Európa rakétája, az Ariane – 2. rész

Folytatjuk az európai rakétacsalád bemutatását, ezúttal az Ariane-4 és Ariane-5 rakéták kerülnek terítékre. Foglalkozunk a történetükkel, sorsukkal, illetve milyen irányban halad az európai hordozók jövője.

Az első részért katt ide.

Az innovatív Ariane-4

A soron következő Ariane-4 lett a legsikeresebb az eddigi verziók közül. Az Ariane-4 számára építették a második indítóállást, az ELA-2-est. A rakéták sorozatában ezen a típuson hajtották végre a legtöbb innovatív fejlesztést, ennek köszönhetően a pályafutása alatt a kereskedelmi műholdak 50%-át az Ariane-4 indította. Ezen fejlesztések közé tartozik az első fokozati Viking-2B hajtóművek lecserélése Viking-5C motorokra, melyeknek tolóereje 678 kN volt – fontos megjegyezni, hogy a hajtóművek számát sosem változtatták meg, mindig 4 volt az első fokozatokon. A második és harmadik fokozaton nem változtattak. Másik nagy fejlesztés a már elérhetővé vált folyékony hajtóanyagú (UDMH/N2O4) segédrakéták használata. A folyékony hajtóanyagú segédrakéták sokkal tovább égtek mint a szilárd hajtóanyagúak, égési idejük 142 másodperc. Ezeket tudták kombinálni a szilárd hajtóanyagú segédrakétákkal, összesen 6 féle kombináció létezett, és a műhold(ak) tömege alapján választották ki a megfelelő kombinációt. A rakéta típusának megnevezése a segédrakéták számától és típusától függött.

A segédrakéta nélküli Ariane-4 „AR-40” néven futott, 2100 kg-os teherbírással GTO-ra. Kettő darab szilárd hajtóanyagú segédrakétával rendelkező Ariane-4-es „AR-42P“ néven futott, a „2“ a segédrakéták számára, a „P“ pedig arra hogy szilárd a hajtóanyaguk. Kettő darab folyékony hajtóanyagú segédrakétával rendelkező Ariane-4-es „AR-42L“ néven futott, itt a változás az „L“, ami arra utal hogy folyékony a hajtóanyaguk. Voltak az „AR-44P“ és „AR-44L“, melyek kettő helyett négy segédrakétával rendelkezett. Az utolsó változat a „hibrid“ volt ahol 2 darab szilárd és 2 darab folyékony hajtóanyagú segédrakéta volt, ezt „AR-44LP“-nek nevezték. A legerősebb variáns az „AR-44P“ volt, tömege 470 tonna, és 4300 kg-t tudott GTO-ra eljuttatni.

Egy másik hatalmas újítás az ún. „SPELDA – Structure Porteuse Externe de Lancement Double Ariane“ (Ariane Dupla Indítási Külső Segédszerkezet) raktér, mely lehetővé tette hogy egyszerre 2 db nagyobb eszközt is pályára tudjanak állítani. A harmadik fokozatra (vagy a negyedik, kickstage-re) ráhelyezik az első műholdat, erre ráerősítik a SPELDA burkot, és ennek a a tetejére helyezik a második műholdat, így lehetővé téve 2 misszió teljesítését egyszerre, akár 2 különböző pályára. Összesen 116-szor indították, ebből 113 sikeres misszió, ez 97%-os megbízhatósági arány, ami szinte tökéletes. Első repülése 1988-ban volt. Az első kudarc 1990-ben a nyolcadik misszión volt, amikot Kourou felett 9 km-rel repülés közben felrobbant a rakéta, egy ismeretlen tárgy dugított el egy vezetéket, emiatt 44 változtatást kellett végrehajtani. Nevezetesebb rakományai: ESA Infrared Space Observatory. 2003-ig repült az Ariane-4, ekkor váltotta le az akkor már szolgálatban lévő Ariane-5 és 2011-től már orosz építéső Szojuz is indult Guyanából.

