Ariane 5


Ariane 5 es un vehículo de lanzamiento espacial europeo de carga pesada desarrollado y operado por Arianespace para la Agencia Espacial Europea (ESA). Se lanza desde el Centre Spatial Guyanais en la Guayana Francesa. Se ha utilizado para enviar cargas útiles a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) o la órbita terrestre baja (LEO). El cohete tuvo una racha de 82 lanzamientos consecutivos exitosos entre el 9 de abril de 2003 y el 12 de diciembre de 2017. Se está desarrollando un sistema sucesor directo, Ariane 6 . [4]

El sistema fue diseñado originalmente como un sistema de lanzamiento prescindible por el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES), la agencia espacial del gobierno francés , en estrecha cooperación con Alemania y otros socios europeos. [5] A pesar de no ser un derivado directo de su programa de cohetes predecesor, está clasificado como parte de la familia de cohetes Ariane . Airbus Defence and Space es el contratista principal de los vehículos y lidera un consorcio de varios países de otros contratistas europeos. La ESA diseñó originalmente el Ariane 5 para lanzar el avión espacial Hermes y, por lo tanto, está clasificado para lanzamientos espaciales tripulados .

Desde su primer lanzamiento, Ariane 5 se ha perfeccionado en versiones sucesivas: "G", "G +", "GS", "ECA" y, más recientemente, "ES". El sistema tiene una capacidad de lanzamiento dual de uso común, donde se pueden montar hasta dos grandes satélites de comunicación de cinturón geoestacionario utilizando un sistema de transporte SYLDA ( Système de Lancement Double Ariane , "Ariane Double-Launch System"). Hasta tres satélites principales, algo más pequeños, son posibles dependiendo del tamaño usando SPELTRA ( Estructura Porteuse Externe Lancement Triple Ariane , "Ariane Triple-Launch External Carrier Structure"). Se pueden transportar hasta ocho cargas útiles secundarias, generalmente pequeños paquetes de experimentos o minisatélites , con una plataforma ASAP (Estructura Ariane para cargas útiles auxiliares).

Tras el lanzamiento del 15 de agosto de 2020, Arianespace ya ha firmado los contratos para los últimos ocho lanzamientos de Ariane 5, que quedan por lanzar antes de la transición al nuevo lanzador Ariane 6 , según Daniel Neuenschwander, director de transporte espacial de la ESA. [6] [4]

Etapa principal criogénica

Motor Vulcain

El escenario principal criogénico H173 de Ariane 5 (H158 para Ariane 5 G, G + y GS) se llama EPC ( Étage Principal Cryotechnique - Cryotechnic Main Stage). Consiste en un gran tanque de 30,5 metros de altura [se necesita clarificación ] con dos compartimentos, uno para oxígeno líquido y otro para hidrógeno líquido , y un motor Vulcain 2 en la base con un empuje de vacío de 1.390 kN (310.000 lb f ). El H173 EPC pesa alrededor de 189 toneladas, incluidas 175 toneladas de propulsor. [7] Después de que se agota el combustible de la etapa criogénica principal, vuelve a entrar en la atmósfera para un amerizaje oceánico.

Impulsores sólidos

A los lados hay dos propulsores de cohetes sólidos P241 (P238 para Ariane 5 G y G +) (SRB o EAP de los Étages d'Accélération à Poudre franceses ), cada uno con un peso de aproximadamente 277 toneladas llenas y un empuje de aproximadamente 7.080 kN (1.590.000 lb f ). Se alimentan de una mezcla de perclorato de amonio (68%) y combustible de aluminio (18%) y HTPB (14%). Cada uno de ellos arde durante 130 segundos antes de ser arrojados al océano. Por lo general, se permite que los SRB se hundan hasta el fondo del océano, pero, al igual que los impulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial , se pueden recuperar con paracaídas, y esto se ha hecho ocasionalmente para análisis posteriores al vuelo. A diferencia de los SRB del transbordador espacial, los propulsores Ariane 5 no se reutilizan. El intento más reciente fue para la primera misión Ariane 5 ECA en 2009. Uno de los dos impulsores se recuperó con éxito y se devolvió al Centro Espacial de Guayana para su análisis. [8] Antes de esa misión, la última recuperación y prueba de este tipo se realizó en 2003.

