Roket tahap atas atau Tahap atas saja adalah roket tahap sekunder dalam roket multi tahap yang mendorong muatan ke orbit atau pada lintasan antarplanet. Tahap ini diaktifkan setelah tahap primer terpisah. Tahap atas mendorong muatan ke orbit yang lebih tinggi atau pada lintasan antarplanet daripada yang dapat dilakukan oleh pendorong roket sendiri. Tahap atas sering kali dapat retart menghidupkan kembali mesinnya beberapa kali dan dapat diatur thortle daya dorongnya saat berada di luar angkasa untuk penempatan pesawat ruang angkasa yang presisi ke orbit. Beberapa tahap atas tetap melekat pada muatannya dan menyediakan layanan seperti daya, komunikasi, dan kendali arah.
Tahapan atas Yuanzheng dari kiri ke kanan: YZ-1, YZ-1A, YZ-1S, YZ-2, YZ-3
Muatan
Untuk roket, muatan dapat berupa satelit, probe antariksa, atau wahana antariksa yang membawa manusia, hewan, atau kargo. Salah satu manfaat utama muatan adalah memungkinkan kita untuk mengumpulkan data dan melakukan eksperimen di lingkungan yang tidak dapat diakses oleh manusia. Dengan mengirimkan muatan ke luar angkasa, kita dapat mempelajari tentang benda-benda langit lainnya dan kondisi yang ada di ruang hampa.
Muatan dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa kategori berbeda, tergantung pada tujuan penggunaannya dan persyaratan khusus misi tersebut. Beberapa jenis muatan umum meliputi:
Muatan ilmiah: Muatan ini dirancang untuk mengumpulkan data dan melakukan eksperimen guna meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Contohnya meliputi teleskop, spektrometer, dan instrumen lain yang digunakan untuk mempelajari benda-benda langit dan fenomena.
Muatan komunikasi: Muatan ini digunakan untuk membangun dan memelihara hubungan komunikasi antara Bumi dan wahana antariksa atau antara wahana antariksa dan benda-benda langit lainnya. Contohnya meliputi antena radio, modem, dan transponder.
Muatan navigasi: Muatan ini digunakan untuk menentukan posisi dan orientasi wahana antariksa atau objek lain. Contohnya meliputi pelacak bintang, giroskop, dan akselerometer.
Muatan observasi: Muatan ini digunakan untuk mengumpulkan citra dan data lain tentang permukaan benda-benda langit atau objek menarik lainnya. Contohnya meliputi kamera, radar, dan lidar.
Muatan pendukung manusia: Muatan ini dirancang untuk mendukung kebutuhan manusia di luar angkasa, seperti menyediakan dukungan kehidupan, kontrol termal, dan pengelolaan limbah. Muatan kargo: Muatan ini digunakan untuk mengangkut perlengkapan dan peralatan ke ISS atau misi luar angkasa lainnya. Ini dapat mencakup makanan, air, dan suku cadang untuk pesawat ruang angkasa atau instrumen ilmiah.
Pesawat antariksa Fobos-Grunt Rusia dengan tahap atas Fregat-SB.
Pendahuluan
Tahap atas dirancang untuk beroperasi dengan sedikit atau vakum tanpa tekanan atmosfer. Hal ini memungkinkan penggunaan ruang pembakaran bertekanan rendah dan nosel mesin. Setelah digunakan sebagai kendaraan peluncur, tahap atas yang telah digunakan biasanya dipasivasi, yang berarti energi internal apa pun dihilangkan. Hal ini dilakukan untuk mencegah fragmentasi atau ledakan, yang dapat menciptakan puing-puing luar angkasa yang tidak diinginkan.
Tahap atas Delta III sedang diuji pada bulan Januari 1998
Beberapa tahapan atas tetap melekat dengan payload mereka dan memberikan layanan panjang setelah mencapai orbit awal mereka. Banyak pesawat ruang angkasa intelijen awal Amerika, misalnya, tahap atas Agena tetap melekat sepanjang hidup operasional mereka. Agena akan memberikan pesawat ruang angkasa dengan kekuatan, komunikasi, dan kontrol sikap, serta memberikan manuver orbital yang diperlukan.
