Wyjaśnienie: Dlaczego rakieta GSLV Mk-III firmy Chandrayaan-2 spowodowała usterkę

Dziś wystrzelenie Chandrayaan-2: ISRO zamierza wykorzystać rakietę, produkt ponad trzech dekad badań i rozwoju, we wszystkich przyszłych misjach eksploracji kosmosu, w tym Gaganyaan, pierwszej ludzkiej misji w Indiach, której wystrzelenie zaplanowano na 2022 rok.

Geosynchroniczny pojazd satelitarny (GSLV) MkIII indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych (ISRO) przewożący Chandrayaan-2 stoi w Centrum Kosmicznym Satish Dhawan po tym, jak misja została przerwana w ostatniej chwili w Sriharikota.

Start Chandrayaana -2, pierwszej indyjskiej próby lądowania statku kosmicznego na Księżycu, został przerwany niecałą godzinę od startu w poniedziałek rano po tym, jak naukowcy wykryli usterkę techniczną w systemie rakiety startowej. Pojazdem misji była rakieta GSLV Mk-III, stosunkowo nowy nabytek, który ma kluczowe znaczenie dla przyszłych misji ISRO.

Śledź aktualizacje na żywo dotyczące premiery Chandrayaan-2

Co sprawia, że ​​nowa rakieta jest kluczowa?

ISRO zamierza wykorzystać rakietę, produkt ponad trzech dekad badań i rozwoju, we wszystkich przyszłych misjach eksploracji kosmosu, w tym Gaganyaan, pierwszej misji w Indiach, która ma zostać wystrzelona przed 2022 rokiem. Pojazd, który może wystrzelić cięższe komercyjne satelity , ma być również dużym źródłem dochodów dla ISRO.

Jednak podstawą startów ISRO w ciągu ostatnich trzech dekad był Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV), rakieta, która od początku lat 90. zawiodła tylko w dwóch z 48 startów. Chandrayaan-1 i Mangalyaan również zostały uruchomione przez PSLV.

Dlaczego PSLV nie został użyty do Chandrayaan- dwa?

PSLV ma swoje ograniczenia. Nie ma wystarczającej mocy, aby przenosić cięższe satelity lub iść głębiej w kosmos. PSLV może dostarczyć ładunek o masie około 1750 kg na niższe orbity okołoziemskie, aż do wysokości 600 km od powierzchni Ziemi. Może lecieć kilkaset kilometrów wyżej w geostacjonarnej orbicie transferowej (GTO), ale tylko przy zmniejszonej ładowności. Chandrayaan-1 ważył 1380 kg, podczas gdy Mangalyaan miał masę startową 1337 kg.

Wiele popularnych komercyjnych satelitów wykorzystywanych do teledetekcji, transmisji lub nawigacji waży znacznie poniżej 1500 kg i należy je umieścić na niskich orbitach okołoziemskich. PSLV okazał się idealnym narzędziem do tego – zarówno dla indyjskich, jak i zagranicznych satelitów komercyjnych.

Istnieją jednak satelity, które są znacznie cięższe — w zakresie 4000–6000 kg lub więcej — i muszą zostać umieszczone na orbitach geostacjonarnych, które znajdują się ponad 30 000 km od Ziemi. Rakiety przenoszące tak masywne satelity muszą mieć znacznie większą moc.

Zbudowany jako rakieta przyszłości, ponieważ ISRO ma na celu umieszczanie coraz większych ładunków i sondowanie głębiej w kosmos, GSLV Mk-III ma ciekawą historię i historię trzech dekad ciężkiej pracy nad ujarzmieniem technologii kriogenicznej. (Źródło: ISRO)

A rakiety GSLV mają taką moc?

Rakiety GSLV (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle) wykorzystują inne paliwo i mają znacznie większy ciąg niż PSLV. Dzięki temu mogą przenosić cięższe ładunki i podróżować głębiej w kosmos. Na przykład Chandrayaan-2 miał całkowitą masę bliską 4000 kg.

Wśród rakiet GSLV ISRO, GSLV Mk-III jest najnowszą i najpotężniejszą. Do tej pory miał na swoim koncie dwa udane loty — 5 czerwca 2017 r. przeniósł i rozmieścił satelitę komunikacyjnego GSAT-19, a 14 listopada ubiegłego roku satelitę komunikacyjnego GSAT-29. Miał lot eksperymentalny w 2014 roku.

GSLV Mk-III jest napędzany silnikiem z płynnym rdzeniem, ma dwa solidne dopalacze, które służą do zapewnienia potężnego ciągu wymaganego podczas startu, oraz silnik kriogeniczny w górnym stopniu.

Co to jest silnik kriogeniczny?

Kriogenika to nauka o zachowaniu materiałów w bardzo niskich temperaturach. Technologia kriogeniczna jest trudna do opanowania, ale niezbędna dla rakiety takiej jak GSLV Mk-III. Spośród wszystkich paliw rakietowych wiadomo, że wodór zapewnia największą siłę ciągu. Ale wodór w postaci gazowej jest trudny w obsłudze i dlatego nie jest używany w normalnych silnikach rakiet, takich jak PSLV. Wodór można stosować w postaci płynnej, ale staje się płynny w bardzo niskiej temperaturze — prawie 250 °C poniżej zera. Aby spalić to paliwo, również tlen musi mieć postać płynną, a dzieje się to w temperaturze około 90°C poniżej zera. Stworzenie atmosfery o tak niskich temperaturach w rakiecie jest trudne — stwarza problemy dla innych materiałów.

