Вега (ракета-носитель)

В последнее время наметилась необходимость вывода спутников массой от 300 до 2000 кг на полярные круговые низкие орбиты. Как правило, это низкобюджетные проекты исследовательских организаций и университетов по наблюдению земли в научных миссиях, а также разведывательные, научные и любительские спутники. РН такого класса присутствуют в линейке космических носителей разных стран, например, индийская «PSLV», российско-украинский «Днепр»[3] и российский «Рокот», американская «Таурус», китайская «Великий поход-2C»[4].

Полезная нагрузка РН «Вега» составляет 1500 кг на полярную орбиту высотой ~700 км. РН разработана для вывода полезной нагрузки на низкую опорную орбиту и солнечно-синхронную орбиту. В первом полёте РН лёгкого класса вывела основную полезную нагрузку — спутник «LARES» весом 400 кг на высоту 1450 км с наклоном орбиты 71,5^o. В отличие от большинства одноклассных РН, «Вега» способна выводить сразу несколько космических аппаратов. Основные типы аппаратов, являющиеся потенциальной загрузкой:

• Микроспутники — до 300 кг;
• Миниспутники — от 300 до 1 000 кг;
• Малые спутники — от 1 000 до 2 000 кг.

Так как в настоящее время проект находится в стадии тестирования, ЕКА объявит о стоимости запуска исходя из результатов первого запуска. Однако сообщается, что удельная стоимость вывода каждого килограмма будет ниже конкурирующих носителей, так как «Вега» использует недорогие технологии, в частности полимерные материалы для корпуса ступеней, снижающих их стоимость и вес, и твёрдое топливо для первых трёх ступеней, снижающее стоимость хранения топлива, заправки и двигателя ступени[5]. Стоимость проекта составила 450 млн €[6].

Единственным оператором РН выступает Европейское космическое агентство.

С появлением РН «Вега» ЕКА получает в свою линейку носитель лёгкого класса и закрывает всю линейку РН всех классов[7]. К этой линейке относятся тяжелый «Ариан-5» и появившийся в распоряжении ЕКА средний российский носитель «Союз-СТ»[8]:

• Возможность вывода небольших спутников разработки европейских институтов на полярную орбиту;
• меньшая зависимость европейских космических разработчиков от сторонних космических агентств;
• привлечение средств за вывод зарубежных спутников за счет удешевления стоимости вывода и надежности носителя;
• исследование новых технологий в области аэрокосмических полимерных материалов и твердотопливных двигателей для ракет-носителей;
• получение новых данных об околоземном космическом пространстве, благодаря программе «CubeSat»[9].

Потребовалось 25 лет разработки, нескольких отсрочек и более 700 млн €, чтобы европейская бюджетная РН «Вега» была окончательно готова к первому своему полёту.

РН «Вега» — самый маленький из 3 носителей ЕКА. Космическое агентство рассчитывает, что новая ракета сможет удовлетворить запросы рынка по запуску небольших научно-исследовательских спутников и сделает космические исследования доступными для университетской науки[10]. РН будет использоваться в основном для спутников, ведущих наблюдение за поверхностью Земли.

В дальнейшей перспективе планируется выполнить 5 запусков до 2016 года. Их оплатит ЕКА, спутники которого и будут основными грузами РН «Вега» в ближайшие годы. В космос отправятся «Sentinel-2,-3», «Proba-V» и «Aeolus», а также научный спутник для изучения гравитационных волн «LISA-Pathfinder». После 2016-го года ESA будет самостоятельно искать коммерческую нагрузку на рынке. В качестве потенциальных клиентов рассматриваются национальные космические агентства, университеты и коммерческие компании.

После удачного завершения первого запуска РН «Вега» будет выполнять 3—5 миссий в год, а ориентировочная стоимость запуска составит 4—5 миллионов долларов США[11][12].