Az Ariane-5

És ezzel elérkeztünk az Ariane-rakétacsalád jelenlegi képviselőjéhez, az Ariane-5-höz.
Az eddigi dizájnt félretették a mérnökök, és egy teljesen új rakétát alkottak az eddigi tapasztalatok és tudás alapján. Ennek a fő oka az volt, hogy az Ariane-5-öt eredetileg a tervezett európai űrsikló, a Hermes indítására tervezték.
A Hermes programot eltörölték, de az Ariane program folytatódott. A rakétának 2 fokozata van, illetve 2 darab szilárd hajtóanyagú segédrakétával rendelkezik. Mivel több típus van ebből a rakétából, melyek eltérőek, ezért mindegyik sajátosságán végigmegyünk. A sorrend nem időrendi, hanem a rakéta hasznos terhét veszi figyelembe.
Sorrend: (dőlt betűkkel a mai napig használt verzió)
Ariane 5 G → Ariane 5 ECA → Ariane 5 GS → Ariane 5 G+ → Ariane 5 ES
A legelső típus az Ariane 5-ből az Ariane 5 G (generic, azaz általános). 46 m magas, tömege 737 tonna. 6900 kg-t tudott GTO-ra helyezni, 6100 kg-t dupla rakomány esetén (SPELDA módszer). Kriogenikus első fokozatának üzemanyagkeverékét szuperhűtött folyékony hidrogén és folyékony oxigén alkotja, egy darab Vulcain-1-es hajtóművel van ellátva, ami 1440 kN tolóerőt nyújt. Szilárd hajtóanyagú segédrakétái egyenként (!) 7080 kN tolóerőt adnak, az indításkor a tolóerő többségét ezek nyújtják. A második fokozat az ún. EPS (Étage á Propelgols Stockables – Raktározható Üzemanyagú Fokozat) hipergol hajtóanyagkeveréket használt, üzemanyagként monometil-hidrazint és oxidálószerként N2O4-t.

Az első indítás 1996. június 4-én volt, mely látványos kudarcba fulladt, a rakéta 37 másodperccel indítás után önmegsemmisítést hajtott végre – így összesen 10 tonna veszélyesen toxikus hipergol üzemanyag hullott a területre és az óceánba a második fokozatból. A hiba oka merően egyszerű – az új rakétához nem írtak új szoftvert, helyette inkább az Ariane-4-es szoftverét használták, melyben ugyebár az előre programozott határok, amibe még a rakéta repülhet (itt most a pálya-eltérés megengedett határairól beszélünk) mások voltak, a rakéta azt „hitte“ hogy letért az előre programozott útról, amire először próbált visszaállni, de ekkor a rakétát az aerodinamikai nyomások elkezdték darabjaira szaggatni – az önmegsemmisítés aktiválódott. Egyesek ezt az eseményt emlegetik a programozási világ legdrágább hibájának – 370 millió amerikai dollárt ért a rakéta és a 4 darab Cluster magnetoszféra-kutató műhold az Európai Űrügynökségnek. Ez a típus összesen 17-szer repült, egy kudarccal és két félsikerrel.

