Antares

Foguete comercial americano com tecnologias russa e ucraniana

O foguete Antares é um exemplo de como uma boa gestão internacional, agilidade, criatividade e tino comercial resultou num veículo de lançamento eficiente e versátil

O conjunto do primeiro estágio inclui os motores RD-181, o sistema de alimentação de propelente, estrutura, aviônicos e acessórios, dispositivos pirotécnicos e outros sistemas. O segundo estágio é um propulsor de propelente sólido de concepção americana com raízes em um míssil militar. O foguete, configurado para lançamento de uma espaçonave Cygnus – sua carga mais notória – tem 42.5 metros de comprimento e 3,9 m de diâmetro básico, pesando cerca de 298.000 kg na decolagem.

Primeiro estágio

Como a Orbital Sciences Corporation não tinha experiência suficiente em trabalhar com grandes estágios com tancagem de propelentes líquidos criogênicos, um contrato foi assinado com a Ucrânia, desenvolvedora dos foguetes da série Zenit, para trabalhar no primeiro estágio do Antares. O núcleo do estágio inclui tanques de propelente, tanques de pressurização, válvulas, sensores, linhas de alimentação, tubulação, fiação e equipamento associado. A estatal ucraniana Yuzhmash fabrica as estruturas principais do estágio e os sistemas propulsores associados sob a autoridade do Escritório de Design Estatal Yuzhnoye – ambos são organizações aeroespaciais que a Ucrânia herdou do programa espacial soviético. Os sistemas , embora especificamente projetados para o Antares, são derivados de estruturas usadas ​​na série Zenit (11K77) de veículos lançadores, que possuem extensa herança de voo, incluindo mais de 70 lançamentos bem-sucedidos. A principal tarefa do Yuzhnoye foi desenvolver e controlar a produção na fábrica Yuzhmash dos tanques de combustível e o sistema pneumohidráulico do primeiro estágio, incluindo tanques de pressurização. O compartimento do motor, com os motores Aerojet AJ-26 produzidos pela modificação de motores NK-33 da SNTK Kuznetsov russa, foi responsabilidade do lado americano. Tal motorização foi mudada e permanece até hoje constituída por dois RD-181 da Energomash russa.

O primeiro estágio tem diâmetro de 3,90 m e 27,6 m de comprimento. O núcleo do estágio propicia o armazenamento, gerenciamento e a alimentação dos propelentes (oxigênio líquido ‘LOX’ e querosene RP1) aos motores nas condições e taxas de fluxo necessárias.

Motorização do primeiro estágio

NK-33 – Inicialmente, dois motores-foguete AJ-26 a oxigênio-querosene foram instalados no primeiro estágio – uma modificação pela Aerojet do motor soviético NK-33 e licenciada nos Estados Unidos para uso em veículos americanos (e usados ​​apenas no Antares). Os motores NK-33 foram fabricados na década de 1970 e adquiridos em meados da década de 1990 pela Aerojet Rocketdine a um preço de US $ 1 milhão da SNTK Kuznetsov de Samara, Rússia. A modificação do motor foi criada removendo alguns dos equipamentos do NK-33 original, adicionando eletrônicos americanos, adaptando o motor ao combustível produzido nos Estados Unidos, e também equipando a junta de basculamento para controle do vetor de empuxo. Esta versão foi projetada para lançar cargas pesando até 5,5 toneladas em uma órbita baixa.

RD-181 – No final de 2013, devido ao número limitado de motores AJ-26, a Orbital Sciences organizou um concurso em que, entre outros participantes, participaram duas empresas russas: a Kuznetsov e a NPO Energomash. Em maio de 2014, foi anunciado que o motor que substituiria o já extinto AJ-26 (NK-33) seria o RD-181, desenvolvido pela NPO Energomash”especialmente para o Antares “. O motor RD-181 de câmara única é uma versão do RD-191. A vantagem do RD-181 sobre o NK-33 é seu empuxo maior, que permite ao Antares lançar uma carga útil maior em órbita. Além disso, o motor da Energomash é fornecido para a América pronto para uso.

