Ariane 5
Av Johnny Grøneng Aase
|
Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 25. årgang, nummer 95, juli-september 1995, sidene 14-17 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.
|
Skriv ut
Tips bekjent
|
Raketten er konstruert for vere 98,5 % påliteleg. Han er skreddarsydd for å sende satellittar inn i geostasjonære overføringsbaner (Geostationary Transfer Orbit - GTO). Dette utgjer 90 % av den kommersielle oppskytingsmarknaden. Den geostasjonære bana vert særleg nytta av vervarslings- og kommunikasjonssatellittar.
Ariane 5 kan sende ein satellitt på 6,8 tonn inn i GTO, 10 tonn i solsynkron bane og 18 tonn i same bane som den internasjonale romstasjonen Alfa. ESA er ansvarleg for å bygge ein av trykkseksjonane i stasjonen, kalla Columbus.
Den nye bereraketten vil verte arbeidshesten i det framtidige europeiske romprogrammet. Det er planar om å utvikle ein romkapsel som kan nyttast til både bemanna og ubemanna ferder. På 80-talet ville ein bygge ei eiga europeisk romferge, Hermes, som skulle skytast opp med Ariane 5. Dette prosjektet vart diverre kansellert.
ESA delegerte ansvaret for utviklinga av Ariane 5 til den franske romorganisasjonen CNES. Dei ulike komponentane er leverte av firma spreidd over heile Europa. Noreg er representert ved AME Space på Raufoss.
Raketten har to steg. Nederst finn vi eit rakettrinn (H155) som nyttar flytande hydrogen og oksygen. Under oppskytinga får dette trinnet hjelp frå to faststoffrakettar (P230) som er montert på kvar side av trinnet. Trinn to inneheld nyttelasta i tillegg til eit motorsystem. Det er mogeleg å skyte opp to store satellittar med kvar rakett.
Den første oppskytinga er planlagt til februar 1996. Raketten, Ariane 501, skal plassere satellittsystemet Cluster i jordbane. Dette er fire satellittar som er bygd for å granske Jorda sitt magnetfelt.
H155
H155 er i prinsippet sett saman av fire delar. Kvart undersystem er konstruert slik at det skal vere funksjonelt og mest mogeleg økonomisk. Utviklinga tok til i 1987.
Øverst på trinnet har ein eit metallskjørt som overfører den samla skyvekrafta frå P230 og H155 til det andre steget og nyttelasta. Ein har og valt å plassere pyroteknisk utstyr og interne system for kraftforsyning, samband, telemetri, ferdkontroll og tryggingssystem i denne seksjonen. Han er konstruert av det tyske selskapet MAN og har ein diameter på 5,4 m, er 3,3 m høg og veg 1800 kg. Skjørtet er konstruert av ei aluminiumslegering. Denne delen har vorte testa sidan november 1992.
Ein del av dette utstyret er plassert på spesielle plattformer for å verne det mot mekaniske sjokkrørsler som mellom anna oppstår når rakettrinnet vert kopla frå resten av raketten.
Oksygenet og hydrogenet vert oppbevart i flytande form. Dette krev at tankane er nedkjølte og godt isolerte.
Tanksystemet er bygd av det franske selskapet Cryospace. Ved oppskyting vil det innehalde 157 tonn drivstoff. Den øverste tanken held på plass 131 tonn flytande oksygen, lenger nede i trinnet er det ein tank med 26 tonn hydrogen. Tankane er laga av ei aluminiumslegering, og er dekka med spesielle isolerande plater. Tilsaman når dette utstyret ei høgde på 23,8 m og ein diameter på 5,4 m.
Oksygentanken inneheld to halvkuler med radius 3 m og tjuknad på 2 mm. Den nedre halvkula er delt mellom mindre hydrogen- og oksygentankar. Vi finn her og to sylinderforma tankseksjonar sett saman av tre prefabrikerte aluminiumsplater. Sylindrane er 5,4 m i diameter og har 4 mm tjukke veggar.