El SLBM M51 francés comparte una cantidad sustancial de tecnología con estos impulsores.

En febrero de 2000, el presunto cono de morro de un propulsor Ariane 5 llegó a la costa del sur de Texas y fue recuperado por los vagabundos antes de que el gobierno pudiera llegar a él. [9]

Segunda etapa

Etapa superior de EPS utilizada en Ariane 5 ES

La segunda etapa está encima del escenario principal y debajo de la carga útil. El Ariane original, Ariane 5 G, utilizaba EPS ( Étage à Propergols Stockables - Storable Propellant Stage), que estaba alimentado por monometilhidrazina (MMH) y tetróxido de nitrógeno , que contenía 10 t (9,8 toneladas largas; 11 toneladas cortas) de propulsor almacenable . Posteriormente, el EPS se mejoró para su uso en Ariane 5 G +, GS y ES. Ariane 5 ECA utiliza el ESC ( Étage Supérieur Cryotechnique - Cryogenic Upper Stage), que es alimentado por hidrógeno líquido y oxígeno líquido. [10]

La etapa superior EPS es capaz de múltiples encendidos, demostrado por primera vez durante el vuelo V26 que se lanzó el 5 de octubre de 2007. Esto fue puramente para probar el motor y ocurrió después de que se desplegaron las cargas útiles. El primer uso operativo de la capacidad de reinicio como parte de una misión se produjo el 9 de marzo de 2008, cuando se realizaron dos quemaduras para desplegar el primer vehículo de transferencia automática en una órbita circular de estacionamiento, seguido de una tercera quemadura después del despliegue del ATV para desorbitar el escenario. . Este procedimiento se repitió para todos los vuelos ATV posteriores.

Mercado

La carga útil y todas las etapas superiores están cubiertas en el lanzamiento por un carenado para la estabilidad aerodinámica y protección contra el calentamiento durante el vuelo supersónico y cargas acústicas. Se desecha una vez que se ha alcanzado la altitud suficiente (normalmente por encima de los 100 km). Está fabricado por Ruag Space y desde el vuelo VA-238 está compuesto por 4 paneles. [11] [ aclaración necesaria ]

Estado del sistema de lanzamiento:   Jubilado  ·  Cancelado  ·  Operacional  ·  En desarrollo

A noviembre de 2014, el precio de lanzamiento comercial del Ariane 5 por el lanzamiento de un "satélite mediano en la posición inferior" fue de aproximadamente 50 millones de euros, [17] compitiendo por lanzamientos comerciales en un mercado cada vez más competitivo .

El satélite más pesado se lanza en la posición superior en un lanzamiento típico de Ariane 5 con dos satélites y tiene un precio más alto que el satélite inferior, [18] [ aclaración necesaria ] del orden de 90 millones de euros a partir de 2013. [19] [20]

El precio total de lanzamiento de un Ariane 5, que puede transportar hasta dos satélites al espacio, uno en la posición "superior" y otro en la posición "inferior", es de alrededor de 150 millones de euros en enero de 2015. [20]

Explicación de los componentes belgas producidos para el vehículo de lanzamiento de carga pesada europea Ariane 5

Ariane 5 ME

El Ariane 5 ME (Mid-life Evolution) estaba en desarrollo a principios de 2015 y fue visto como una solución provisional entre Ariane 5 ECA / Ariane 5 ES y el nuevo Ariane 6 . Con el primer vuelo previsto para 2018, se habría convertido en el principal lanzador de la ESA hasta la llegada de la nueva versión Ariane 6. La ESA detuvo la financiación para el desarrollo de Ariane 5 ME a finales de 2014 para priorizar el desarrollo de Ariane 6. [21]

El Ariane 5 ME iba a utilizar una nueva etapa superior, con mayor volumen de propulsor, impulsado por el nuevo motor Vinci . A diferencia del motor HM-7B, debía poder reiniciarse varias veces, lo que permitía maniobras orbitales complejas, como la inserción de dos satélites en órbitas diferentes, la inserción directa en órbita geosincrónica, misiones de exploración planetaria y desorbitación o inserción garantizada de la etapa superior en el cementerio. órbita . [22] [23] El lanzador también incluiría un carenado alargado hasta 20 my un nuevo sistema de lanzamiento dual para acomodar satélites más grandes. En comparación con un modelo Ariane 5 ECA, la carga útil de GTO debía aumentar en un 15% a 11,5 toneladas y se prevé que el costo por kilogramo de cada lanzamiento disminuya en un 20%. [22]

