкий водород и жидкий кислород.

Высота ступени составляет 9,2 м, диаметр — 4 м, стартовый вес — 20 т, из который топливо — 16,9 т[1].

На ступень установлен один жидкостный ракетный двигатель , производный от двигателя LE-5A, устанавливаемого на ракете H-II. Тяга двигателя составляет 137 кН, удельный импульс — 448 с. Двигатель может быть перезапущен многократно, что позволяет выводить полезную нагрузку на разные орбиты в ходе одного запуска. Общее время работы двигателя — до 530 секунд. Контроль вектора тяги по тангажу и рысканию обеспечивается отклонением двигателя, для контроля вращения используются маленькие гидразиновые двигатели[3].

Модернизация ступени 2015 года

В 2015 году проведено усовершенствование второй ступени, главной целью которого является обеспечение возможности производить выведение спутников на геопереходную орбиту с остаточным бюджетом дельта-v в 1500 м/с до геостационарной орбиты (до этого спутники выводились на орбиту с остаточным дельта-v в 1830 м/с). Методика улучшенного выведения подразумевает повышение перигея орбиты со стандартных 250 км до 2700 км с тремя запусками двигателя второй ступени вместо стандартных двух, третьему запуску двигателя предшествует длительный (4 часа) период свободного полёта ступени[4][6].

Для поддержания работоспособности ступени в течение этого периода были произведены такие изменения:

  • ступень покрыта специальной белой краской для отражения солнечного света с целью снижения уровня испарения криогенного топлива в баках,
  • установлена новая система захолаживания двигателя перед запуском, на треть снижающая расход жидкого кислорода во время этого процесса,
  • используется постоянное вращение ступени в течение свободного полёта, чтобы солнце не светило постоянно на одну сторону ступени, это позволяет поддерживать единую температуру для всего топлива,
  • для осаждения топлива в нижнюю часть баков (перед запуском двигателя и с целью снижения его испарения в фазе свободного полёта) до этого использовались гидразиновые двигатели, но запаса топлива не хватило бы на многочасовую миссию, поэтому для этого используются газы испаряющихся компонентов топлива,
  • установлены увеличенная литий-ионная батарея для длительного поддержания энергообеспечения ступени и высокопроизводительная антенна для обеспечения надёжного поступления необходимых данных состояния ступени, даже при достижении высоты геостационарной орбиты[5].

Для повышения точности выведения полезной нагрузки на орбиту, двигатель второй ступени получил способность к дросселированию до 60 % от максимальной тяги[5].

Кроме того, значительно снижена перегрузка, оказываемая на полезную нагрузку, за счёт новой, не пиротехнической системы отстыковки космического аппарата[6].

Впервые обновленная вторая ступень использована во время 29-го запуска, 24 ноября 2015 года.

Головной обтекатель

Стандартный, наиболее часто используемый обтекатель (4S, англ. short — «короткий») имеет диаметр 4 м, длину 12 м и вес 1400 кг. Также может быть использован пятиметровый короткий обтекатель (5S) и удлинённый вариант четырёхметрового обтекателя (4/4D-LC) для одновременного запуска двух крупных спутников[1][4].

Варианты ракеты-носителя «H-IIA»

Версия запускаемой ракеты-носителя обозначается в трёх или четырёх цифрах.

  • Первая цифра обозначает количество ступеней ракеты-носителя и всегда равна 2.
  • Вторая цифра обозначает количество жидко-топливных ускорителей (LRB, liquid rocket booster) и может быть 0, 1 и 2. На практике всегда 0, поскольку такие ускорители не используются.
  • Третья цифра обозначает количество твердотопливных ускорителей (SRB, solid rocket booster) и может быть 2 или 4.
  • Четвёртая цифра (используется при необходимости) обозначает количество твердотопливных ускорителей (SSB, solid strap-on booster) и может быть 2 или 4.

В эксплуатации находятся только версии 202 и 204. Версии 2022 и 2024 сняты с эксплуатации, в последний раз были запущены в 2007 и 2008 году соответственно.

Таблица характеристик версий ракеты-носителя[3][9]

ВерсииДействующиеСняты с эксплуатации[10]Отменены
H2A202 !! H2A204 !! H2A2022 !! H2A2024 !! H2A212 !! H2A222
Масса (т)289443321351403520
ПН на ГПО-1830 (т)45,954,557,59,5
ПН на ГПО-1500 (т)2,974,82----
ПН на НОО (т)1015----
УскорителиSRB-A242222
SSB--24--
LRB----12
Данные полезной нагрузки на 31 октября 2015 года, с учётом стандартного обтекателя (4S) и улучшенной второй ступени.

Развитие ракеты-носителя

Главная статья: H-IIB (ракета-носитель)
Результатом усилий JAXA по дальнейшему развитию своих ракет-носителей (в частности по увеличению диаметра бака для криогенного топлива в целях увеличения массы выводимой полезной нагрузки) стало создание ракеты-носителя «H-IIB», первый запуск которой был произведён 10 сентября 2009 года. С его помощью на околоземную орбиту к Международной космический станции был доставлен первый японский транспортный корабль «HTV».

