Oppgradering av Atlas og Athena

Av Haakon Blystad

Lockheed Martin planlegger å øke nyttelastkapasiteten til oppskytingsfartøyene Atlas og Athena. Dette som en respons til utviklingen i oppskytingsmarkedet, først og fremst i markedet for kommunikasjonssatellitter, der nyttelastene blir stadig større.

Teknologisk er nok rakettleverandører som Lockheed Martin og Boeing blitt tatt litt på sengen da satellittene, i stedet for å bli mindre som resultat av teknologiske fremskritt, ser ut til å bli stadig større fordi produsentene fyller dem med mest mulig telekommunikasjonsutstyr for å øke deres inntjeningsevne. Atlas og Athena konkurrerer i forskjellige markeder. Atlas-serien er bygget for å sende kommunikasjonssatellitter inn i en geostasjonær overføringsbane, hvoretter satellittene selv plasserer seg i den geostasjonære banen med en høyde på omtrent 36 000 km. Athena-serien brukes til å plassere satellitter i lav jordbane. Typiske kunder er her selskaper som satser på mobiltelefoni, Internett-trafikk og posisjoneringssystemer.

I motsetning til oppgraderingen av Athena-serien er utviklingen av en ny klasse Atlas-raketter kommet langt. Modellene Atlas 2AR og Atlas 2ARC, som har vært planlagt en stund, er nå omdøpt til Atlas 3A og Atlas 3B. Lockheed Martin planlegger å ha Atlas 3A ferdig allerede i desember i år, men den planlagte nyttelasten er ikke klar før våren 1999, så selskapet leter etter en nyttelast til januar neste år. Atlas 3B kan komme til å debutere i midten av 2000.

Hovedmotoren i Atlas 3 er den russiske RD-180. Denne gir et skyv på omtrent 430 tonn, og blir bygget i Russland. Hva gjelder den framtidige rakett-typen Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), som også skal bruke RD-180, vil det amerikanske selskapet Pratt & Whitney bygge disse motorene på lisens fra russerne. Det er det amerikanske flyvåpenet som er oppdragsgiver for EELV, og en betingelse for å få skyte opp satellitter av betydning for den nasjonale sikkerheten er at vitale komponenter kan produseres innenlands, slik at man ikke er avhengig av leverandører i andre land.

Hittil har Lockheed Martin bestilt 101 motorer av typen RD-180, men det kan fort bli flere dersom Atlas 3-serien blir populær.

Ved første oppskyting vil denne motoren ha hele 12 000 s testtid bak seg, og allerede i dag har den 10 000 s med avfyringstid under beltet. Dette tilsvarer 53 Atlas-oppskytinger. Disse testene har for det meste foregått i Russland, men i sommer begynte tester av motoren ved NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama.

Det virker som om Lockheed Martin er mer enn godt fornøyd med sine russiske partnere, tross en del kulturelle oppstartsproblemer. I USA må det vel kunne sies at det er svært vanlig at man planlegger veldig grundig, for så å bygge en modell som skal fungere bortimot feilfritt. Russerne har latt Lockheed Martin få erfare at dette nok ikke er den vanlige framgangsmåten i øst; prosjektene begynner ikke i detalj på tegnebrettet. I stedet bygget de russiske kontraktørene en hel del versjoner av RD-180 og sendte data om de ti beste til Lockheed Martin.

En annen ting som ser ut til å ha fungert svært bra er de russiske tetningsteknikkene. I USA er det vanlig at man aksepterer små lekkasjer av det kryogeniske (sterkt nedkjølte) drivstoffet. I de russiske motorene ser dette problemet ut til å være eliminert. Dette senker antall tester og justeringer man må foreta før oppskyting i tillegg til at risikoen for uhell ved oppskytingen reduseres.

Atlas 3s RD-180 vil hovedsakelig operere ved 70-90 % av maksimal skyvekraft. Motoren har virket svært bra i form av hvor effektivt den utnytter drivstoffet, faktisk bedre enn forventet. Den har en spesifikk impuls på 338,7 s i vakuum, hvilket er 1 s mer enn planlagt. (En motors spesifikke impuls er det antall sekunder den kan få ett pund drivstoff, eller en annen enhet, til å utvikle et skyv på ett pund. Spesifikk impuls brukes til å beskrive hvor god en motor eller et drivstoff er. Jo høyere spesifikk impuls, desto bedre. Til sammenligning gir en av de beste motorene, Pratt & Whitneys RL-10, en spesifikk impuls på 450 s.)

