Centaur(로켓 스테이지)

Centaur (rocket stage)
센타우루스 3세
Landsat-9 Centaur 1 (cropped).jpg
Atlas V 로켓과의 교미를 위해 단발 엔진 센타우르 III를 인양하고 있다.
제조원United Launch Alliance(통합 론칭 얼라이언스)
사용일아틀라스 V: 센타우루스 III
벌컨: 센타우르 V
타이탄 IV
우주왕복선:Shuttle-Centaur (챌린저 재해로 취소)
일반적인 특징
높이12.68 m (499 [1]인치)
직경3.05m(120인치)
추진제 질량20,830 kg (45,920파운드)
빈 질량2,247 kg (4,954파운드), 싱글 엔진
2,462 kg (5,428 lb), 듀얼 엔진
센타우루스 3세
전원 공급자RL10 1개 또는 2개
최대 추력엔진당 99.2kN(22,300lbf)
특정 임펄스450.5초(4.418km/s)
굽는 시간변수
추진제좌측2/LOX
관련 단계
파생상품센타우루스 5세
고도 극저온 진화 단계
기동 이력
상황활동적인
기동 총수2018년 1월[2] 현재 245개
첫 비행1962년 5월 9일
듀얼 엔진 센타우르 스테이지
1962년 제너럴 [3]다이내믹스 조립 중 센타우르 무대
센타우루스 전차도

센타우르스는 미국 발사업체인 유나이티드 론치 얼라이언스가 제작한 상단으로, 메인 액티브 버전 1개와 개발 중인 버전 1개를 갖추고 있다.지름 3.05m(10.0ft)의 커먼 센타우르/센타우르 III는 아틀라스 V 발사체의 상단으로, 직경 5.4m(18ft)의 센타우르 V는 ULA의 새로운 벌컨 [4][5]로켓의 상단으로 개발되고 있다.센타우르스는 액체수소(LH)2와 액체산소(LOX) 추진제를 사용한 최초의 로켓 스테이지로, 고에너지 조합으로, 상부에 이상적이지만 취급에 상당한 [6]어려움이 있다.

특성.

커먼 센타우르는 0.51mm(0.020인치) 두께의 스테인리스강 압력 안정화 풍선 추진제 탱크[7] 주변에 제작됩니다.최대 19,000kg(42,000lb)[8]의 페이로드를 들어 올릴 수 있습니다.얇은 벽은 탱크의 질량을 최소화하여 무대 전체의 성능을 [9]극대화합니다.

공통 벌크헤드가 LOX 및 좌측2 탱크를 분리하여 탱크 질량을 더욱 줄입니다.그것은 섬유 유리 벌집으로 분리된 두 개의 스테인리스 스틸 가죽으로 만들어졌습니다.섬유 유리 벌집형 벌집은 극도로 차가운2 LH와 상대적으로 따뜻한 LOX [10]: 19 사이의 열 전달을 최소화합니다.

메인 추진 시스템은 1개 또는 2개의 에어로젯 로켓다인 RL10 [7]엔진으로 구성됩니다.이 스테이지에서는 최대 12개의 재시동이 가능하며, 추진제, 궤도 수명 및 미션 요건에 의해 제한됩니다.이를 통해 Centaur는 추진제 탱크의 단열재를 통해 복잡한 궤도 삽입 [8]시 필요한 여러 시간 동안의 해안 주행과 다중 엔진 연소를 수행할 수 있습니다.

반응 제어 시스템(RCS)은 또한 Ulage를 제공하며, 2개의 2추진 포드 및 4개의 4추진 포드로 스테이지 주변에 위치한 20개의 히드라진 모노로플란트 엔진으로 구성됩니다.추진제의 경우 150kg(340lb)의 히드라진이 한 쌍의 블래더 탱크에 저장되고 가압된 헬륨 가스와 함께 RCS 엔진에 공급되며, 이 또한 일부 주요 엔진 [11]기능을 수행하는 데 사용됩니다.