Beberapa tahap atas telah memberikan layanan di lebih dari satu boster. Misalnya, Agena digunakan pada berbagai roket Thor, Atlas dan Titan. Centaur dan IUS juga bertugas di beberapa keluarga dari peluncur. Meskipun upgrade berkala, keluarga tahap atas cenderung tetap bekerja selama jangka waktu yang lama. Agena, pertama diterbangkan pada tahun 1959, akan terbang di atas 360 misi sebelum pensiun pada 1987. Centaur, 50 tahun setelah penerbangan pertama pada tahun 1963, masih melihat sering digunakan pada boster Atlas 5.
Tahap atas dirancang untuk beroperasi pada ketinggian tinggi, dengan sedikit atau tanpa tekanan atmosfer. Hal ini memungkinkan penggunaan ruang pembakaran tekanan rendah dan nozel mesin dengan rasio ekspansi vakum optimal. Beberapa tahap atas, terutama yang menggunakan propelan hypergolic seperti Delta-K atau tahap kedua Ariane 5 ES, adalah pemberian tekanan dengan menghilangkan kebutuhan pada turbomachinery yang kompleks. Tahap atas lainnya, seperti Centaur atau DCS, menggunakan mesin siklus hidrogen expander cair, atau mesin siklus generator gas seperti Ariane 5 ECA HM7B atau J2 S-IVB. Tahap ini biasanya bertugas menyelesaikan injeksi orbital dan mempercepat muatan ke orbit energi yang lebih tinggi seperti GTO atau ke kecepatan lepas, escape velocity. Tahap atas seperti Fregat digunakan terutama untuk membawa muatan dari orbit Bumi rendah ke GTO atau di luar kadang-kadang disebut sebagai kapal tunda ruang angkasa, space tugs.[1]
Tahap Atas Agena
Agenas meluncurkan ratusan muatan, termasuk sejumlah besar pesawat ruang angkasa pengumpul intelijen dan beberapa misi eksplorasi Bulan dan Planet. Peluncuran awal menggunakan roket Thor sebagai tahap pertama, sementara misi selanjutnya akan menggunakan roket Atlas dan Titan.
Tahap atas Agena-A.
Agena A digunakan pada roket Thor dan Atlas. Muatannya meliputi satelit intelijen Corona dan Midas. Misi rahasia sering disebut sebagai wahana antariksa Discoverer. Panggung itu ditenagai oleh mesin Bell 8048.
Agena B digunakan pada roket Thor dan Atlas. Peningkatan dari model 'A' mencakup tangki pendorong yang lebih besar dan kemampuan untuk menghidupkan kembali mesin utama beberapa kali saat berada di orbit. Tahap ini ditenagai oleh mesin Bell 8081. Muatan Agena B mencakup sejumlah besar muatan intelijen. Atlas-Agenas meluncurkan rangkaian wahana antariksa Lunar Ranger, serta wahana antariksa Venus Mainer 1 dan 2.
Digunakan pada roket Thor, Atlas, dan Titan. Sebagian besar tahap Agena-D menggunakan mesin Bell 8096. Beberapa tahap Agena-D dimodifikasi untuk digunakan sebagai target docking untuk program Gemini. Kendaraan Gemini Agena menggunakan mesin Bell Aerospace model 8247. Beberapa tahap Agena-D dimodifikasi untuk digunakan sebagai target dok untuk program Gemini.
GATV (Kendaraan Sasaran Gemini Agena)
Wahana Target Agena Gemini (GATV), yang didasarkan pada tahap atas Agena-D yang dimodifikasi secara besar-besaran, dikembangkan sebagai target dok utama untuk wahana antariksa Gemini. Penambahan pada Agena standar meliputi peralatan komunikasi ekstra, transponder radar, lampu akuisisi, dan kerucut dok.
Kerucut dok dirancang untuk menerima hidung kapsul Gemini. Batang pengindeks, yang menonjol dari atas hidung wahana antariksa Gemini, meluncur ke lekukan berbentuk V yang serasi pada kerucut dok, memastikan keselarasan radial yang tepat antara wahana antariksa yang dok. Peralatan di dalam kerucut dok memungkinkan wahana antariksa terpasang dengan aman.
Saat berlabuh, peralatan dalam kapsul Gemini memungkinkan astronot mengendalikan pesawat antariksa Agena. Kombinasi Gemini-Agena dapat menggunakan mesin Agena untuk melakukan manuver orbital yang signifikan.