Hydrogentanken er noko annleis konstruert. Den nederste delen er halvkuleforma og er 1,6 mm tjukk. Over denne er det montert seks 2 mm tjukke sylindriske seksjonar. Isolasjonsmaterialet er det same som har vorte brukt på Ariane 1 til 4. Dette tilsvarar over femten år med operativ bruk. Mellom dei to tankane finn vi ein seksjon som er fylt med hydrogengass.
Ein har dessutan røyrgater som fraktar drivstoff og gass til å trykksetje tankane. Måleinstrument vil heile tida gje det interne datasystemet informasjon om trykk, temperatur og nivå i dei ulike gassane og væskene som vert oppbevart i trinnet.
Dornier (Tyskland) har konstruert dei halvkuleforma kuplane. Aerospatiale (Frankrike) står bak sylinderpanela medan MBB (Tyskland), SDP (Austerrike) og Idrosapiens (Italia) respektivt har konstruert ventilar, røyr og koplingspunkt for drivstoffrøyra.
Nederst i rakettrinnet finn vi tilkoplingspunkt for P230-rakettane. Desse er montert på ein 3,5 m høg ringstruktur av aluminium. Denne seksjonen er konstruert av nederlandske Fokker, og veg 1700 kg. Inni denne delen er alt utstyret som skal til for å få raketten til å starte montert. Herfrå styrer ein ventilane i drivstofftankane, drivstofforsyninga til brennkammeret og utstyret som set tankane under trykk. Denne skal støtte opp den eine Vulcain-motoren som skapar skyvekrafta til H155.
Storleiken på H155 gjorde av Cryospace valde å bygge ein ny konstruksjonshall ved Les Mureaux i Frankrike. Av praktiske årsaker ligg denne nær elva Seine. Dei ulike komponentane i H155 vert frakta frå produsentane rundt om i Europa og kjem inn ei dør i produksjonshallen. Det ferdige rakettrinnet vert skipa ut ei anna dør, og legg deretter ut på den lange etappa til Fransk Guyana. Transporten skjer i ein spesiell container produsert av det nederlandske firmaet Genius Klingenberg, og skjer heile tida på sjøen.
Konstruksjonshallen er 41 m høg og har ei golvflate på 15 000 m2. Det er spesielle seksjonar for kritiske arbeidsoppgåver som påføring av isolasjonsmateriale, maling og samansetjing av utstyr. Sveisebenken er heile 45 m lang. Ein har og ei grop for trykktesting. Holet er 30 m djupt, 9 m i diameter og er forsegla av eit betongdekke som veg heile 280 t.
Den første tanken kom ut av produksjonshallen i september 1992.
P230
Nett som den amerikanske romferga vil Ariane 5 nytte to faststoffrakettar under den første fasen av oppskytinga. Dei har ei brenntid på over to minutt.
Faststoffraketten P230 er eit internasjonalt samarbeidsprosjekt. Aerospatiale (Frankrike) er ansvarleg for bygginga av sjølve raketten. Selskapet gav kontrakter til Sabca (Belgia), Dassault (Frankrike) og Fokker. Motoren er konstruert av Europropulsion, som er eit samarbeid mellom franske SEP og BPD (Italia). Denne raketten har gjort det naudsynt å bygge opp ny industri i både Europa og Fransk Guyana. Desse produksjonshallane var operative alt i 1992.
P230 har følgande undersystem:
- faststoffmotoren, som er ansvarleg for å skape framdrift.
- nedre metallskjørt, som støttar opp og ber vekta av heile raketten før start.
- øvre metallskjørt. Dette er aerodynamisk konstruert og overfører skyvekraft frå P230 til H155.
- samankoplingspunkt mellom P230 og H155
- styresystem for rakettdysa
- redningssystem for rakettrinnet
- elektrisitet og telemetri
- tennsats/pyroteknikk
- ulike andre støttesystem.