Az Ariane 5 G után kifejlesztették az Ariane 5 G+-t. Ez a verzió csak teljesítményben különbözik elődjétől, ugyanis a második fokozat fejlesztésével (méreteket nem változtattak) körülbelül 300 kg-mal több üzemanyagot tudtak helyezni a második fokozatba, így 70 másodperccel hosszabbodott meg az Aestus hajtómű égési ideje. További újítások nem kaptak helyet ebben a verzióban. Mindössze csak három alkalommal használták ezt a típust 2004-ben, de az összes misszió sikeres volt.
Időrendileg az Ariane 5G után az Ariane 5 ECA (Evolution Cryotechnique type A – Kriotechnikus Fejlesztés A-típus) érkezett. Ez egy átfogó fejlesztés az Ariane 5G-hez képest. Az első fokozaton lévő Vulcain-1 hajtóművet lecserélték a hosszab fúvókával rendelkező, hatákonyabb üzemanyagciklusú Vulcain-2-re. Ahhoz hogy ezt meg tudják oldani, az üzemanyagtartályokon változásokat végeztek el, illetve sűrítették a fokozatban a hajtóanyagot. Így kb.12 tonnával több üzemanyagot tudtak az első fokozatba tölteni.
A második fokozatot teljesen lecserélték. Az eddig hipergolikus hajtóanyagot használó EPS fokozatot az ESC-A-ra (Etage Supérieur Cryogénique-A – Kriogenikus Felső Fokozat – A-típus) cserélték. Ez folyékony hidrogén és folyékony oxigén keveréket használt, amit már használtak bizonyos előző Ariane típusok. Ezen a fokozaton a már ismert és használt HMB7 hajtómű fejlesztett változata kapott helyet. Így a rakéta teljes mértékben kriogenikus meghajtású volt a szilárd hajtóanyagú segédrakétákon kívül.
És igen, a segédrakétákat is fejlesztették, azoknak a külső borítását vékonyabbra építették és a hegesztéseket és könnyítették, ezen változtatásokkal több üzemanyagot tudtak betölteni a rakétákba. Ezzel a sok változtatással ez a típus 9600 kg-t tud GTO-ra állítani szimpla rakomány esetén, és 9100 kg-t dupla rakomány esetén SPELDA módszerrel.
Amig még nem említettünk az az orrkúp (fairing), ami a rakományt védi az útja során amíg az atmoszférában van a rakéta. Ezeket a svájci RUAG Space cég gyártja és gyártotta az összes Ariane-5 típus számára (ez a cég gyártja a Vega, az Atlas-V 500-as széria, és a majdani Vulcan rakéták számára az orrkúpokat).

A következő két típust különleges esetekre hozták létre. Az Ariane 5 GS az Ariane 5 ECA első kudarca után került indításra, tartaléktípusnak, amí az ECA nem volt újra biztonságos a repülésre, ugyanis az ECA első repülésén a Vulcain-2 meghibásodott és a rakétát a repülésirányítók megsemmisítették. Ebben a verzióban az első fokozat visszatért a G típus első fokozatához, de a második fokozat maradt az ECA fejlesztések utáni. 6-szor indították teljes sikerrel.
Az Ariane ES (Evolution Storable – Raktárhozható Verzió) az Ariane-5 közvetlenül az ATV (Automated Transfer Vehicle) indítására kifejlesztett típusa volt. Tulajdonképpen, a GS “ellentéte” volt ez a típus, ugyanis ez az ECA első fokozat és segédrakéta fejlesztéseit tartalmazta, de a kriogenikus második fokozat helyett a hipergolikus EPS felső fokozatot használták. 21000 kg-t tudott LEO-ra állítani, az ATV-t 51.6°-os 260 km-es alacsony földkörüli pályára indította 5 alkalommal, illetve 3 alkalommal indított Galileo helymeghatározási műholdakat. Tervben volt egy Ariane 5 ME (Mid-life Evolution) kifejlesztése, de ezt az Európai Ügynökség Miniszteri Tanácsa nem támogatta pénzügyileg, és inkább az Ariane-6 fejlesztésére fordították a forrásokat, ezért az ME programot később leállították.

Az Ariane 5 jelentős rakományai: XMM-Newton röntgen-űrtávcső (ESA), Envisat földmegyfigyelő műhold (ESA), Rosetta űrszonda (ESA), ATV teherűrhajók (ESA), Herschel infravörös űrtávcső (ESA/NASA), Planck mikrohullámú/infravörös űrteleszkóp (ESA), Galileo helymeghatározási műhold konstelláció (ESA). Jelenleg az Ariane 5 ECA típus szolgál bennünket és kereskedelmi műholdpiacot, de az Arianespacenek nehéz dolga lesz tartani az iramot a SpaceX, Rocket Lab és egyéb magáncégekkel. Körülbelül 150 millió dollár az Ariane-5 indítási költsége, ami háromszorosa egy Falcon-9 Block 5 indítási költségéhez képest.

A fejlesztés alatt álló Ariane 6-ot a sorozat harmadik részében szeretném bemutatni, így egy teljes képet adva az európai rakétacsaládról.