Desarrollo

Originalmente conocido como Ariane 5 ECB , Ariane 5 ME iba a tener su primer vuelo en 2006. Sin embargo, el fracaso del primer vuelo ECA en 2002, combinado con una industria de satélites en deterioro, hizo que la ESA cancelara el desarrollo en 2003. [24] El desarrollo del motor Vinci continuó, aunque a un ritmo más lento. El Consejo de Ministros de la ESA acordó financiar el desarrollo de la nueva etapa superior en noviembre de 2008 [25].

En 2009, EADS Astrium se adjudicó un contrato de 200 millones de euros [26] y el 10 de abril de 2012 recibió otro contrato de 112 millones de euros para continuar con el desarrollo del Ariane 5 ME [27] y se espera que el esfuerzo total de desarrollo cueste 1000 millones de euros. [28]

El 21 de noviembre de 2012, la ESA acordó continuar con el Ariane 5 ME para hacer frente al desafío de los competidores de menor precio. Se acordó que la etapa superior Vinci también se utilizaría como la segunda etapa de un nuevo Ariane 6, y se buscarían más puntos en común. [23] El vuelo de calificación Ariane 5 ME estaba programado para mediados de 2018, seguido de una introducción gradual en servicio. [22]

El 2 de diciembre de 2014, la ESA decidió dejar de financiar el desarrollo de Ariane 5 ME y, en su lugar, centrarse en Ariane 6, que se esperaba que tuviera un coste por lanzamiento más bajo y permitiera una mayor flexibilidad en las cargas útiles (utilizando dos o cuatro impulsores sólidos P120C según masa de carga útil total). [21]

Etapa de propulsante sólido

Se ha continuado con el trabajo en los motores Ariane 5 EAP en el programa Vega . El motor Vega de 1ª etapa, el motor P80 , es una derivación más corta del EAP. [29] La carcasa del amplificador P80 está hecha de epoxi de grafito enrollado con filamento, mucho más ligero que la carcasa de acero inoxidable actual. Se ha desarrollado una nueva boquilla direccional compuesta, mientras que el nuevo material de aislamiento térmico y una garganta más estrecha mejoran la relación de expansión y, posteriormente, el rendimiento general. Además, la boquilla ahora tiene actuadores electromecánicos que han reemplazado a los hidráulicos más pesados ​​utilizados para el control del vector de empuje.

Estos desarrollos probablemente serán más tarde [¿ según quién? ] regresan al programa Ariane. [23] [30] La incorporación del ESC-B con las mejoras a la carcasa del motor sólido y un motor Vulcain mejorado entregaría 27,000 kg (60,000 lb) a LEO. Esto se desarrollaría para cualquier misión lunar, pero el rendimiento de tal diseño puede no ser posible si el Max-Q más alto para el lanzamiento de este cohete impone una restricción a la masa entregada a la órbita. [31]

Ariane 6

El informe de diseño del cohete Ariane 6 de próxima generación requería un cohete más pequeño y de menor costo capaz de lanzar un solo satélite de hasta 6,5 ​​toneladas a GTO. [32] Sin embargo, después de varias permutaciones, el diseño finalizado fue casi idéntico en rendimiento al Ariane 5, [33] centrándose en cambio en reducir los costos de fabricación y los precios de lanzamiento.

Desarrollo se prevé que el costo € 4 mil millones. En 2020, su primer lanzamiento de prueba se fijó no antes de 2021. [34] A marzo de 2014, Se proyectaba que el Ariane 6 se lanzaría por unos 70 millones de euros por vuelo o aproximadamente la mitad del precio actual del Ariane 5. [32]