현재 버전

2019년 현재 센타우르 변종 중 2종을 제외하고 모두 폐기되었다.일반 Centaur/Centaur III(활성) 및 Centaur V(개발 [12][13]중)

최신 엔진

버전 사용하는 스테이지 건조 질량 추력 저는sp... 길이 직경 메모들
RL10A-4-2 센타우르 III (DEC) 168 kg (138파운드) 99.1 kN (22,300 lbf) 451초 1.17 m (3.8 피트) [14][15]
RL10C-1 Centaur III (SEC), (DCSS) 190 kg (150파운드) 101.8 kN (22,900 lbf) 449.7초 2.12 m (7.0 피트) 1.45 m (4.8 피트) [16][17][18][15]
RL10C-1-1 센타우루스 5세 188 kg (414파운드) 106 kN (24,000 lbf) 453.8초 2.46 m (8.1 피트) 1.57 m (5.2 피트) [19]

센타우르 III/공통 센타우르

커먼 센타우르는 아틀라스 5호 로켓의 [11]윗단이다.이전의 공통 센타우르스는 RL-10의 RL10-A-4-2 버전에 의해 추진되었다.커먼 센타우르사는 2014년부터 비용 [20][21]절감을 위해 델타 극저온 세컨드 스테이지와 공유하는 RL10-C-1 엔진을 탑재하고 있습니다.Dual Engine Centaur(DEC; 듀얼 엔진 센타우르) 구성에서는 작은 RL10-A-4-2를 계속 사용하여 사용 가능한 [21]공간에 2개의 엔진을 수용할 수 있습니다.

Atlas V는 여러 가지 구성으로 비행할 수 있지만 Centaur가 부스터 및 페어링과 통합하는 방식에 영향을 미치는 것은 단 하나뿐입니다. 직경 5.4m(18ft)의 Atlas V 페이로드 페어링이 부스터에 부착되고 상부 스테이지 및 페어링을 캡슐화하여 페어링에 의해 발생하는 공기역학적 하중을 부스터로 전달합니다.직경 4m(13ft)의 페이로드 페어링을 사용하는 경우 부착점은 Centaur의 상단(전단)에 있으며, Centaur 탱크 [22]구조를 통해 하중을 라우팅합니다.

최신 Common Centaurs는 [23]스테이지의 엔진 끝에 부착된 Att 벌크헤드 캐리어를 사용하여 보조 페이로드를 수용할 수 있습니다.

싱글 엔진 Centaur(SEC)

대부분의 payload는 1개의 RL10을 탑재한 Single Engine Centaur(SEC; 싱글엔진 Centaur)로 기동합니다.이는 Atlas V의 모든 정상 비행에 대한 변형입니다(예: Atlas V 421과 같은 명명 시스템의 마지막 숫자로 표시됨).

듀얼 엔진 Centaur(DEC)

두 개의 RL-10 엔진을 갖춘 듀얼 엔진 모델이 있지만, CST-100 스타라이너 승무 우주선 및 드림 체이서 ISS 물류 [24][25]우주선을 발사하는 데만 사용됩니다.두 엔진의 높은 추력은 더 많은 수평 속도와 더 적은 수직 속도로 완만한 상승을 가능하게 하며,[26] 이는 비행의 어느 지점에서 발사 중단 및 탄도 재진입이 발생할 경우 생존 가능한 수준으로 감속을 감소시킨다.

센타우루스 5세

센타우르 V는 현재 United Launch Alliance가 National Security Space Launch([27]NSL) 프로그램의 요구를 충족시키기 위해 개발 중인 새로운 Vulcan 발사체의 상위 단계이다.Vulcan은 처음에 Common [28]Centaur의 업그레이드된 변종과 함께 서비스를 시작할 예정이었고,[13][29] 비행 후 ACES(Advanced Cryogenic Evolution Stage)로의 업그레이드가 계획되었다.