Motorene ankommer Lockheed Martin ferdigbygget, fullt utstyrt og gjennomtestet, slik at Lockheed Martin ikke behøver å gjøre annet enn å koble dem sammen med tankene og det øvrige utstyret. RD-180s ett-trinns turbin, pumpe for flytende oksygen og ett-trinns drivstoffpumpe er montert på én aksel, slik at man reduserer antall deler. Dette gir stor driftssikkerhet og vesentlige kostnadsbesparelser.

Hos Lockheed Martin forventer man seg ikke noen problemer med den videre testingen av RD-180, men heller at det kan bli noen vanskeligheter i forbindelse med sammenkoblingen av de forskjellige trinnene.

Til å begynne med vil Atlas 3 være for liten til å kunne løfte en del av de nye, kraftige kommunikasjonssatellittene opp i geostasjonær overføringsbane, som for eksempel Hughes' HS 702. Kapasiteten på 4050 kg er litt for liten. Her er det Atlas 3B kommer inn i bildet. Meningen er å forlenge det øverste Centaur-trinnet med omtrent 1,65 m samt å utstyre trinnet med to motorer i stedet for én. Dermed skal Atlas 3B kunne løfte 4500 kg inn i en geostasjonær overføringsbane.

Hva gjelder Athena-serien, Lockheed Martins oppskytingsfartøyer for mindre nyttelaster til lav jordbane, planlegges det også en oppgradering ved at det skal utvikles en Athena 3. Denne er ment å skulle dekke gapet mellom Athena-familien og Atlas-familien, slik at Lockheed Martin også kan konkurrere med Boeings Delta 2, som kan løfte 5150 kg til lav jordbane. Til sammenligning kan en Atlas-rakett løfte 6500 kg inn i lav jordbane.

Opprinnelig ønsket man å bygge Athena 3 ved å spenne faststoffmotorer på Athena 2, slik at den ville kunne løfte rundt 3000 kg til lav jordbane, men man fant ut at dette var for lite. Derfor planlegger man nå en nyutviklet rakett som skal kunne løfte 3600-5400 kg til lav jordbane.

Athena 1 og 2 drives av Castor 120 og Orbus 21D, begge faststoffmotorer, fra henholdsvis Cordant Technologies (tidligere kjent som Thiokol Corporation) og Pratt & Whitney. Det er derfor naturlig at det er disse to selskapene som er i samtaler med Lockheed Martin om et mulig, nytt faststoff-hovedtrinn til Athena 3. Fra Cordant vurderer Lockheed Martin en variant av romfergens faststoffmotorer, og fra Pratt & Whitney vurderes en versjon av Titan 4s faststoffmotorer. Oppå dette hovedtrinnet vil man så koble en Athena 1-rakett, men det vurderes her å erstatte øvretrinnet Orbus 21D med et trinn drevet av flytende drivstoff. Cordants motor er i full produksjon, og ligger i teorien først i løypa for en Athena 3-kontrakt. Imidlertid finnes flere sett Titan 4-motorene på lager, selv om produksjonen er avsluttet i forbindelse med at Titan 4 har fått nye faststoffmotorer fra Alliant Techsystems.

Lockheed Martin ønsker at Athena 3 skal være operasjonsklar i 2001. Fram til da skal NASA dele ut kontrakter på 15-20 oppskytinger i Delta-klassen med første oppskyting i 2001. Allikevel kan Athena 3 være for sent ute da NASA foretrekker å benytte raketter som har en del vellykkede oppskytinger bak seg.

Athena-serien skuffet innledningsvis med en mislykket første oppskyting i 1995, men det har lysnet etter oppskytingene av satellittene Lewis og Lunar Prospector i henholdsvis august 1997 og januar 1998.

Lockheed Martin ønsker seg NASAs Wallops Flight Facility i Virginia som oppskytingssted for Athena 3. Denne plasseringen er gunstig for å sende satellitter opp i lav jordbane.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

En høykvalitets prototyp av en RD-180-motor settes sammen med en Atlas 3-drivstofftank under en tilpasningsprøve.

Den amerikanske månesonden Lunar Prospector var nyttelast på den første oppskytingen med en Athena 2. Oppskytingen fant sted 7. januar 1998 norsk tid fra Cape Canaveral.