В апреле 2012 года в США планируется запуск носителя подобного класса — РН «Антарес». «Антарес» (англ. Antares) — одноразовая ракета-носитель, разрабатываемая Orbital Sciences Corporation для запуска полезных грузов весом до 7 000 кг на низкую опорную орбиту[13]. До 12 декабря 2011 года проектируемая двухступенчатая ракета носила название «Таурус 2» (англ. Taurus II).[14] Первый пуск был запланирован на третий квартал 2011 года, позже был перенесен на февраль 2012, а затем на апрель 2012.[14][15]

Сравнение носителей «Вега» и «Антарес»:

Сравнение «Вега» и схожих действующих носителей:

	Вега	Таурус	Falcon-1e	Великий поход-2С	Стрела	Рокот
Класс	Лёгкий	Лёгкий	Лёгкий	Лёгкий	Лёгкий	Лёгкий
Масса, т	137	73	38,555	233	104	107,5
Длина, м	30	27,9	21,3	42	24,3	29,15
Число ступеней	4	4	2	2	2	3
Топливо	РДТТ / НДМГ + N2O4	РДТТ	Керосин + кислород	НДМГ + N2O4	НДМГ + N2O4	НДМГ + N2O4
Полезная нагрузка на НОО, кг	1500—2000	1320	670	3850	1700	1950—2300

Первая ступень РН имеет длину 10,5 м, диаметр 3 м, масса топлива — 88 т, двигатель РДТТ, тяга 3040 кН, коэффициент расширения сопла 16, время работы 107 с. Изготовлена из углепластика с эпоксидной основой, сопло двигателя оснащено электроприводом отклонения. 30 ноября 2006 года было успешно завершено первое испытание. 4 декабря 2007 года успешно прошло второе испытание, в результате которого была достигнута тяга 190 тс при длительности работы 111 с, параметры работы двигателя находились в пределах заявленных[22][23].

Развитие двигателя Zefiro было инициировано компанией «Avio» и профинансировано как «Avio», так и ISA. Является второй ступенью РН «Вега». Изготовлена из углепластика с эпоксидной основой, сопло — из углеродного волокна с фенольной связкой, а вставка в критическом сечении сопла — из углерод-углеродного материала. Использование этих материалов обусловило как уменьшение веса конструкции, так и увеличение её прочности. Длина — 7,5 м, диаметр — 1,9 м, масса топлива — 23,9 т, тяга — 1 200 кН, коэффициент расширения сопла — 25, время работы 71,6 с. Первый успешный запуск был осуществлен 26 июня 2006 года в Сальто-ди-Квиро, Сардиния, Италия. Второй запуск 27 марта 2008 года был успешно завершен присвоением квалификации ступени ракеты-носителя[24][25].

Третья ступень РН имеет длину — 3,85 м, диаметр — 1,9 м, масса топлива — 10,1 т, тяга — 213 кН, коэффициент расширения сопла — 56, время работы 117 с. Первые испытания успешно были проведены 20 декабря 2005 года на полигоне Сальто-ди-Квиро, на юго-восточном побережье Сардинии, Италия. Второе испытание состоялось 28 марта 2007 года в Сальто-ди-Квиро. Однако на 35-й секунде работы двигателя произошло резкое падение внутреннего давления, приведшее к потере тяги. Это было вызвано конструкционными недостатками. 23 октября 2008 года были проведены успешные повторные испытания с модифицированным соплом, зарегистрированном как Zefiro-9A. 28 апреля 2009 года на полигоне Сальто-ди-Квиро были проведены окончательные огневые испытания с присвоением квалификации ступени РН Вега[26][27][28][29][30].

AVUM (англ. Attitude Vernier Upper Module) — четвёртая ступень РН «Вега». Длина — 1,74 м, диаметр — 1,9 м, масса топлива — 550 кг, тяга — 2,45 кН, Время работы — 315,2 с. Оборудована некриогенным ЖРД РД-843 многократного включения с вытеснительной системой подачи. Горючее — несимметричный диметилгидразин, окислитель — азотный тетраоксид. Ступень оборудована двигателем и авионикой[31]. Маршевый двигатель РД-843[32] был разработан украинским КБ «Южное» и изготовлен на ПО «Южмаш»[32][33][34].

Vespa (англ. VEga Secondary Payload Adapter) — система разделения спутников, позволяет выводить полезную нагрузку на две разные орбиты. Она может нести основной спутник весом до 1 тонны и вторичную полезную нагрузку массой до 600 килограмм во внутреннем конусе, поверх которого размещается основная нагрузка. Является развитием системы разделения Syldа (фр. SYstème de Lancement Double Ariane), используемой с 1983 года. Спустя несколько минут после старта, на высоте около 120 километров обтекатель разделяется пиротехническим устройством на 2 части и превращается в космический мусор. По достижении установленных скорости, высоты и угла наклона производится выпуск первого спутника. После серии зажиганий, которыми управляет бортовой компьютер, распределительное устройство со вторым спутником выходит на следующую запланированную орбиту. По её достижении адаптер раскрывается для высвобождения оставшейся полезной нагрузки.[35]

