La NASA otorgó a Orbital un Acuerdo de Ley Espacial (SAA) de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) en 2008 para demostrar la entrega de carga a la Estación Espacial Internacional . Orbital (y más tarde Northrop Grumman) utilizó Antares para lanzar su nave espacial Cygnus para estas misiones. Hasta agosto de 2023, [actualizar]solo se ha utilizado para lanzamientos de Cygnus a la ISS, a pesar de que está destinado a lanzamientos comerciales. Originalmente designado Taurus II, Orbital Sciences cambió el nombre del vehículo a Antares, en honor a la estrella del mismo nombre , [13] el 12 de diciembre de 2011.
De un total de 18 lanzamientos, Antares ha sufrido un fallo. Durante el quinto lanzamiento , el 28 de octubre de 2014, el cohete falló catastróficamente y el vehículo y la carga útil quedaron destruidos. [14] Los motores de la primera etapa del cohete fueron identificados como la causa del fallo. Se eligió un motor diferente para lanzamientos posteriores y el cohete volvió a volar con éxito el 17 de octubre de 2016.
El Antares ha realizado dos iteraciones de diseño importantes, la serie 100 y la serie 200. Ambas series han utilizado un Castor 30XL como escenario superior pero se han diferenciado en el primer escenario. [15] La serie 100 utilizó dos motores AJ26 con motor Kerolox en la primera etapa y se lanzó con éxito cuatro veces. La serie 100 se retiró luego de un lanzamiento fallido en 2014. [16] La serie 200, que voló por primera vez en 2016, también contó con una primera etapa Kerolox, pero en su lugar utilizó dos motores RD-181 junto con otras mejoras menores. El futuro de la serie 200 se volvió incierto tras la invasión rusa de Ucrania . Debido a que la primera etapa se fabricó en Ucrania y los motores en Rusia, no fue posible continuar con la producción futura del cohete. [15] Como resultado, Northrop Grumman celebró un acuerdo con Firefly Aerospace para construir la primera etapa de la serie Antares 300. Northrop también contrató a SpaceX para 3 lanzamientos de Falcon 9. [17]
Desarrollo
La concesión COTS de la NASA fue de 171 millones de dólares y Orbital Sciences esperaba invertir 150 millones de dólares adicionales, divididos entre 130 millones de dólares para el propulsor y 20 millones de dólares para la nave espacial. [18] En 2008 se adjudicó un contrato de servicio de reabastecimiento comercial de 1.900 millones de dólares para ocho vuelos. [19] En abril de 2012, los costos de desarrollo se estimaron en 472 millones de dólares. [1]
En junio de 2008, se anunció que el puerto espacial regional del Atlántico Medio , anteriormente parte de las instalaciones de vuelo Wallops , en Virginia , sería el principal sitio de lanzamiento del cohete. [20] La plataforma de lanzamiento 0A (LP-0A), utilizada anteriormente para el fallido cohete Conestoga , se modificaría para manejar Antares. [21] Wallops permite lanzamientos que alcanzan la órbita de la Estación Espacial Internacional con tanta eficacia como los de Cabo Cañaveral , Florida, y al mismo tiempo están menos concurridos. [18] [22] El primer vuelo de Antares lanzó un simulador de masa Cygnus. [23]
El 10 de diciembre de 2009, Alliant Techsystems Inc. (ATK) probó su motor Castor 30 para usarlo en la segunda etapa del cohete Antares. [24] En marzo de 2010, Orbital Sciences y Aerojet completaron las pruebas de funcionamiento de los motores AJ-26 . [25] El 22 de febrero de 2013, se realizó con éxito una prueba de fuego caliente, toda la primera etapa se montó en la plataforma y se mantuvo presionada mientras los motores encendían durante 29 segundos. [23]
Diseño
Un cohete Antares ensamblado en la Instalación de Integración Horizontal.