Tahap Atas Centaur
Pengembangan tahap atas berenergi tinggi Centaur dimulai pada akhir tahun 1950-an, dengan penerbangan pertama yang berhasil terjadi pada tahun 1963. Tahap tersebut, yang berbahan bakar oksigen cair dan hidrogen cair, ditenagai oleh dua mesin Pratt & Whitney RL-10. Paling sering digunakan dengan tahap pertama Atlas, beberapa versi Centaur akan terbang dengan roket Titan. Centaur-G, yang dikembangkan untuk digunakan pada pesawat ulang-alik, dibatalkan sebelum penerbangan pertamanya.
Centaur yang sangat andal telah digunakan secara luas untuk wahana antariksa dalam dan satelit geostasioner. Peningkatan berkala telah memungkinkan Centaur untuk menerbangkan lebih dari 200 misi selama lima dekade layanan. Dengan Centaur yang diperbarui masih digunakan pada roket Atlas V, tahap atas kemungkinan akan digunakan lebih lama lagi.
Tahap atas Centaur D-1
Diluncurkan pada roket Atlas, tahap Centaur D-1 meluncurkan pendarat Bulan Surveyor, Mariners 6, 7, 8, dan 9, beberapa misi Observatorium Astronomi Pengorbit (OAO), serta sejumlah satelit komunikasi dan uji. Centaur D diterbangkan 24 kali antara tahun 1965 dan 1972.
Diluncurkan dengan roket Atlas, Centaur D-1A meluncurkan wahana antariksa Pioneer 11 menuju Jupiter dan Saturnus. D-1A juga digunakan untuk mengirim Mariner 10 dalam perjalanannya menuju Venus dan Merkurius. Centaur D-1A diterbangkan 6 kali antara tahun 1973 dan 1975.
Tahap Centaur D-1T dimodifikasi untuk digunakan secara eksklusif dengan roket Titan-3E. Centaur D-1T diterbangkan tujuh kali antara tahun 1974 dan 1977. Muatan bersejarahnya mencakup dua pesawat ruang angkasa Viking ke Mars pada tahun 1975, dan dua wahana antariksa Voyager ke planet luar pada tahun 1977.
Tahap Centaur D1-AR digunakan dengan roket Atlas SLV-3D dan Atlas G. Lebih dari 30 misi diterbangkan antara tahun 1975 dan 1989, termasuk peluncuran pengorbit Pioneer Venus dan multi-probe pada tahun 1978.
Tahap Centaur G dirancang untuk digunakan dengan pesawat ulang alik Amerika. Program Centaur G dibatalkan setelah bencana Challenger pada tahun 1986.
Centaur G-Prime merupakan versi yang lebih bertenaga dari model G. Centaur G-Prime dibatalkan produksinya setelah bencana Challenger pada tahun 1986.
Panggung Atas Centaur G-Prime dipamerkan di Pusat Roket dan Antariksa Amerika Serikat. (Foto: Richard Kruse, 2008)
Centaur T digunakan pada roket Titan IVA dan Titan IVB dan menerbangkan 16 misi antara tahun 1994 dan 2003. Tahap ini biasanya digunakan dengan muatan besar milik departemen pertahanan. Pada tahun 1997, Titan-IVB dengan tahap atas Centaur T meluncurkan wahana antariksa Cassini/Huygens ke Saturnus.
Atlas V Centaur
Atlas V Centaur, terkadang dikenal sebagai Common Centaur, tersedia dalam dua versi, Single Engine Centaur (SEC), dan Dual Engine Centaur (DEC). Tenaga dihasilkan oleh satu atau dua mesin RL-10A-4-2. Dibuat oleh Pratt & Whitney, RL-10A-4-2 dilengkapi nosel yang dapat diperpanjang untuk meningkatkan kinerja. Mesinnya dapat dinyalakan kembali dan menggunakan oksigen cair dan hidrogen cair sebagai propelan. Setiap mesin menghasilkan daya dorong sebesar 99,2 kN. Total beban propelan untuk Atlas V Centaur adalah 20.830kg.
Mesin utama digerakkan dengan gimbal untuk menyediakan kontrol sikap selama penerbangan bertenaga. Sistem Kontrol Reaksi (RCS) menangani kontrol sikap selama penerbangan tanpa tenaga dan kontrol guling selama penerbangan bertenaga. RCS berbasis hidrazin. Diameter panggung adalah 3,05m. Panjangnya, dengan nosel mesin diperpanjang, adalah 12,68m.