Vega-C (англ. Vega Consolidated) — дальнейшее улучшение модельной линейки Вега с большей мощностью и гибкими вариантами конфигурации.[36] Разработка началась вскоре после встречи министров ESA в 2014 году, с целью соответствовать увеличившейся массе средних спутников и быть конкурентоспособными на фоне новых космических компаний.[37]

Вместо двигателя первой ступени P80 планируется использовать P120C, такой же, что предназначен для будущей РН «Ариан-6», вторая ступень Zefiro 23 заменяется на Zefiro 40. AVUM+ будет заменой AVUM на четвёртой ступени, при этом третья ступень Zefiro 9 будет перенесена из базовой версии.[36]

Новые версии позволят использовать различные стыковочные узлы и комбинации верхних ступеней, например, вывод двух спутников с помощью адаптера Vespa-C или одного большого и нескольких маленьких благодаря модулям Vampire или SMSS для их разведения по орбитам. Выведение на переходные орбиты станет возможным благодаря ступени VENUS (Electrical Nudge Upper Stage).

Миссии с сохранением груза станут возможны на возвращаемом космическом самолёте Space Rider, который разрабатывается Европейским космическим агентством и должен быть запущен в 2023.[38]

Vega-E (англ. Vega Evolved) — следующий этап за Vega-C, в котором ступени Zefiro 9 (третья) и AVUM+ (четвёртая) заменяются на новую криогенную ступень на паре жидкий кислород / жидкий метан. Такая конструкция будет ещё более многовариантной,чем Vega-C, и сможет выводить несколько спутников на различные орбиты в едином запуске.[39]

В марте 2021 Avio завершала создание нового двигателя M10 для нового верхнего блока. В его создании, кроме Avio, до 2014 года принимало участие Конструкторское бюро химавтоматики, КБХА из России.[40]

Квалификационные пуски M10 запланированы на 2024 год с последующим стартом Vega-E в 2025.[41]

КА	Спутник	Изготовитель	Орбита	Цель полёта
1-й	LARES	Итальянское космическое агентство	Низкая опорная орбита	Геодезия
2-й	AlmaSAT-1	Болонский университет	Низкая опорная орбита	Технология
3-й	Xatcobeo	Национальный институт аэрокосмической техники	Низкая опорная орбита	Технология
4-й	UNICubeSAT	Римский университет Ла Сапиенца	Низкая опорная орбита	Атмосфера
5-й	ROBUSTA	Университет Монпелье	Низкая опорная орбита	Радиация
6-й	e-st@r	Туринский политехнический университет	Низкая опорная орбита	Технология
7-й	Goliat	Университет Бухареста	Низкая опорная орбита	Радиация
8-й	PW-Sat	Варшавский политехнический институт	Низкая опорная орбита	Технология
9-й	MaSat-1	Будапештский университет технологии и экономики	Низкая опорная орбита	Технология

Все выводимые космические аппараты имеют форм-фактор «CubeSat», за исключением «LARES» и «AlmaSAT-1». Первые венгерский, польский и румынский спутники. После этого полёта ЕКА планирует небольшой перерыв и второй полёт, а затем ещё четыре полёта по программе «VERTA».

• 13—14 октября 2011 года — первый обзор готовности полёта.
• 24 октября 2011 года — прибытие в порт космодрома Куру ускорителей и спутника LARES.
• 7 ноября 2011 года — монтаж первой ступени (Р80).
• 2 декабря 2011 года — монтаж второй ступени (Zefiro 23).
• 7 декабря 2011 года — второй обзор готовности полета.
• 9 декабря 2011 года — монтаж третьей ступени (Zefiro 9).
• 16 декабря 2011 года — монтаж четвёртой ступени (AVUM).
• 13 января 2012 года — окончательная проверка готовности РН.
• 21 января 2012 года — монтаж полезной нагрузки и головного обтекателя.[60]
• 1 февраля 2012 года — начало обратного отсчёта.
• 2-7 февраля 2012 года — заправка AVUM.
• 8 февраля 2012 года — установка РН на стартовом столе площадки ZLV космодрома Куру.[61]
• 13 февраля 2012 года 10:00 UTC — запуск.[62]