В дальнейшем, после 2020 года, планируется заменить «H-IIA» ракетой-носителем «H3».

Запуски

ПолётДата (UTC)ВерсияОрбитаИтог
TF129 августа 2001, 07:00202япония --> VEP 2
LRE
ГПОуспех -->
TF24 февраля 2002, 02:452024япония --> VEP 3
MDS-1 (Цубаса)
DASH
ГПОуспех -->
F310 сентября 2002, 08:202024япония --> USERS
DRTS (Кодама)
ГПОуспех -->
F414 декабря 2002, 01:31202япония --> ADEOS 2 (Мидори 2)
WEOS (Канта-кун)
FedSat 1
MicroLabSat 1
ССОуспех -->
F528 марта 2003, 01:272024япония --> IGS-Optical 1
IGS-Radar 1
НООуспех -->
F629 ноября 2003, 04:332024япония --> IGS-Optical 2
IGS-Radar 2
НОО -->[7]
F726 февраля 2005, 09:252022япония --> MTSAT-1R (Химавари 6)ГПОуспех -->
F824 января 2006, 01:332022япония --> DAICHI (Дайти) (ALOS)ССОуспех -->
F918 февраля 2006, 06:272024япония --> MTSAT-2 (Химавари 7)ГПОуспех -->
F1011 сентября 2006, 04:35202япония --> IGS-Optical 2НООуспех -->
F1118 декабря 2006, 06:32204япония --> ETS-VIII (Кику-8)ГПОуспех -->
F1224 февраля 2007, 04:412024япония --> IGS-Radar 2
IGS-Optical 3V
НООуспех -->
F1314 сентября 2007, 01:312022япония --> SELENE (Кагуя)Лунеуспех -->
F1423 февраля 2008, 08:552024япония --> WINDS (Кизуна)ГПОуспех -->
F1523 января 2009, 12:54202япония --> GOSAT (Ибуки)
SDS-1
STARS (Kūkai)
KKS-1 (Кисэки)
PRISM (Хитоми)
Sohla-1 (Майдо 1)
SORUNSAT-1 (Кагаяки)
SPRITE-SAT (Райдзин)
ССОуспех -->[11]
F1628 ноября 2009, 01:21202япония --> IGS Optical 3
НООуспех -->[12]
F1720 мая 2010, 21:58202япония --> PLANET-C (Акацуки)
IKAROS
UNITEC-1
WASEDA-SAT2 ()
KSAT (J-POD)
Negai (J-POD)
Венереуспех -->[13]
F1811 сентября 2010, 11:17202япония --> Quasi-Zenith Satellite 1 (Митибики)ГПОуспех -->
F1923 сентября 2011, 04:36202япония --> IGS-Optical 4НООуспех -->
F2012 декабря 2011, 01:21202япония --> IGS-Radar 3НООуспех -->
F2117 мая 2012, 16:39202япония --> GCOM-W1 (Shizuku)
KOMPSAT-3 (Arirang 3)
SDS-4
HORYU-2
ССОуспех -->[14]
F2227 января 2013, 04:40202япония --> IGS-Radar 4
IGS-Optical 5V
НООуспех -->
F2327 февраля 2014, 18:37202япония -->
(ShindaiSat)
(GENNAI)

(Hayato 2)

(ARTSAT 1)
(Yui)
ССОуспех -->[15]
F2424 мая 2014, 03:05202япония --> (ALOS-2)



SPROUT
ССОуспех -->[16]
F257 октября 2014, 05:16202япония --> Himawari 8 (Химавари-8)ГПОуспех -->[17][18]
F263 декабря 2014, 4:22202япония --> Hayabusa2 (Хаябуса-2)
Sinen 2
Despatch (Artsat 2)
Procyon
ГЦОуспех -->[19]
F271 февраля 2015, 01:21202япония --> IGS-Radar SpareНООуспех -->[20]
F2826 марта 2015, 01:21202япония --> IGS-Optical 5НООуспех -->[21]
F2924 ноября 2015, 06:15204канада --> Telstar 12 VANTAGEГПОуспех -->[22][23]
F3017 февраля 2016, 08:45202япония --> Hitomi (Хитоми) (Astro-H)
Kinshachi 2 (ChubuSat 2)
Kinshachi 3 (ChubuSat 3)
AEGIS (Horyu 4)
НООуспех -->
F312 ноября 2016, 06:20202япония --> Himawari 9 (Химавари-9)ГПОуспех -->[24][25][26]
F3224 января 2017, 07:44204япония --> Kirameki-2 (Кирамэки-2) (DSN-2)ГПОуспех -->[27][28]
F3317 марта 2017, 01:20202япония --> IGS-Radar 5НООуспех -->[29]
F341 июня 2017, 0:17202япония --> QZS-2 (Michibiki-2) (Митибики-2)ГПОуспех -->[30]
F3519 августа 2017, 05:29204япония --> QZS-3 (Michibiki-3) (Митибики-3)ГПОуспех -->[31]
F369 октября 2017, 22:01202япония --> QZS-4 (Michibiki-4) (Митибики-4)ГПОуспех -->[32]
F3723 декабря 2017, 01:26202япония --> SHIKISAI (Сикисай) (GCOM-C)
TSUBAME (Цубамэ) (SLATS)
ССО
НОО
успех -->[33]
F3827 февраля 2018, 04:34202япония --> IGS-Optical 6НООуспех -->[34]
F3912 июня 2018, 04:20202япония --> IGS-Radar 6НООуспех -->[35]
Планируемые запуски
202япония --> GOSAT 2
KhalifaSat
ССО
202япония --> ALOS 3ССО
июль 2020202оаэ --> к Марсу
[36]великобритания --> Inmarsat-6 F1ГПО