Primera etapa
La primera etapa de Antares quema RP-1 (queroseno) y oxígeno líquido (LOX). Como Orbital tenía poca experiencia con grandes etapas líquidas y propulsor LOX, el núcleo de la primera etapa fue diseñado y fabricado en Ucrania por Pivdenne Design Office y Pivdenmash [18] e incluye tanques de propulsor, tanques de presurización, válvulas, sensores, líneas de alimentación, tuberías, cableado y otro hardware asociado. [26] Al igual que el Zenit , también fabricado por Pivdenmash, el vehículo Antares tiene un diámetro de 3,9 m (150 pulgadas) con un carenado de carga útil de 3,9 m a juego . [6]
Antares serie 100
La primera etapa del Antares serie 100 estaba propulsada por dos motores Aerojet AJ26 . Estos comenzaron como motores Kuznetsov NK-33 construidos en la Unión Soviética a finales de los años 1960 y principios de los 1970, 43 de los cuales fueron comprados por Aerojet en los años 1990. Veinte de ellos fueron reacondicionados y convertidos en motores AJ26 para Antares. [27] Las modificaciones incluyeron equipar los motores para gimballing , agregar electrónica estadounidense y calificar los motores para que funcionen durante el doble de tiempo de lo diseñado y para operar al 108% de su empuje original. [3] [25] Juntos produjeron 3.265 kilonewtons (734.000 lb f ) de empuje al nivel del mar y 3.630 kN (816.100 lb f ) en el vacío. [8]
Tras la falla catastrófica de un AJ26 durante las pruebas en el Centro Espacial Stennis en mayo de 2014 y la falla en el lanzamiento del Orb-3 en octubre de 2014, probablemente causada por una turbobomba del motor, [28] la serie Antares 100 fue retirada.
Antares serie 200
Debido a las preocupaciones sobre la corrosión, el envejecimiento y el suministro limitado de motores AJ26, Orbital había seleccionado nuevos motores de primera etapa [25] [29] para ofertar en un segundo contrato importante a largo plazo para el reabastecimiento de carga de la ISS . Después de la pérdida del cohete Antares en octubre de 2014, Orbital Sciences anunció que el RD-181 ruso, una versión modificada del RD-191 , reemplazaría al AJ-26 en la serie Antares 200. [30] [31] El primer vuelo de la configuración Antares 230 utilizando el RD-181 se lanzó el 17 de octubre de 2016, transportando la carga Cygnus OA-5 a la ISS .
Las primeras etapas del Antares 200 y 200+ están propulsadas por dos motores RD-181, que proporcionan 440 kilonewtons (100.000 lbf) más de empuje que los motores duales AJ26 utilizados en el Antares 100. Orbital adaptó la etapa central existente para adaptarse al mayor rendimiento en la Serie 200, lo que permite a Antares entregar hasta 6.500 kg (14.300 lb) a la órbita terrestre baja. [7] El rendimiento excedente de la serie Antares 200 permitirá a Orbital cumplir su contrato de reabastecimiento de la ISS en sólo cuatro vuelos adicionales, en lugar de los cinco que habrían sido necesarios con la serie Antares 100. [32] [33] [34]
Si bien la serie 200 adaptó las etapas de la Serie 100 encargadas originalmente ( KB Pivdenne / Pivdenmash , derivado de Zenit), [35] requiere una aceleración insuficiente de los motores RD-181, lo que reduce el rendimiento. [33]
El Antares se actualizó al Antares 230+ para el contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial 2 de la NASA. NG-12, lanzada el 2 de noviembre de 2019, fue la primera misión CRS-2 de la NASA a la ISS que utilizó más de 230 actualizaciones. Las mejoras más significativas fueron cambios estructurales en la bahía entre tanques (entre los tanques LOX y RP-1) y la bahía delantera (delante del LOX). Además, la compañía está trabajando en mejoras de la trayectoria a través de un "piloto automático de liberación de carga" que proporcionará una mayor capacidad de masa en órbita. [36]
Antares serie 300
En agosto de 2022, Northrop Grumman anunció que había contratado a Firefly Aerospace para construir la primera etapa de la serie 300, que es similar al vehículo de lanzamiento MLV en desarrollo de Firefly y presenta las mismas estructuras compuestas, así como siete motores Miranda que producen 7200 kN ( 1.600.000 lbf) de empuje, sustancialmente mayor que la primera etapa anterior de la serie 200. Northrop Grumman afirma que la nueva primera etapa aumenta sustancialmente la capacidad masiva de Antares. [37] [9]