Widzowie odchodzą po przerwaniu misji Chandrayaan-2 w Sriharikota (AP)

Kiedy i jak Indie zrobiły postęp w tej technologii?

Rozwój GSLV Mk-III to historia trzech dekad ciężkiej pracy nad technologią kriogeniczną. Technologia została odmówiona Indiom przez Stany Zjednoczone na początku lat 90., zmuszając je do indygenizacji.

ISRO zaplanowało opracowanie silnika kriogenicznego już w połowie lat 80., kiedy tylko kilka krajów – USA, dawny ZSRR, Francja i Japonia – posiadało tę technologię. Aby przyspieszyć rozwój pojazdów nośnych nowej generacji — program GSLV był już przewidziany — ISRO zdecydowało się na import kilku z tych silników. Przeprowadził rozmowy z Japonią, USA i Francją, zanim zdecydował się na rosyjskie silniki. W 1991 roku ISRO i rosyjska agencja kosmiczna Glavkosmos podpisały umowę na dostawę dwóch takich silników wraz z transferem technologii, aby indyjscy naukowcy mogli je w przyszłości budować.

Jednak Stany Zjednoczone, które przegrały kontrakt na silnik, sprzeciwiły się sprzedaży przez Rosję, powołując się na postanowienia Reżimu Kontrolnego Technologii Rakietowych (MTCR), którego ani Indie, ani Rosja nie były członkiem. MTCR stara się kontrolować rozprzestrzenianie się technologii rakietowej. Rosja, wciąż podnosząca się z rozpadu ZSRR, uległa presji USA i anulowała transakcję w 1993 roku. W alternatywnym układzie Rosji pozwolono sprzedać siedem, zamiast oryginalnych dwóch, kriogenicznych silników, ale nie mogła przekazać technologii do Indii. Te rosyjskie silniki były używane w pierwszych lotach GSLV pierwszej i drugiej generacji (Mk-I i Mk-II). Ostatni z nich został użyty podczas startu INSAT-4CR we wrześniu 2007 roku.

Po anulowaniu oryginalnej umowy z Rosją, ISRO przystąpiło do opracowania własnej technologii kriogenicznej w Centrum Systemów Napędowych Cieczy w Thiruvananthapuram. Budowa silników zajęła ponad dekadę. W 2010 roku niepowodzeniem zakończyły się dwa starty rakiet GSLV drugiej generacji, jedna z rosyjskim silnikiem, a druga opracowana na miejscu.

Wielki sukces przyniósł w grudniu 2014 roku eksperymentalny lot trzeciej generacji (Mk-III) GSLV, wyposażony w rodzimy silnik kriogeniczny. Misja ta zawierała również eksperymentalny ładunek do ponownego wejścia, który wyskoczył po osiągnięciu wysokości 126 km i bezpiecznie wylądował w Zatoce Bengalskiej.

Potem nastąpiły dwa kolejne udane starty GSLV Mk-III. Chandrayaan-2 był jego największą i najbardziej oczekiwaną premierą.

Więc co poszło nie tak?

ISRO nie podało jeszcze charakteru ani szczegółów usterki technicznej w rakiecie. Usterkę zaobserwowano po zakończeniu każdej większej operacji. Jednym z ostatnich zadań przed startem jest załadunek paliwa kriogenicznego, wodoru i tlenu. Zostało to zakończone około pół godziny przed zatrzymaniem odliczania w poniedziałek rano. Ocena powagi problemu może zająć kilka dni.

Jak wielka jest to wpadka?

Bezpośredni wpływ ma na harmonogram Chandrayaan-2. ISRO powiedział, że obecne okno możliwości uruchomienia Chandrayaan-2 było dostępne tylko między 9 a 16 lipca. Ta okazja wydaje się teraz stracona. Mogłoby to potencjalnie opóźnić misję o kilka miesięcy. ISRO nie powiedziało, kiedy otworzy się kolejne okno możliwości.

Dopóki ISRO nie upubliczni swojej oceny problemu, nie można przewidzieć wpływu na przyszłe misje, zwłaszcza na Gaganyaan, który ma napięty termin.

Jednak awarie startów kosmicznych nie są niczym niezwykłym. Szczególnie misje księżycowe miały wysoki wskaźnik niepowodzenia. Aż 52 procent wszystkich misji księżycowych zakończyło się niepowodzeniem, ostatni dotyczy izraelskiego lądownika Beresheet, który miał problemy po wejściu na orbitę Księżyca i awaryjnym lądowaniu na powierzchni Księżyca.

Technicznie rzecz biorąc, Chandrayaan-2 nie zawiódł. Misja została przerwana przed uruchomieniem po wykryciu problemu.

Podziel Się Z Przyjaciółmi: