Owiewka ładunku użytecznego
Owiewka ładunku użytecznego – owiewka rakiety nośnej chroniąca ładunek użyteczny przed oddziaływaniem ciśnienia dynamicznego, obciążeniami akustycznymi oraz przed nagrzewaniem aerodynamicznym. Po wyniesieniu ponad atmosferę Ziemi owiewka jest odrzucana, odsłaniając ładunek użyteczny[1].
Konstrukcja
[edytuj | edytuj kod]Typowa owiewka ładunku użytecznego ma kształt cylindryczno-stożkowy, co pomaga zredukować opór aerodynamiczny, aczkolwiek istnieją owiewki o innych kształtach. Kształt owiewki jest wynikiem optymalizacji – w celu redukcji oporu aerodynamicznego korzystne jest zastosowanie owiewki o ostrym stożku, z kolei obły kształt pozwala na zwiększenie objętości owiewki. Niektóre rakiety nośne (np. H-II oraz Electron) mają kilka rodzajów owiewek, co pozwala na wybór owiewki zgodny z potrzebami klienta[2][3]. Owiewka, która rozdziela się na dwie połowy w czasie jej odrzucania to owiewka muszlowa (ang. clamshell fairing), z uwagi na podobieństwo do dwuklapowej muszli małż. W niektórych rakietach owiewka ładunku użytecznego osłania zarówno ładunek użyteczny, jak i górny stopień rakiety nośnej – takie rozwiązanie jest wykorzystane np. w rakietach Atlas V[4] oraz Proton M[5]. Konwencjonalne owiewki są zbudowane z płyt komórkowych by uzyskać małą masę i dużą sztywność na zginanie, najczęściej ze stopów aluminium lub CFRP. Duża sztywność jest kluczowa, by zapewnić, że struktura owiewki pod naporem obciążeń nie odkształci się i nie uszkodzi znajdującego się wewnątrz ładunku użytecznego. W przeszłości wykorzystywano również włókna szklane, na przykład w pierwszych rakietach Atlas-Centaur[6]. Struktury są pokrywane od zewnątrz lub od wewnątrz izolatorami ciepła oraz pokryciami tłumiącymi hałas[2]. Owiewki są często wyposażone w drzwi inspekcyjne oraz systemy wentylacyjne. Hermetycznie zamknięta owiewka może zapewnić ładunkowi użytecznemu kontrolowane parametry środowiskowe[7]. Krytycznym systemem owiewki ładunku użytecznego jest mechanizm separacji i odrzucania owiewki. Mechanizm ten musi wytrzymać obciążenia mechaniczne oraz termiczne w czasie wzlotu rakiety, a następnie niezawodnie rozdzielić elementy owiewki – zazwyczaj dwie połowy – od siebie. Ponieważ awaria mechanizmu doprowadziłaby do niepowodzenia misji, konieczne jest zapewnienie jego wysokiej niezawodności. Wykorzystywane są mechanizmy pirotechniczne, wykorzystujące nacięte śruby[2] lub mechanizmy pneumatyczne[3].
Odzysk i ponowne użycie owiewek
[edytuj | edytuj kod]Przed 2017 r. po odrzuceniu owiewka płonęła w atmosferze a jej resztki spadały do oceanu. Po raz pierwszy próbę ich odzyskania w celu ponownego wykorzystania podjęła firma SpaceX, która 30 marca 2017 roku dokonała pierwszego w historii odzysku owiewki. Owiewka jest wyhamowywana przez silniki rakietowe, a w końcowej fazie lotu z pomocą spadochronów[8]. Drugi udany odzysk miał miejsce 25 czerwca 2019 roku, gdy odzyskano owiewkę rakiety Falcon Heavy[9]. Obecnie firma SpaceX często odzyskuje owiewki ładunku użytecznego. Koszt jednej owiewki wynosi 6 milionów dolarów[10], co stanowi ok. 10% kosztu startu rakiety. Alternatywne podejście do zagadnienia prezentuje firma Rocket Lab. Rozwijana przez nią rakieta Neutron ma mieć owiewkę, która będzie się otwierać w celu wypuszczenia górnego stopnia rakiety z ładunkiem użytecznym, a następnie zamknie się i zostanie odzyskana wraz z pierwszym stopniem[11].
Producenci
[edytuj | edytuj kod]Producentem owiewek ładunku jest firma RUAG Space. Produkuje m.in. owiewki ładunku rakiety Ariane[12] oraz owiewki rakiety Atlas V[13]
Owiewki ładunku użytecznego wytwarza Hindustan Aeronautics Ltd. z Indii[14]
SpaceX wytwarza owiewki ładunku użytecznego wykorzystywane w ich rakietach nośnych[15]
Owiewki rakiet japońskich są produkowane przez firmę Kawasaki[2]
Niepowodzenia spowodowane awarią owiewki
[edytuj | edytuj kod]W czerwcu 1966 roku rakieta Atlas SLV-3 z powodzeniem umieściła na orbicie Agena Target Vehicle, planowany do wykorzystania przez załogową misję Gemini 9. W czasie podejścia do dokowania załoga zauważyła, że owiewka nie otworzyła się poprawnie i uniemożliwia dokowanie. Przez błąd techników przygotowujących rakietę do lotu, dwa sznury zabezpieczające, które powinny były być zdjęte przed lotem, pozostały na miejscu, uniemożliwiając poprawną separację.
W latach 90. problemy z owiewką spowodowały liczne awarie rakiety Long March 2E[16].
W roku 1999 nie udało się wynieść na orbitę satelity obserwacyjnego IKONOS-1 po awarii owiewki ładunku użytecznego rakiety Athena II. Awaria sprawiła, że rakieta nie była w stanie osiągnąć prędkości niezbędnej do wejścia na orbitę[17].
24 lutego 2009 roku satelita Orbiting Carbon Observatory przygotowany przez NASA nie osiągnął orbity. Winną była awaria owiewki ładunku użytecznego, która nie oddzieliła się od rakiety Taurus XL. W efekcie pojazd miał zbyt wysoką masę i nie był w stanie wejść na orbitę Ziemi. Rakieta spadła do Oceanu Indyjskiego w pobliżu Antarktydy[18][19].
25 sierpnia 2009 roku pierwsza rakieta nośna Korei Południowej – Naro-1 – doznała niepowodzenia, ponieważ tylko jedna połowa owiewki została poprawnie odrzucona i w rezultacie rakieta zeszła z planowanej trajektorii, a wynoszony satelita nie wszedł na orbitę[20].
4 marca 2011 roku rakieta Taurus XL ponownie doznała awarii owiewki, przez co satelita NASA Glory nie dotarł na orbitę i spadł do Oceanu Indyjskiego[21]. Była to druga taka awaria z rzędu, co sprawiło, że NASA zdecydowała, że satelita OCO-2, który pierwotnie miał zostać wyniesiony przez rakietę Taurus, zostanie wyniesiony przez rakietę Delta II[22].
31 sierpnia 2017 roku satelita Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych IRNSS-1H nie został wyniesiony z powodu awarii mechanizmu separacji owiewki na rakiecie PSLV-C39. Dodatkowa masa owiewki sprawiła, że rakieta nie osiągnęła orbity. Ładunek użyteczny oddzielił się prawidłowo, ale utknął w owiewce[23][24].
Dnia 3 sierpnia 2021 roku nie udał się start chińskiej komercyjnej rakiety Hyperbola-1. Firma iSpace ujawniła, że przyczyną była awaria separacji owiewki, przez co rakieta nie była w stanie wejść na orbitę[25].
10 lutego 2022 roku nie powiódł się lot rakiety Astra 3.3. Na podstawie wstępnej analizy danych podejrzewa się, że awaria była spowodowana nieprawidłową separacją owiewki ładunku użytecznego[26]
Galeria
[edytuj | edytuj kod]-
Satelita NASA Solar Dynamics Observatory umieszczany w owiewce rakiety nośnej Atlas V
-
Rakieta Atlas z ładunkiem użytecznym National Reconnaissance Office w owiewce ładunku użytecznego, gotowa do startu
-
Drugi stopień rakiety Falcon 9 i dwie części odrzuconej owiewki łądunku użytecznego (lewy górny róg), pierwszy stopień rakiety Falcon 9 second (prawy dolny róg)
-
Boeing X-37B przed umieszczeniem w owiewce ładunku użytecznego
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Fairing [online], www.esa.int [dostęp 2022-02-12] (ang.).