"> Reproducir medios
Lanzamiento del 34o Ariane 5 en Kourou

El primer vuelo de prueba del Ariane 5 (vuelo 501 del Ariane 5 ) el 4 de junio de 1996 falló, y el cohete se autodestruyó 37 segundos después del lanzamiento debido a un mal funcionamiento del software de control. [35] Una conversión de datos de 64 bits de punto flotante valor a 16 bits firmada número entero de valor para ser almacenado en una variable que representa el sesgo horizontal causó una trampa procesador (operando error) [36] debido a que el valor de punto flotante era demasiado grande como para ser representado por un entero de 16 bits con signo. El software se escribió originalmente para Ariane 4, donde las consideraciones de eficiencia (la computadora que ejecuta el software tenía un requisito de carga de trabajo máxima del 80% [36] ) llevó a que cuatro variables estuvieran protegidas con un controlador, mientras que otras tres, incluida la variable de sesgo horizontal, se dejaron desprotegidos porque se pensaba que estaban "físicamente limitados o que había un gran margen de seguridad". [36] El software, escrito en Ada , se incluyó en Ariane 5 mediante la reutilización de un subsistema completo de Ariane 4 a pesar de que el software en particular que contenía el error, que era solo una parte del subsistema, no era requerido por el Ariane 5 porque tiene una secuencia de preparación diferente [36] que Ariane 4.

El segundo vuelo de prueba (L502, el 30 de octubre de 1997) fue un fracaso parcial. La boquilla Vulcain causó un problema de balanceo, lo que provocó un apagado prematuro de la etapa central. La etapa superior funcionó con éxito, pero no pudo alcanzar la órbita prevista. Un vuelo de prueba posterior (L503, el 21 de octubre de 1998) resultó exitoso y el primer lanzamiento comercial (L504) tuvo lugar el 10 de diciembre de 1999 con el lanzamiento del satélite del observatorio de rayos X XMM-Newton .

Otro fallo parcial ocurrió el 12 de julio de 2001, con la entrega de dos satélites en una órbita incorrecta, a sólo la mitad de la altura del GTO previsto. El satélite de telecomunicaciones Artemis de la ESA pudo alcanzar su órbita prevista el 31 de enero de 2003, mediante el uso de su sistema experimental de propulsión de iones .

El siguiente lanzamiento no se produjo hasta el 1 de marzo de 2002, cuando el satélite medioambiental Envisat alcanzó con éxito una órbita de 800 km sobre la Tierra en el undécimo lanzamiento. Con 8111 kg, fue la carga útil individual más pesada hasta el lanzamiento del primer ATV el 9 de marzo de 2008 (19,360 kg).

El primer lanzamiento de la variante ECA el 11 de diciembre de 2002 terminó en falla cuando un problema principal del propulsor hizo que el cohete se desviara de su curso, lo que obligó a su autodestrucción a los tres minutos de vuelo. La carga útil de dos satélites de comunicaciones (Stentor y Hot Bird 7), valorada en unos 630 millones de euros, se perdió en el Océano Atlántico . Se determinó que la falla fue causada por una fuga en las tuberías de refrigerante que permitió que la boquilla se sobrecaliente. Después de esta falla, Arianespace SA retrasó el lanzamiento esperado en enero de 2003 para la misión Rosetta hasta el 26 de febrero de 2004, pero nuevamente se retrasó hasta principios de marzo de 2004 debido a una falla menor en la espuma que protege los tanques criogénicos en el Ariane 5. A partir de Junio ​​de 2017, el fracaso del primer lanzamiento de ECA fue el último fallo de un Ariane 5; desde entonces, 82 lanzamientos consecutivos han tenido éxito, desde abril de 2003 con el lanzamiento de los satélites INSAT-3A y Galaxy 12 , [37] hasta el vuelo 240 en diciembre de 2017.

El 27 de septiembre de 2003, el último Ariane 5 G impulsó tres satélites (incluida la primera sonda lunar europea, SMART-1 ), en el vuelo 162. El 18 de julio de 2004, un Ariane 5 G + impulsó lo que en ese momento era el satélite de telecomunicaciones más pesado de la historia. , Anik F2, con un peso de casi 6000 kg.

El primer lanzamiento exitoso del Ariane 5 ECA tuvo lugar el 12 de febrero de 2005. La carga útil consistía en el satélite de comunicaciones militares XTAR-EUR , un pequeño satélite científico "SLOSHSAT" y un simulador de carga útil MaqSat B2. El lanzamiento se había programado originalmente para octubre de 2004, pero las pruebas adicionales y las fuerzas armadas que requerían un lanzamiento en ese momento (de un satélite de observación Helios 2A ) retrasaron el intento.