Os dois motores principais RD-181 geram impulso para a propulsão e controle durante a subida da Fase 1. Cada motor RD-181 gera aproximadamente 1.922 kN ao nível do mar e 2.085 kN de impulso a vácuo, para um impulso total de até 4.170 kN durante a subida. Os motores usam um ciclo de combustão faseado, rico em oxigênio, que pode ser regulado, e têm válvulas de proporção de mistura variável para controlar as taxas de fluxo relativo de oxidante e combustível. Os motores são controlados por atuadores hidraulicos, para dar controle de inclinação, guinada e rotação ao veículo durante o vôo na fase 1. Esses motores são bem caracterizados e têm um extenso histórico de testes. Cada um dos RD-181 é submetido a testes de aceitação na Energomash e uma extensa revisão de dados antes da integração ao veículo.

Em 22 de maio de 2014, durante os testes de disparo, ocorreu uma situação anormal com o motor AJ-26: segundo alguns relatos, o motor explodiu. Após um acidente em outubro de 2014, foi anunciado que o motor AJ-26 seria substituído pelo RD-181, independentemente da disponibilidade de AJ-26s disponíveis. Em 7 de dezembro de 2014, foi assinado o contrato entre a Orbital e a NPO Energomash, que se comprometeu a fornecer vinte motores com um preço de contrato de US $ 224,5 milhões, com opção de compra de motores adicionais a partir de 31 de dezembro de 2021.

Um exemplo notável de desenvolvimento rápido de um motor para um veículo de lançamento é a história da criação do RD-181. Em 2014, a Orbital recorreu à Energomash russa com um pedido de um motor de câmara única para seu foguete avançado Antares para substituir o Aerojet AJ-26 originalmente usado no primeiro estágio e que por sua vez era uma modificação do NK-33 da Kuznetsov. O RD-181 foi desenvolvido de forma proativa especificamente para uso no Antares modernizado. A produção utiliza materiais modernos, novas soluções técnicas e de design. O uso do RD-181 tornou possível transportar cargas úteis significativamente maiores para a ISS e para órbitas baixas. Depois do contrato  com a Orbital ser assinado em dezembro de 2014, já em março de 2015 foi realizado o primeiro teste de bancada. A certificação do RD-181 foi concluída em 5 de julho de 2015 após sete testes de testes com um tempo total de operação de 1.650 segundos.

Os principais parâmetros do RD-181 são os seguintes: oxigênio como oxidante e querosene RP-1 como combustível; empuxo, nivel do mar / vácuo: 196 / 212,6 tf; impulso específico, nivel do mar / vácuo: 3.056,6 / 3.324,2 m/s; pressão na câmara de combustão: 261,7 kgf/cm2; peso, seco/carregado : 2.190/2.280 kg; dimensões, altura/diâmetro: 3,68 /2,10 metros

Os primeiros motores RD-181 comerciais foram entregues aos EUA em junho de 2015. um teste de disparo de dois RD-181 foi realizado na posição de lançamento de Wallops com um tempo total de operação de 60 s. O primeiro lançamento do Antares com dois RD-181, ocorreu em 17 de outubro de 2016, e em 12 de dezembro de 2017 ocorreu o segundo lançamento.

A Orbital Sciences Corporation recebeu os dois primeiros motores em junho de 2015. Este valor incluiu não apenas o custo do motor, mas também treinamento de vôo, instalação do motor no foguete e testes. No verão de 2018, foi assinado contrato para o fornecimento de mais quatro motores RD-181.

Características multinacionais do foguete

Segundo estágio

O segundo estágio é um envelope de propelente sólido do motor Castor 30XL desenvolvido pela Alliant Techsystems, sendo uma modificação do primeiro estágio Castor 120 do veículo lançador Minotaur-C/ Taurus-1, que por sua vez é uma modificação do primeiro estágio do ICBM Peacekeeper. O motor CASTOR 30XL inclui um envoltório de grafite / epóxi composto e um design de vedação flexível na garganta da tubeira para permitir o movimento do controle vetorial de empuxo (TVC) de dois eixos durante o vôo. Em vários modelos do foguete, no segundo estágio, é possível utilizar várias modificações de Castor – 30A, 30B ou 30XL. A última variante, 30XL, está incluída na configuração padrão e é uma versão ampliada das variantes anteriores.

A partir de 2019, a Northrop Grumman melhorou a “fração de massa” dos primeiro e segundo estágios do foguete, removendo isolamentos, estruturas e sistemas de pressurização desnecessários. Os engenheiros também reformularam a trajetória de lançamento do foguete, começando com o lançamento da Cygnus NG-12, para colocar a nave cargueira em uma órbita ligeiramente mais baixa, uma diferença de altitude que o Cygnus compensa com seus próprios motores.

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