Примечания

  1. H-IIA Launch Vehicle на сайте JAXA — JAXA — en
  2. SRB-A — JAXA — jp
  3. H-IIA Launch Vehicle (брошюра) — 2015-10-31 — JAXA — en
  4. H-IIA 202 Launch Vehicle — Spaceflight101 — en
  5. H-IIA UPGRADE на сайте JAXA — JAXA — en
  6. H-ⅡA Upgrade (брошюра) — 2015-10-31 — JAXA — en
  7. Launch Result of IGS #2/H-IIA F6 — November 29, 2003 — June 19, 2013 / JAXA
  8. Japanese launch fails — 2013-11-29 — Spaceflight Now — en
  9. H-2A — Gunter's Space Page — en
  10. 三菱重工、「H2A」2機種に半減・民営化でコスト減 . NIKKEI NET
  11. Launch Result of the IBUKI (GOSAT) by H-IIA Launch Vehicle No. 15 — January 23, 2009 / MHI and JAXA — 2012-01-21 — yes
  12. H-IIA F16 / Sorae — 2012-01-21 — yes
  13. Launch Result of the Venus Climate Orbiter "AKATSUKI" (PLANET-C) aboard H-IIA Launch Vehicle No.17 / JAXA — May 21, 2010 — 2012-01-21 — yes
  14. Launch Overview – H-IIA Launch Services Flight No.21 — April 15, 2012 / Mitsubishi Heavy Industries
  15. Japanese H-IIA rocket successfully lofts GPM Core — 28.02.2014 — eng
  16. Japanese HII-A successfully launches ALOS-2 mission — May 23, 2014 / nasaspaceflight.com — eng
  17. Japan lofts Himawari 8 weather satellite via H-IIA rocket — 06.10.2014 / nasaspaceflight.com — eng — 2014-10-07 — yes
  18. Mitsubishi Electric готовит к запуску спутник Himawari-8 с космического центра Танэгасима — 02.09.2014 / Mitsubishi Electric — 2014-10-08 — yes
  19. Hayabusa 2 Mission Updates — 03.12.2014 / spaceflight101.com — eng — 2014-12-03 — yes
  20. H-IIA - IGS Radar Spare - Launch Updates — 01.02.2015 / spaceflight101.com — eng — 2015-02-01 — yes
  21. H-IIA - IGS Optical 5 - Launch Updates — 26.03.2015 / spaceflight101.com — eng — 2015-03-26 — yes
  22. Japanese H-IIA successfully lofts Telstar 12V / nasaspaceflight.com — eng
  23. Видео: Launch of Telstar 12 VANTAGE/H-IIA F29
  24. Launch success of the H-IIA Launch Vehicle No. 31 (H-IIA F31) with the geostationary meteorological satellite "Himawari-9" on board — 2 ноября 2016 / JAXA — en — 2016-11-02 — yes
  25. Видео: The live broadcast of the Himawari-9/H-IIA F31 launch
  26. Япония успешно запустила ракету H-IIA с метеорологическим спутником "Химавари-9" — ТАСС — 2016-11-02
  27. Launch Results of the H-IIA Launch Vehicle No. 32 with X-band defense communication satellite-2 on Board — 2017-01-24 — JAXA — en
  28. Japan puts its first military communications satellite into orbit — 2017-01-24 — Spaceflight Now — en
  29. H-2A rocket launches with Japanese radar reconnaissance craft — 2017-03-17 — Spaceflight Now — en
  30. Successful H-IIA Launch delivers second Member of Japan’s GPS Augmentation Constellation — 2017-06-01 — Spaceflight101 — en
  31. H-IIA Rocket Deploys Japan’s Third Quasi-Zenith Navigation Augmentation Satellite — 2017-08-19 — Spaceflight101 — en
  32. Japan’s H-2A conducts QZSS-4 launch — 2017-10-09 — NASA Spaceflight — en
  33. Japanese H-IIA Rocket Fires Into Orbit with Climate Change Satellite & Super-Low Altitude Testbed — 2017-12-23 — Spaceflight101 — en
  34. Japan’s H-IIA Rocket Sends IGS Optical 6 Reconnaissance Satellite into Orbit — 2018-02-27 — Spaceflight101 — en
  35. Japan’s H-IIA rocket launches IGS Radar 6 — 2018-06-12 — NASASpaceflight — en

Ссылки

Одноразовые ракеты-носители