El 11 de agosto de 2005, el primer Ariane 5 GS (con motores sólidos mejorados del Ariane 5 ECA) impulsó a Thaïcom-4 / iPStar-1, el satélite de telecomunicaciones más pesado hasta la fecha con 6505 kg, [38] en órbita.

El 16 de noviembre de 2005, tuvo lugar el tercer lanzamiento de Ariane 5 ECA (el segundo lanzamiento exitoso de ECA). Llevaba una carga útil dual consistente en Spaceway F2 para DirecTV y Telkom-2 para PT Telekomunikasi de Indonesia. Esta fue la carga útil dual más pesada del cohete hasta la fecha, con más de 8000 kg.

El 27 de mayo de 2006, un cohete Ariane 5 ECA estableció un nuevo récord de elevación de carga útil comercial de 8,2 toneladas. La carga útil dual consistió en los satélites Thaicom 5 y Satmex 6 . [39]

El 4 de mayo de 2007, el Ariane 5 ECA estableció otro nuevo récord comercial al poner en órbita de transferencia los satélites de comunicaciones Astra 1L y Galaxy 17 con un peso combinado de 8,6 toneladas y una carga útil total de 9,4 toneladas. [40] Este récord fue nuevamente batido por otro Ariane 5 ECA, lanzando los satélites Skynet 5B y Star One C1 , el 11 de noviembre de 2007. El peso total de carga útil para este lanzamiento fue de 9535 kg. [41]

El 9 de marzo de 2008, se lanzó el primer Ariane 5 ES-ATV para entregar el primer ATV llamado Jules Verne a la Estación Espacial Internacional . El ATV fue la carga útil más pesada jamás lanzada por un cohete europeo, proporcionando suministros a la estación espacial con el propulsor, agua, aire y carga seca necesarios. Esta fue la primera misión operativa de Ariane que implicó un reinicio del motor en la etapa superior. La etapa superior ES-ATV Aestus EPS se pudo reiniciar mientras que el motor ECA HM7-B no lo fue.

El 1 de julio de 2009, un Ariane 5 ECA lanzó TerreStar-1 (ahora EchoStar T1), que entonces era, con 6,910 kg (15,230 lb), el satélite de telecomunicaciones comercial más grande y masivo jamás construido en ese momento [42] hasta que fue superado por Telstar 19 Vantage , con 7.080 kg (15.610 lb), lanzado a bordo del Falcon 9 (aunque el satélite se lanzó a una órbita de menor energía que un GTO habitual, con su apogeo inicial en aproximadamente 17.900 km). [43]

El 28 de octubre de 2010, un Ariane 5 ECA lanzó Eutelsat 's W3B (parte de su serie W de los satélites) y Radiodifusión por Satélite System Corporation (BSAT)' s BSAT-3b satélites en órbita. Pero el satélite W3B no funcionó poco después del lanzamiento exitoso y fue cancelado como una pérdida total debido a una fuga de oxidante en el sistema de propulsión principal del satélite. [44] Sin embargo, el satélite BSAT-3b funciona con normalidad. [45]

El lanzamiento del VA253 el 15 de agosto de 2020 introdujo dos pequeños cambios que aumentaron la capacidad de elevación en aproximadamente 85 kg (187 lb); una bahía de equipo de guía y aviónica más ligera y ventilaciones de presión modificadas en el carenado de carga útil que serán necesarias para el futuro lanzamiento del telescopio espacial James Webb . También presentó un sistema de localización que utiliza satélites de navegación Galileo . [46]