- ↑ a b c d Naruhiko Chiku , Development of Payload Fairings for Launch Vehicle, „Kawasaki Technical Review”, październik 2018 .
- ↑ a b Rocket Lab, Launch: PAYLOAD USER'S GUIDE Version 6.5 [online], sierpień 2020 .
- ↑ Atlas V [online], United Launch Alliance [dostęp 2022-03-03] [zarchiwizowane z adresu 2021-03-10] .
- ↑ A. Kumpel i inni, A Conceptual Design for the Space Launch capability of the peacekeeper ICBM [online], Georgia Institute of Technology Atlanta, GA [dostęp 2022-03-03] [zarchiwizowane z adresu 2017-08-12] .
- ↑ Grant Henson , Materials for Launch Vehicle Structures [online] .
- ↑ Arianespace, Ariane 6 User Manual, 2016, s. 3-11 .
- ↑ Elizabeth Lopatto , SpaceX even landed the nose cone from its historic used Falcon 9 rocket launch [online], The Verge, 30 marca 2017 [dostęp 2022-02-12] (ang.).
- ↑ SpaceX successfully catches first Falcon Heavy fairing in Mr. Steven's/Ms. Tree's net [online], web.archive.org, 26 czerwca 2019 [dostęp 2022-02-12] [zarchiwizowane z adresu 2019-06-26] .
- ↑ Stephen Clark , New photos illustrate progress in SpaceX’s fairing recovery attempts – Spaceflight Now [online] [dostęp 2022-02-12] (ang.).
- ↑ Tereza Pultarova , Rocket Lab's next-gen Neutron rocket will be reusable (and have a 'Hungry Hippo' nose cone) [online], Space.com, 2 grudnia 2021 [dostęp 2022-02-13] (ang.).
- ↑ Brian Harvey , Europe's space programme: to Ariane and beyond, London: Springer, 2003, ISBN 1-85233-722-2, OCLC 51270809 [dostęp 2022-02-12] .
- ↑ United Launch Alliance , Atlas V Launch Services User's Guide [online], 2010 .
- ↑ Madhumathi D.s , ISRO searches for new makers of rocket parts, „The Hindu”, Bengaluru, 15 lipca 2017, ISSN 0971-751X [dostęp 2022-02-12] (ang.).
- ↑ Fairing | SpaceX [online], 4 czerwca 2019 [dostęp 2022-02-12] [zarchiwizowane z adresu 2019-06-04] .
- ↑ CZ-2E Space Launch Vehicle [online], www.globalsecurity.org [dostęp 2022-02-13] .
- ↑ Lockheed Martin · Athena Investigation Points to Payload Fairing [online], web.archive.org, 29 października 2013 [dostęp 2022-02-13] [zarchiwizowane z adresu 2013-10-29] .
- ↑ Martin Perez , Orbiting Carbon Observatory 2 (OCO-2) [online], 5 marca 2015 [dostęp 2022-02-14] .
- ↑ "NASA Satellite Crashes Before Reaching Orbit" [online] [dostęp 2017-09-08] .
- ↑ S. Korean satellite lost shortly after launch: gov't, Yonhap News [dostęp 2009-08-26] .
- ↑ Glory Launch Failure Summary Released | NASA [online], nasa.gov [dostęp 2024-04-24] [zarchiwizowane z adresu 2019-05-02] (ang.).
- ↑ Spaceflight Now - Breaking News - Carbon-sniffing satellite faces one-year delay [online] [dostęp 2019-05-01] .
- ↑ Setback for ISRO: Launch of navigation satellite IRNSS-1H unsuccessful [online], The Economic Times, 31 sierpnia 2017 [dostęp 2017-08-31] .
- ↑ ISRO says IRNSS-1H launch unsuccessful, heat shields failed to separate [online], The Indian Express, 31 sierpnia 2017 [dostęp 2017-08-31] .
- ↑ Leo Bruce , Chinese commercial rocket Hyperbola-1 fails in Return to Flight attempt [online], 3 sierpnia 2021 [dostęp 2022-02-13] .
- ↑ Astra launch of NASA-sponsored cubesats fails [online], SpaceNews, 10 lutego 2022 [dostęp 2022-02-13] (ang.).