Det er respektabel storleik på raketten. Han er 27 m høg, har ein diameter på 3 m og veg fullt lasta 236,5 tonn. Den maksimale skyvekrafta i lufttomt rom er på over 600 tonn. Arbeidet tok til i 1989/90. Ein har gjort bruk av europeiske og amerikanske røynsler, samstundes som ein har prioritert tryggleik, tilgjenge og enkelt vedlikehald.
Ladninga skal kunne levere full skyvekraft frå første stund. Ein tek og hensyn til ein skyvekraftprofil og krav stilte av den totale påkjenninga på raketten under oppskytinga. Ariane 5 vil verte utsett for dei største eksterne kreftene 35 sekund etter start. Ein har nytta datamaskiner for å definere profilen på drivladninga, samstundes som det vert best mogeleg spesifikk impuls, brennfart og lågast mogeleg kostnader. Drivstoffet inneheld 68 % ammoniumperklorat og 18 % aluminium.
Under oppskytinga vil Ariane 5 kontrollerast ved å vri rakettdysene. Maksimal avbøyingsvinkel er 6,6°. Graden av styring vert avgjort av den ynskte bana, dei aerodynamiske eigenskapane til raketten og nyttelasta samt eventuell ubalanse mellom rakettmotorane.
P230 er samansett av fire seksjonar, noko som krev at ein må kople ulike delar saman på ein sikker måte. Det var svikt i ei slik forsegling som utløyste eksplosjonen som øydela Challenger i januar 1986. Ein har difor konsentrert seg spesielt om denne detaljen.
Første nyttelast
Cluster er fire identiske satellittar som skal studere små plasmafenomen og turbulens i rommet nær Jorda. Kvar satellitt vil bere med seg elleve instrument. Alle er plassert inne i det sylinderforma romfartyet. Ut frå Cluster stikk det ut seks bommar, fire på 50 m og to som er 5 m lange. Ytterst på kvar utstikkar er det sensorar som skal måle elektriske og magnetiske felt.
Under oppskytinga vil satellittane stå oppå kvarandre. Ariane 501 vil plassere dei i geostasjonære overføringsbaner. Ved hjelp av eigne motorar vil satellittane seinare gå inn i elliptiske polbaner. Dei utvalde banene gjer det mogeleg for Cluster-satellittane å passere både innan- og utanfor Jorda sitt magnetfelt, og å passere gjennom spesielt interessante delar av magnetfeltet. Prosjektet er planlagt å vare to år.
Oppskyting
Mesteparten av førebuingane til oppskytinga vil verte gjort på Kourou. All drivstoffproduksjon skjer lokalt. Ein slepp med dette å frakte farlege væsker den lange vegen frå Europa til Sør-Amerika.
12 timar før start vert raketten køyrt ut til rampa. Det tek mindre enn tre timar å fylle Ariane 5 med drivstoff. Dei siste rutinane før oppskyting skjer i ein stor grad automatisk:
- Trykket i tankane aukar
- Dei elektriske systema i H155 vert gjort startklare
- Vulcain-motoren startar opp. Dersom denne fungerer, tenner P230 automatisk.
Om noko skulle vise seg å vere gale, vil tenningsprosedyren for faststoffmotorane verte stansa. Beredskapen i Ariane 5 vil deretter gradvis verte redusert, fram til ein er kome ned på eit så lågt nivå at drivstofftankane kan tømmast.
I den første delen av oppskytinga vil P230 stå for mesteparten av skyvekrafta. Desse har ei brenntid på litt over to minutt. Dei vert deretter kopla frå resten av Ariane 5, og landar i havet. Rakettane blir deretter redda inn til land for inspeksjon. Kvar rakett vert berre brukt ein gong.
H155 vil deretter stå for all kraftproduksjon. Etter fråkopling vert trinnet sett i rotasjon. Dette skjer ved at ein opnar ein hydrogentank og blir gjort for å sikre områda som raketten flyg over. Landinga skjer 200 km utanfor kysten av Sør-Amerika.
Andre trinn vil sidan overta og plassere nyttelasta i jordbane. Herifrå kan ho verte sendt inn i spesielle jordbaner eller til Månen og planetane.
| 