Registros de peso de carga útil GTO

El 22 de abril de 2011, el vuelo VA-201 de Ariane 5 ECA rompió un récord comercial, levantando Yahsat 1A e Intelsat New Dawn con un peso de carga útil total de 10.064 kg para transferir la órbita. [47] Este récord se batió de nuevo durante el lanzamiento del vuelo VA-208 del Ariane 5 ECA el 2 de agosto de 2012, elevando un total de 10.182 kg a la órbita de transferencia geosincrónica planificada, [48] que se volvió a batir 6 meses después en el vuelo. VA-212 con 10,317 kg enviados hacia la órbita de transferencia geosincrónica. [49] En junio de 2016, el récord de GTO se elevó a 10.730 kg, [50] en el primer cohete de la historia que llevaba un satélite dedicado a las instituciones financieras. [51] El récord de carga útil fue empujado otros 5 kg a 10,735 kg (23,667 lb) el 24 de agosto de 2016 con el lanzamiento de Intelsat 33e e Intelsat 36 . [52] El 1 de junio de 2017, el récord de carga útil se rompió nuevamente a 10,865 kg (23,953 lb) con ViaSat-2 y Eutelsat 172B. [53]

Anomalía VA241

El 25 de enero de 2018, un Ariane 5 ECA lanzó los satélites SES-14 y Al Yah 3 . Aproximadamente 9 minutos y 28 segundos después del lanzamiento, se produjo una pérdida de telemetría entre el cohete y los controladores de tierra. Más tarde se confirmó, aproximadamente 1 hora y 20 minutos después del lanzamiento, que ambos satélites se separaron con éxito de la etapa superior y estaban en contacto con sus respectivos controladores terrestres, [54] pero que sus inclinaciones orbitales eran incorrectas, ya que los sistemas de guía podrían haberlo hecho. ha sido comprometido. Por lo tanto, ambos satélites realizaron procedimientos orbitales, extendiendo el tiempo de puesta en servicio. [55] SES-14 necesitó aproximadamente 8 semanas más que el tiempo de puesta en servicio planificado, lo que significa que la entrada en servicio se informó a principios de septiembre en lugar de julio. [56] No obstante, todavía se espera que el SES-14 pueda cumplir la vida útil prevista. Este satélite originalmente iba a ser lanzado con más reserva de propulsor en un cohete Falcon 9 ya que el Falcon 9, en este caso específico, estaba destinado a desplegar este satélite en una órbita de alta inclinación que requeriría más trabajo del satélite para alcanzar su geoestacionaria final. orbita. [57] El Al Yah 3 también se confirmó saludable después de más de 12 horas sin más declaraciones, y al igual que SES-14, el plan de maniobras de Al Yah 3 también fue revisado para cumplir con la misión original. [58] Al 16 de febrero de 2018, Al Yah 3 se acercaba a la órbita geoestacionaria prevista, después de que se hubieran realizado una serie de maniobras de recuperación. [59] La investigación mostró que el valor de acimut de las unidades inerciales no válidas había desviado al vehículo 17 ° de su curso, pero a la altitud prevista, se habían programado para la órbita de transferencia geoestacionaria estándar de 90 ° cuando las cargas útiles debían ser de 70 ° para esta misión de órbita de transferencia supersincrónica, 20 ° fuera de lo normal. [60] Esta anomalía de la misión marcó el final de la 82ª racha consecutiva de éxitos desde 2003. [61]

Estadísticas de lanzamiento

Los cohetes Ariane 5 han acumulado 109 lanzamientos desde 1996, 104 de los cuales tuvieron éxito, lo que arrojó un Tasa de éxito del 95,4%. Entre abril de 2003 y diciembre de 2017, Ariane 5 voló 82 misiones consecutivas sin fallas, pero el cohete sufrió una falla parcial en enero de 2018 [62].

Configuraciones de cohetes

1
2
3
4
5
6
7
1996
2000
2004
2008
2012
2016
  •   GRAMO
  •   G +
  •   GS
  •   ES
  •   ECA

Resultados del lanzamiento

1
2
3
4
5
6
7
1996
2000
2004
2008
2012
2016
  •   Falla
  •   Fallo parcial
  •   Éxito

Lista de lanzamientos

Todos los lanzamientos son de Centre Spatial Guyanais , Kourou , ELA-3 .

Cargas útiles futuras y vuelos programados

  1. ^ a b c d e f g h Las cargas útiles del futuro Ariane 5 GTO aún deben emparejarse.


  • Lista de lanzamientos de Ariane
  • Comparación de familias de lanzadores orbitales
  • Comparación de sistemas de lanzamiento orbital
  • Programa preparatorio de futuros lanzadores (ESA, más allá de Ariane 5)

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  • Descripción general de Ariane 5 en Arianespace
  • Información del programa Ariane 5 en Astrium