2017년 말 ULA는 ACES의 상위 단계 요소를 도입하여 Centaur V에 대한 작업을 시작하기로 결정했습니다.Centaur V는 ACES의 5.4m(18ft) 직경과 고급 단열재를 갖추고 있지만, 상부 단계의 궤도 수명을 몇 시간에서 몇 [13]주까지 연장할 것으로 예상되는 통합 차량 유체(IVF) 기능은 포함하지 않습니다.Centaur V는 노즐 익스텐션이 있는 RL10-C 엔진의 두 가지 다른 버전을 사용하여 가장 무거운 페이로드의 [30]연료 소비를 개선합니다.커먼 센타우르보다 성능이 향상됨에 따라 ULA는 NSSL 요건을 충족하고 Atlas V와 Delta IV Heavy 로켓 패밀리를 당초 계획보다 빨리 폐기할 수 있게 됩니다.이 새로운 로켓은 2018년 [31][32]3월에 공식적으로 벌컨 센타우르가 되었다.2018년 5월, 블루 오리진 BE-3에 대한 경쟁적인 조달 과정을 거쳐 Aerojet Rocketdyne RL10이 Centaur V의 엔진으로 발표되었습니다.각 스테이지에는 [33]2개의 엔진이 탑재됩니다.2020년 9월 ULA는 ACES가 더 이상 개발되지 않으며 [34]대신 Centaur V를 사용할 것이라고 발표했습니다.ULA의 CEO인 Tory Bruno는 Vulcan의 Centaur 5가 현재 ULA보다 40 % 더 많은 내구성과 2.5배의 에너지를 가질 것이라고 말했다."하지만 그건 빙산의 일각에 불과해요." 브루노가 상세하게 설명했다."앞으로 몇 년 동안 450배, 500배, 600배의 내구력을 발휘할 것입니다.그러면 오늘날에는 [35]상상조차 할 수 없는 새로운 임무가 가능하게 됩니다."

역사

센타우르 개념은 Convair가 액체 수소를 연료로 하는 상단을 연구하기 시작한 1956년에 시작되었다.후속 프로젝트는 1958년 Convair, Advanced Research Projects Agency(ARPA), 미국 공군이 합작하여 시작되었다.1959년, NASA는 ARPA의 역할을 맡았다.센타우르스는 처음에는 아틀라스-센타우르 발사체의 상단으로 비행했으며, 그 노력의 선구적인 성격과 액체 [36]수소의 사용으로 인해 많은 초기 개발 문제에 직면했다.1994년 제너럴 다이내믹스는 우주 시스템 [37]부서를 록히드 마틴에 매각했다.

센타우르 A-D(아틀라스)

아틀라스-센타우르 로켓이 탐사선 1호를 발사하다
주요 기사:아틀라스센타우르

센타우르는 원래 아틀라스 발사체 패밀리와 함께 사용하기 위해 개발되었다.초기 계획에서 '고에너지 상부 스테이지'로 알려진, 신화적인 켄타우르스의 이름은 아틀라스 부스터의 맹렬한 힘과 [38]상부 스테이지의 기교를 조합한 것을 나타내기 위한 것이었다.

초기 Atlas-Centaurs는 Centaur-A에서 -C까지로 표기된 개발 버전을 사용했다.1962년 5월 8일 유일한 센타우르-A 발사는 발사 54초 만에 센타우르호의 절연 패널이 일찍 분리되면서 폭발로 끝나 LH 탱크가2 과열되고 파열되었다.광범위한 재설계 후 1963년 11월 26일 센타우르-B의 유일한 비행은 성공적이었다.센타우르-C는 두 번의 실패로 세 번 비행했고, 한 번의 발사는 성공했지만, 센타우르-C는 재시동에는 실패했다.Centaur-D는 56회 [39]발사된 최초의 운용 서비스 버전이었다.

1966년 5월 30일, 아틀라스-센타우르 한 대가 최초의 탐사선 착륙선을 달 쪽으로 끌어올렸다.그 후 2년 동안 6번의 서베이어 발사가 더 이루어졌으며, Atlas-Centaur는 예상대로 성능을 발휘했습니다.탐사선 프로그램은 우주에서 수소 엔진을 재점화할 수 있는 가능성을 입증하고 [10]: 96 우주에서의 LH의2 거동에 대한 정보를 제공했습니다.

1970년대에 센타우르스는 완전히 성숙하여 더 큰 민간용 탑재물을 지구 높은 궤도로 쏘아올리기 위한 표준 로켓 단계가 되었고, 또한 NASA의 행성 [10]: 103–166 탐사선을 위한 아틀라스-아제나 우주선을 대체했다.

1989년 말까지, 센타우르-D와 -G는 63개의 아틀라스 로켓 발사를 위한 상단 스테이지로 사용되었고, 그 중 55개는 [2]성공적이었다.

토성 I-V

주요 기사: S-V
Saturn I은 실탄 S-V 스테이지와 함께 발사됩니다.

새턴 1호는 탑재체가 지구 저궤도(LEO)를 넘어갈 수 있도록 S-V 3단을 탑재해 비행하도록 설계됐다.S-V 단계는 액체 수소를 연료로, 액체 산소를 산화제로 연소하는 두 개의 RL-10A-1 엔진에 의해 작동되도록 설계되었다.S-V 무대는 SA-1에서 SA-4까지 4번 비행했는데, 이 4번 비행 모두 발사 시 밸러스트를 사용하기 위해 S-V의 탱크에 물을 채웠다.스테이지가 액티브한 구성으로 비행하지 않았습니다.