El anuncio se produjo a raíz de la invasión rusa de Ucrania en 2022 , que ha puesto en peligro las cadenas de suministro de las anteriores primeras etapas, que se fabrican en Ucrania y utilizan motores RD-181 procedentes de Rusia. [38]
Segunda etapa
La segunda etapa es un cohete de combustible sólido Orbital ATK Castor serie 30 , desarrollado como un derivado del motor sólido Castor 120 utilizado como primera etapa del Minotaur-C , basado a su vez en una primera etapa de misil balístico intercontinental LGM-118 Peacekeeper . [39] Los dos primeros vuelos de Antares utilizaron un Castor 30A, que fue reemplazado por el Castor 30B mejorado para vuelos posteriores. El Castor 30B produce un empuje promedio de 293,4 kN (65 960 lb f ) y un empuje máximo de 395,7 kN (88 960 lb f ) y utiliza control vectorial de empuje electromecánico . [8] Para un mayor rendimiento, el Castor 30XL más grande está disponible [35] y se utilizará en vuelos de reabastecimiento de la ISS para permitir a Antares transportar el Cygnus mejorado. [8] [40] [41]
El escenario superior Castor 30XL para Antares 230+ se está optimizando para el contrato CRS-2. El diseño inicial del Castor 30XL se construyó de forma conservadora y, tras adquirir experiencia en vuelo, se determinó que el componente estructural de la carcasa del motor podía aligerarse. [36]
Tercera etapa
Antares ofrece tres terceras etapas opcionales: la Tercera Etapa BiPropelente (BTS), una tercera etapa basada en Star 48 y un motor Orion 38 . BTS se deriva del autobús de la nave espacial GEOStar de Orbital Sciences y utiliza tetróxido de nitrógeno e hidracina como propulsor; está destinado a colocar con precisión las cargas útiles en sus órbitas finales. [6] La etapa basada en Star 48 utiliza un motor de cohete sólido Star 48BV y se usaría para órbitas de mayor energía. [6] El Orion 38 se utiliza en los cohetes Minotaur y Pegasus como etapa superior. [42]
Mercado
El carenado de 3,9 metros (13 pies) de diámetro y 9,9 metros (32 pies) de alto es fabricado por Northrop Grumman de Iuka, Mississippi , que también construye otras estructuras compuestas para el vehículo, incluido el adaptador de carenado combinado, el dodecágono, el cono del motor, y entre etapas. [43]
Sección de escape trasera del cohete.
Servicios de reabastecimiento comercial de la NASA-2: mejoras
El 14 de enero de 2016, la NASA adjudicó tres contratos de carga vía CRS-2. Cygnus de Orbital ATK fue uno de estos contratos. [44]
Según Mark Pieczynski, vicepresidente de Orbital ATK, Flight Systems Group, "Se está desarrollando una versión mejorada [de Antares para el contrato CRS-2] que incluirá: Actualizaciones principales de la etapa 1, incluidos refuerzos estructurales y optimización para adaptarse a mayores cargas. ( Además, ciertas mejoras en los motores RD-181 y el motor CASTOR 30XL; y mejoras en el alojamiento de la carga útil, incluida una característica 'pop-top' incorporada en el carenado para permitir la carga de carga tardía de Cygnus y una estructura adaptadora de carenado optimizada".
Anteriormente, se entendía que estas actualizaciones planificadas de la serie Antares 230 crearían un vehículo conocido como serie Antares 300. Sin embargo, cuando se le preguntó específicamente sobre el desarrollo de la serie Antares 300, el Sr. Pieczynski afirmó que Orbital ATK "no ha decidido llamar a las actualizaciones, en las que estamos trabajando, una serie 300. Esto aún está por determinar". [45]
En mayo de 2018, el director del programa Antares, Kurt Eberly, indicó que las actualizaciones se denominarán Antares 230+. [36]
Configuraciones y numeración
Una prueba de disparo de la segunda etapa Castor 30
Los dos primeros vuelos de prueba utilizaron una segunda etapa Castor 30A . Todos los vuelos posteriores utilizarán un Castor 30B o un Castor 30XL . La configuración del cohete se indica mediante un número de tres dígitos y un posible sufijo "+", el primer número representa la primera etapa, el segundo el tipo de segunda etapa y el tercero el tipo de tercera etapa. [40] Un signo + agregado como sufijo (cuarta posición) significa mejoras de rendimiento en la variante Antares 230.