Muatannya mencakup beberapa misi antarplanet, termasuk Mars Reconnaissance Orbiter , wahana antariksa New Horizons Pluto , Lunar Reconnaissance Orbiter , wahana antariksa Juno-Jupiter , dan wahana antariksa Mars Science Lander .
Tahap atas Saturn S-IV.
Penerbangan Saturn I Block-2 mencakup tahap kedua S-IV. S-IV, yang dibuat oleh Douglas Aircraft Company, ditenagai oleh enam mesin Pratt & Whitney RL-10. Mesin tersebut digerakkan oleh gimbal dan menggunakan hidrogen cair dan oksigen cair sebagai propelan. Enam tahap kedua S-IV diterbangkan selama tahun 1964 dan 1965. Muatannya meliputi kapsul boilerplate Apollo dan satelit Pegasus.
Tahap S-IVB dimulai kembali di orbit Bumi rendah untuk mengirim wahana antariksa Apollo ke Bulan.
Dikembangkan oleh McDonnell Douglas, S-IVB berfungsi sebagai tahap ketiga untuk roket Saturn V dan sebagai tahap kedua untuk roket Saturn IB . Didukung oleh hidrogen cair dan oksigen cair, S-IVB ditenagai oleh satu mesin J-2 yang dapat dinyalakan kembali .
Tangki propelan tunggal dibagi menjadi dua kompartemen oleh sekat umum. Kompartemen atas akan berisi hidrogen cair, sedangkan kompartemen bawah untuk oksigen cair.
Pada penerbangan ke Bulan, tahap S-IVB akan melakukan dua pembakaran. Pertama, untuk menempatkan tahap dan wahana antariksa Apollo ke orbit parkir. Setelah periode pemeriksaan sistem, S-IVB akan dinyalakan untuk kedua kalinya. Disebut pembakaran penyisipan trans-lunar, pembakaran ini mengirim tumpukan tersebut dalam perjalanannya ke Bulan.
Sistem Propulsi Bantu (APS)
APS menyediakan kontrol sikap dan kontrol ullage untuk tahap ketiga. Sistem ini mencakup dua pod, yang dipasang terpisah 180 derajat pada rakitan rok belakang. Setiap pod mencakup tiga mesin kontrol sikap dan satu mesin ullage. Setiap pod mencakup tangki untuk bahan bakar, oksidator, dan helium bertekanan tinggi.
Mesin pengendali sikap menyediakan kendali pitch, roll, dan yaw untuk tahap tersebut. Mesin ullage akan menyala setelah mesin J-2 pertama terbakar untuk meminimalkan pergerakan propelan yang tidak diinginkan di dalam tangki. Kemudian, mesin ullage akan digunakan untuk mengendapkan bahan bakar dan oksidator sebelum menghidupkan kembali mesin utama.
Tahap atas IUS.
Tahap Atas Inersia (IUS) digunakan dengan Titan-34D, Titan IVA, Titan IVB, dan Pesawat Ulang Alik. IUS dibuat oleh Boeing dan terdiri dari dua tahap. Motor roket padat Orbus-21 menggerakkan tahap pertama, sementara Orbis-6, yang dilengkapi dengan nosel yang dapat diperpanjang, digunakan dengan tahap kedua. Setiap tahap menggunakan propelan padat.
Pertama kali diterbangkan pada tahun 1982, panggung terakhir digunakan pada tahun 2004.
Sering digunakan untuk meluncurkan misi Program Dukungan Pertahanan (DSP) atau Satelit Pelacakan & Relai Data (TDRS), IUS juga digunakan untuk meluncurkan beberapa misi luar angkasa penting, termasuk misi Magellan Venus, wahana antariksa Galileo Jupiter , misi Ulysses Solar, dan observatorium sinar-X Chandra.
Panggung atas Titan Transage.
Digunakan secara eksklusif dengan keluarga roket Titan III, Transtage dilengkapi dengan dua mesin AJ-10 dan menggunakan propelan hipergolik.