센타우르 D-1T (타이탄 III)

타이탄 IIIE-센타우르 로켓이 보이저 2호를 발사하다

센타우르 D는 1970년대에 훨씬 더 강력한 타이탄 III 부스터에 사용하기 위해 개량되었고, 1974년에 타이탄 IIIE가 처음 발사되었다.타이탄 IIIE는 아틀라스-센타우르호의 탑재 용량을 3배 이상 늘렸으며, 단열재를 개선하여 아틀라스-센타우르호의 [10]: 143 30분보다 최대 5시간의 궤도 수명을 가능하게 했다.

1974년 2월 타이탄 IIIE의 첫 발사는 우주 플라즈마 고전압 실험(SPHINX)의 손실과 바이킹 탐사선의 모형으로 인해 성공하지 못했다.결국 센타우르의 엔진이 산소 [10]: 145–146 탱크에서 잘못 설치된 클립을 흡입한 것으로 밝혀졌다.

다음 타이탄-센타우르스는 헬리오스 1, 바이킹 1, 바이킹 2, 헬리오스 [40]2, 보이저 1, 보이저 2를 발사했다.보이저 1호 발사에 사용된 타이탄 부스터에는 하드웨어 문제가 있어 조기 정지를 일으켰고, 센타우르 단계에서 이를 감지해 성공적으로 보상했다.센타우르스는 연료가 4초도 [10]: 160 남지 않은 상태에서 소각되었다.

센타우르(Atlas G)

센타우르스는 아틀라스 G에 소개되었고 매우 유사한 아틀라스 [citation needed]I으로 넘어갔다.

Shuttle-Centaur (센타우르 G 및 G-Prime)

주요 기사:셔틀센타우르
율리시스를 사용한 셔틀 센타우르 그림

Shuttle-Centaur는 제안된 우주왕복선 상부 무대였다.셔틀 페이로드 베이에 설치할 수 있도록 센타우르의 수소 탱크의 직경을 4.3m(14ft)로 늘렸으며, LOX 탱크 직경은 3.0m(10ft)로 유지되었다.두 가지 변형이 제안되었다.갈릴레오와 율리시즈 로봇 탐사선을 발사할 계획이었던 센타우르 G 프라임과 길이가 약 9m에서 6m로 단축된 센타우르 G는 미국 국방부와 마젤란 금성 [41]탐사선을 위해 계획되었다.

챌린저 우주왕복선 사고와 센타우르 우주왕복선 비행이 예정되기 불과 몇 달 전에 NASA는 센타우르 우주선을 우주왕복선으로 [42]비행시키는 것은 너무 위험하다고 결론지었다.탐사선은 훨씬 덜 강력한 고체 연료의 IUS로 발사되었고, 갈릴레오는 목성에 도달하기 위해 금성과 지구의 여러 가지 중력 보조 장치가 필요했다.

센타우르(타이탄 IV)

Shuttle-Centaur 프로그램의 종료로 인해 남겨진 능력의 차이는 새로운 발사체인 Titan IV에 의해 메워졌다.401A/B 버전은 직경 4.3m(14ft)의 수소 탱크를 가진 센타우르 상부 스테이지를 사용했습니다.타이탄 401A 버전에서는 1994년부터 1998년 사이에 센타우르-T가 9번 발사되었다.1997년 카시니-후이겐스 토성 탐사선은 타이탄 401B의 첫 비행이었고, 2003년에는 SRB [43]1회 고장을 포함한 6회의 발사가 마무리되었다.

센타우루스 II(아틀라스 II/II)

주요 기사:아틀라스 II

센타우르 II는 처음에 아틀라스 II 시리즈 [39]로켓에 사용하기 위해 개발되었다.센타우르 II는 또한 아틀라스 IIIA의 초기 발사 [11]때 비행했다.

Centaur III/공통 Centaur(Atlas III/V)

주요 기사:아틀라스 III

아틀라스 IIIB는 더 길고 처음에는 듀얼 엔진 센타우르 [11]II인 커먼 센타우르를 선보였다.

