Testy rakety Vega mají zvýšit její nosnost
V hlavním technickém středisku ESA byl horní stupeň nosné rakety Vega vystavený na vibračním stole stejným silám, jaké na něj působí v průběhu startu do vesmíru. Cílem testování je zvýšit nosnou kapacitu nejnovější evropské nosné rakety.
„Ověřujeme, zdali tento stupeň může léta bezpečně jak plně, tak i jen částečně natankovaný pohonnými látkami,“ vysvětluje Michel Bonnet z týmu ESA Vega, který dohlíží na kampaň.
„Musíme získat jistotu, že částečně natankovaný stupeň dokáže bez problémů přečkat největší namáhání a vibrace při startu, a to bez jakékoliv škodlivých účinků jejich zesílení.“
„Každý kilogram pohonných látek, který odebereme z horního stupně, znamená možnost přidat téměř kilogram k vynášenému nákladu. Jde téměř o poměr jedna ku jedné až do osmdesáti procent původního množství pohonných látek.“
Třicetimetrová čtyřstupňová raketa Vega je evropským nosičem pro menší družice.
Poprvé letěla v únoru 2012 a pak znovu v květnu 2013. Nést může náklady o hmotnosti 300 kg až 2,5 t v závislosti na cílové oběžné dráze. Referenční mise je 1,5 t nákladu na polární dráhu ve výšce 700 km.
Let rakety Vega v roce 2013 prověřil její schopnost dopravit několik družic na různé oběžné dráhy – jmenovitě to byly Proba-V (ESA), VNREDSat-1A (Vietnam) a ESTCube-1 (Estonsko) – a to díky schopnostem jejího čtvrtého stupně AVUM (Attitude Vernier Upper Module).
Kromě toho, že AVUM funguje jako horní stupeň rakety, plní i druhou roli. Představuje „mozek“ nosiče Vega, když na něm instalovaná avionika dohlíží na celý let.
Poté, jakmile se oddělí od třetího stupně, AVUM funguje mimo hranice atmosféry, kde má možnost s maximální možnou přesností vysazovat různá zařízení na různé dráhy. Požadavky spojené s třetím stupněm Vegy na tuhá paliva, který musí být odhozený daleko od obydlených oblastí, typicky nad Arktickým mořem, přitom znamenají, že sólový let stupně AVUM nezačíná na optimální trajektorii. Kompenzovat dráhu je tak jeho prvním úkolem.
Na rozdíl od jiných evropských horních stupňů má AVUM během sólového letu možnost pětinásobného zážehu. Poslední zážeh je přitom určený k provedení brzdícího manévru, jenž navede stupeň k řízenému zániku do hustých vrstev atmosféry. Díky tomu nerozšiřuje množství kosmického smetí.
„Dnes AVUM nese 580 kg pohonných látek, což jsou vlastně dvě sady hypergolických chemikálií, které společně reagují a produkují tah,“ dodává Michel.
„Ale není nezbytné nést všechno toto palivo pro každou misi.“
„Takže pokud nenatankujeme řekněme dvacet procent pohonných látek, můžeme získat nějakých sto kilogramů nosnosti. A to už představuje významné číslo.“
The most straightforward way of qualifying the partially loaded AVUM for flight turned out to be filling it with simulated propellant and place it on the QUAD shaker at ESA’s ESTEC Test Centre, in Noordwijk, the Netherlands, Europe’s largest space simulation facility, to reproduce the dynamic environment of launch.
“AVUM’s four bipropellant tanks incorporate ‘Positive Expulsion Devices’ – Teflon bladders that are squeezed using helium gas to drive the propellants into AVUM’s engine,” says Michel.
“In general, this works very well, but these bladders – just like water balloons – might be vulnerable to excessive vibration.”
AVUM’s highly reactive bipropellants being judged as far too hazardous for test use, simulated propellant was used in their place, possessing equivalent density and behaviour.
“In the past Freon would have been employed, but this is now off-limits due to its ozone-destroying nature,” explains Tommaso Ghidini of ESA’s Materials and Processes section.
“Instead, we worked to qualify an ozone-friendly substitute, hydrofluoroether (HFE 7100) – more typically used as an industrial cleaning agent and refrigerant. We tested it was chemically compatible both with Teflon and the kind of titanium alloys such tanks are made from.”
Vega prime contractor, ELV, and its fourth stage developer, Avio, also participated in the vibration testing, which were performed for ESA by European Test Services.
In the next two years, new tanks with a larger volume are being developed as part of the Vega Evolution programme, seeking to extend the launcher’s future performance envelope, as well as bringing this bladder technology to Western Europe – the current Vega tanks being procured in Russia.