Antes del lanzamiento, el 22 de febrero de 2013 se llevó a cabo con éxito una prueba de disparo de 27 segundos de los motores AJ26 del cohete, tras un intento el 13 de febrero que fue abandonado antes de la ignición. [23]
A-ONE utilizó la configuración Antares 110, con una segunda etapa Castor 30A y sin tercera etapa. El lanzamiento tuvo lugar desde la plataforma 0A del puerto espacial regional del Atlántico Medio en la isla Wallops , Virginia . LP-0A era un antiguo complejo de lanzamiento de Conestoga que sólo se había utilizado una vez antes, en 1995, para el único intento de lanzamiento orbital de Conestoga. [11] Antares se convirtió en el cohete de combustible líquido más grande (y el primero) en volar desde la isla Wallops, así como el cohete más grande lanzado por Orbital Sciences. [46]
El primer intento de lanzar el cohete, el 17 de abril de 2013, fue cancelado después de que un umbilical se desprendió de la segunda etapa del cohete, y un segundo intento el 20 de abril fue cancelado debido a vientos a gran altitud. [50] En el tercer intento, el 21 de abril, el cohete despegó al comienzo de su ventana de lanzamiento. La ventana de lanzamiento para los tres intentos fue de tres horas a partir de las 21:00 UTC (17:00 EDT ), acortándose a dos horas al inicio del conteo terminal y diez minutos después [ se necesita aclaración ] en el conteo. [11] [51]
Cygnus CRS Orbe-3
Vídeo del lanzamiento fallido de Cygnus CRS Orb-3Pad 0A después del incidente
El 28 de octubre de 2014, el intento de lanzamiento de un Antares que transportaba una nave espacial de carga Cygnus en la misión de reabastecimiento Orb-3 falló catastróficamente seis segundos después del despegue desde el puerto espacial regional del Atlántico Medio en las instalaciones de vuelo de Wallops , Virginia . [52] Se produjo una explosión en la sección de empuje justo cuando el vehículo salía de la torre y volvía a caer sobre la plataforma de lanzamiento. El oficial de seguridad del campo envió la orden de destrucción justo antes del impacto. [14] [53] No hubo heridos. [54] Orbital Sciences informó que la plataforma de lanzamiento 0A "escapó de daños significativos", [53] aunque las estimaciones iniciales para las reparaciones estaban en el rango de 20 millones de dólares. [55] Orbital Sciences formó una junta de investigación de anomalías para investigar la causa del incidente. Lo rastrearon hasta una falla de la turbobomba LOX de primera etapa, pero no pudieron encontrar una causa específica. Sin embargo, se sospechaba que los motores NK-33 reacondicionados, fabricados originalmente más de 40 años antes y almacenados durante décadas, tenían fugas, corrosión o defectos de fabricación que no habían sido detectados. [56] El Informe de Investigación de Accidentes de la NASA fue más directo en su evaluación de fallas. [57] El 6 de octubre de 2015, casi un año después del accidente, se volvió a utilizar la plataforma 0A. Los costos totales de reparación ascendieron a unos 15 millones de dólares. [58]
Tras el fracaso, Orbital intentó comprar servicios de lanzamiento para su nave espacial Cygnus con el fin de cumplir su contrato de carga con la NASA, [29] y el 9 de diciembre de 2014, Orbital anunció que se lanzarían al menos uno, y posiblemente dos, vuelos Cygnus. en cohetes Atlas V desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . [59] Dio la casualidad de que Cygnus OA-4 y Cygnus OA-6 se lanzaron con un Atlas V y el Antares 230 realizó su vuelo inaugural con Cygnus OA-5 en octubre de 2016. Se lanzó otra misión a bordo de un Atlas en abril de 2017. ( Cygnus OA-7 ), cumpliendo con las obligaciones contractuales de Orbital hacia la NASA. Le siguió el Antares 230 en servicio regular con Cygnus OA-8E en noviembre de 2017, con tres misiones más programadas en su contrato ampliado.
Nota: Cygnus CRS OA-4 , la primera misión Cygnus mejorada, y Cygnus OA-6 fueron propulsados por vehículos de lanzamiento Atlas V 401 mientras el nuevo Antares 230 se encontraba en sus etapas finales de desarrollo. Cygnus CRS OA-7 también se cambió a un Atlas V 401 y se lanzó el 18 de abril de 2017.
La siguiente tabla muestra una secuencia de lanzamiento típica de cohetes de la serie Antares-100, como el lanzamiento de una nave espacial Cygnus en una misión de reabastecimiento de carga a la Estación Espacial Internacional. [69] La fase de costa es necesaria porque la etapa superior de combustible sólido tiene un tiempo de combustión corto. [97]
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