Atlas V 극저온 유체 관리 실험

아틀라스 V에서 발사된 대부분의 커먼 센타우르스에는 수백에서 수천 킬로그램의 추진제가 탑재되어 있다.2006년에 이러한 추진제는 우주 극저온 유체 관리 [44]기술을 테스트하기 위한 가능한 실험 자원으로 확인되었습니다.

2009년 10월, 공군과 연합 발사 동맹(ULA)은 "추진제 침하 및 슬로시, 압력 제어, RL10 냉감 및 RL10 2상 정지 작동에 대한 이해"를 개선하기 위해 DMSP-18 발사의 수정된 센타우르 상단 단계에 대한 실험 데모를 수행했다.DMSP-18은 저질량 페이로드로 분리 후2 LH/LOX 추진제가 약 28%(5,400 kg(11,900 lb) 남아 있었다.2.4시간 동안 여러 개의 궤도 [45]데모가 수행되었고 결국 궤도 이탈이 발생했습니다.최초 시연은 2012-2014년 [46]Centaur 기반 CREOTE 기술 개발 프로그램에 따라 계획된 보다 진보된 극저온 유체 관리 실험에 대비하기 위한 것이었으며, 이후 [12]CREOR의 TRL을 높일 예정이다.

사고

Centaur는 길고 성공적인 비행 역사를 가지고 있지만, 여러 가지 사고를 경험했습니다.

  • 1966년 4월 7일: Centaur가 연안 후 재시동하지 않음 - Ulage 모터의 [47]연료가 고갈됨.
  • 1971년 5월 9일; 센타우르 유도 실패, 자신과 화성 [48]궤도로 향하는 마리너 8호 우주선이 파괴되었다.
  • 1991년 4월 18일 : 추진제 덕트를 청소하는 데 사용되는 세정 패드의 입자가 터보펌프에 고착되어 [49]시동이 걸리지 않아 센타우르가 고장났습니다.
  • 1992년 8월 22일: Centaur가 재부팅에 실패했습니다(얼음 문제).[50]
  • 1999년 4월 30일: 센타우르 데이터베이스 오류로 인해 롤 레이트가 제어되지 않고 자세 제어가 상실되어 위성을 쓸모없는 [51]궤도에 올려놓으면서 USA-143(밀스타 DFS-3m) 통신 위성 발사가 실패했다.
  • 2007년 6월 15일: Atlas V의 센타우르 상단의 엔진이 조기에 정지되어 국가정찰국 해양감시위성 한 쌍이 의도한 것보다 낮은 [52]궤도에 놓여 있다.그 실패는 "대실망"이라고 불렸지만, 나중에 나온 진술들은 우주선이 임무를 [53]완수할 수 있을 것이라고 주장한다.그 원인은 수소 연료의 일부를 고갈시킨 개방 고착 밸브로 추적되었고, 그 결과 두 번째 연소가 4초 [53]일찍 종료되었다.문제는 [54]해결되었고 다음 비행편은 [55]유명무실했다.
  • 2018년 8월 30일 : 2014년 9월 17일 발사된 아틀라스 V 센타우르 패시베이트 2단이 분해되어 우주 [56]파편이 발생.
  • 2018년 3월 23일~25일 : 2009년 9월 8일 출시된 [57][58]아틀라스 V 센타우르 패시베이트 2단계 해체
  • 2019년 4월 6일 : 2018년 10월 17일 발매된 아틀라스 V 센타우르 패시베이트 2단계 [59][60]해체

센타우르 III 사양

출처 : 2015년 기준 Atlas V551 사양.[61]

  • 직경: 3.05 m (10 피트)
  • 길이: 12.68 m (42 피트)
  • 불활성 질량: 2,247 kg (4,954파운드)
  • 연료: 액체 수소
  • 산화제: 액체 산소
  • 연료 및 산화제 질량: 20,830 kg (45,922파운드)
  • 가이던스:관성
  • 추력: 99.2 kN (22,300 lbf)
  • 굽는 시간:가변, 예를 들어 Atlas V에서는 842초
  • 엔진: RL10-C-1
  • 엔진 길이: 2.32 m (7.6 피트)
  • 엔진 직경: 1.53m(5ft)
  • 엔진 건조 중량: 168 kg (370파운드)
  • 엔진 시동: 재시작 가능
  • 자세 제어: 27-N 스러스터 4기, 40-N 스러스터 8기
    • 추진제:히드라진

레퍼런스

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