Delta II Tahap Kedua
Tahap kedua Delta II ditenagai oleh satu mesin Aerojet AJ-10-118K. Mesin yang dapat dihidupkan ulang menggunakan propelan hipergolik dan digerakkan secara hidraulik untuk menyediakan kontrol yaw dan pitch selama penerbangan bertenaga. Kontrol roll disediakan oleh sistem kontrol sikap redundan (RACS). RACS menggunakan gas nitrogen sebagai propelan. Selama penerbangan tanpa tenaga, RACS juga menyediakan kontrol pitch dan yaw. Tahap kedua Delta II sering digunakan dengan tahap ketiga bertenaga padat.
Delta IV Tahap Kedua
Tahap kedua Delta IV tersedia dalam dua ukuran. Versi yang lebih kecil dikenal sebagai model 4 meter, sedangkan yang lebih besar adalah 5 meter. Kedua versi menggunakan satu mesin RL10B-2. Dibuat oleh Pratt & Whitney, RL10B-2 menggunakan hidrogen cair dan oksigen cair sebagai propelan dan memiliki nosel yang dapat diperpanjang untuk meningkatkan efisiensi. Mesin menghasilkan daya dorong 110 kN. Versi 4 meter membawa 20.410 kg propelan, memungkinkan waktu pembakaran sekitar 850 detik. Versi 5 meter membawa 27.200 kg propelan, memungkinkan waktu pembakaran lebih dari 1.125 detik.
Tahap Atas Rusia
Block DM digunakan dengan roket Proton-K dan Zenit-3SL . Tahapan ini berasal dari tahapan Block-D dan memiliki mesin yang dapat dinyalakan kembali yang berbahan bakar minyak tanah dan oksigen cair.
Tahap atas Fregat Rusia memiliki sistem propulsi utama yang dapat dinyalakan ulang beberapa kali. Tahap ini menggunakan nitrogen tetroksida (NTO) dan dimetil hidrazin tak simetris (UDMH) sebagai propelan. Fregat digunakan dengan roket Soyuz-Fregat .
Tahap atas Briz-M. Briz-M berfungsi sebagai tahap ketiga pada peluncur Proton-M Briz-M Rusia. Briz-M, yang terkadang disebut "Breeze M", berdiameter sekitar 4 m dan tinggi 2,65 m. Tahap ini menggunakan nitrogen tetroksida dan dimetilhidrazina yang tidak simetris sebagai propelan. Briz-M memberikan kinerja yang lebih baik daripada Blok-DM berkat pengaturan tangki bahan bakarnya yang unik. Briz-M memiliki dua set tangki bahan bakar. Satu set tangki, yang terletak di inti panggung, tetap berada di booster selama digunakan. Satu set tangki yang lebih besar, yang terletak di sekeliling panggung, dapat dibuang saat bahan bakar habis.
Briz-KM berfungsi sebagai tahap ketiga pada peluncur Rockot Rusia. Panggung ini dilengkapi dengan mesin utama yang dapat dihidupkan kembali, dan diberi bahan bakar N2O4 dan UDMH.
Ariane 5 Tahap Atas
Tahap atas EPS. Tahap atas propelan yang dapat disimpan yang digunakan dengan roket Ariane 5 .
Tahap atas ESC-A. Tahap atas kriogenik yang digunakan dengan roket Ariane 5 ECA.
Tahap atas ESC-B. Tahap atas kriogenik yang dirancang untuk digunakan dengan roket Ariane 5 .
Motor Roket Padat TE-M-364
Thiokol TE-M-364 adalah motor tahap atas propelan padat yang digunakan pada roket Thor dan Atlas. Modul Bantuan Muatan (PAM-D) terkadang digunakan bersama wahana peluncur Delta II dan Space Shuttle. PAM-D memiliki putaran yang stabil dan menggunakan motor roket Star-48B berbahan bakar padat.
Tahap atas Falcon 9
Tahap kedua Falcon 9 dibuat oleh SpaceX dan ditenagai oleh satu mesin Merlin. Bahan bakarnya adalah oksigen cair dan RP-1 (minyak tanah). Mesin gimbal dapat diatur kecepatannya dan dapat dinyalakan kembali.
Tabel tahap atas
tebal menunjukkan konfigurasi aktif miring menunjukkan konfigurasi dalam pengembangan
Kriogenik (bahan bakar) propelan cair pada temperatur yang sangat rendah berupa cair gas seperti hidrogen cair, untuk roket tahap pertama, tahap inti dan lainnya.
