Производится в Денвере (Колорадо, США) и имеет несколько конфигураций, отличающихся размером головного обтекателя и количеством твердотопливных ускорителей.
В зависимости от версии стоимость запуска ракеты-носителя «Атлас V» составляет от 110 до 235 миллионов долларов[4].
Ракета-носитель «Атлас V» является последним по времени членом семейства «Атлас» и является развитием ракеты-носителя «Атлас II» и, в особенности, ракеты-носителя «Атлас III». Большинство силовых установок, авионики и структурных элементов идентичны или являются непосредственным развитием использованных ранее на ракетах-носителях семейства. Наиболее заметное внешнее отличие состоит в баках первой ступени — больше не используются баки диаметром 3,1 м из нержавеющей стали с общей переборкой в качестве несущей конструкции под давлением, также произошел отказ от идеологии «1,5 ступени», которая состояла в сбросе двух двигателей в середине полёта, в то время как третий продолжал работу в течение всего полёта вплоть до достижения первой космической скорости. Вместо этого используется сварная конструкция диаметром 3,8 м, выполненная из алюминиевого сплава, во многом аналогичная той, что использовалась на ракетах-носителях семейства «Титан» и в топливном баке МТКК «Спейс Шаттл».
Ракета «Атлас V» была разработана компанией Lockheed Martin в рамках программы развития одноразовых ракет-носителей Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV[англ.]) для запуска коммерческих спутников и спутников ВВС США. Общей целью программы было сокращение стоимости запуска полезной нагрузки на орбиту.
В июле 2011 года ULA и НАСА подписали соглашение о развитии пилотируемого варианта ракеты-носителя в рамках программы коммерческих полетов COTS[6].
В августе 2011 года компания «Боинг» объявила о выборе «Атлас V» в конфигурации 422 в качестве ракеты-носителя для разрабатываемого корабля CST-100[7].
В 2014 году компания Sierra Nevada Corporation сообщила, что планирует использовать ракету-носитель «Атлас V» в конфигурации 402 для тестовых орбитальных запусков пилотируемой версии космического корабля Dream Chaser[8].
Конструкция
Атлас V 401 (схема сборки)
Первая ступень
Первая ступень ракеты-носителя являет собой универсальный ракетный модуль «Атлас» (Common Core Booster), высотой 32,46 м, диаметром 3,81 м, с сухим весом 21 054 кг.
На ступень установлен один двухкамерный жидкостный ракетный двигательРД-180 производства российской компании НПО «Энергомаш» имени академика В. П. Глушко. Двигатель использует в качестве топливакеросин RP-1 и жидкий кислород. Компоненты топлива находятся в сварных алюминиевых топливных баках, расположенных друг над другом, общей вместимостью до 284 т. Бак с окислителем находится над баком с топливом, от него по внешней стенке бака с горючим протянут трубопровод для доставки жидкого кислорода к двигателю. Стабилизация содержимого топливных баков во время полёта осуществляется повышением давления при помощи сжатого гелия, который находится под высоким давлением в баллонах, расположенных внутри топливных баков. Для зажигания двигателя используется триэтилалюминий (TEA)[9].
На уровне моря тяга двигателя составляет 3827 кН, удельный импульс равен 311,3 с. В вакууме тяга повышается до 4152 кН, удельный импульс — 337,8 с.
Время работы двигателя зависит от конфигурации и профиля полёта ракеты-носителя, может достигать 253 секунд[2].
Длина ускорителя составляет 20 метров, диаметр — 1,58 м. Сухая масса ускорителя — 5740 кг. Вмещает около 41 тонны топлива на основе HTPB[9].
Тяга каждого ускорителя составляет 1688,4 кН на уровне моря, удельный импульс — 279,3 с.
Стартовая масса одного ускорителя составляет 46 697 кг, ускорители работают в течение 94 секунд после запуска и спустя 10 секунд после выключения отсоединяются от первой ступени с помощью пироболтов[2].
Промежуточные адаптеры
Промежуточные адаптеры позволяют соединить первую и вторую ступени, которые имеют разный диаметр (3,81 и 3,05 м соответственно).
На ракетах-носителях серии 400 используется 2 промежуточных адаптера. Композитный адаптер 400-ISA (400 series Interstage Adapter) вмещает сопло двигателя верхней ступени и состоит из двух секций: конической — диаметром 3,81 м и высотой 1,61 м; и цилиндрической — диаметром 3,05 м и высотой 2,52 м, вес адаптера составляет 947 кг. Над ним установлен алюминиевый адаптер ASA (Aft Stub Adapter), диаметром 3,05 м, высотой 0,65 м и весом 181,7 кг, который крепится непосредственно к разгонному блоку «Центавр» и содержит механизм расстыковки ступеней FJA (Frangible Joint Assembly)[9].
На ракетах-носителях серии 500 используются другие промежуточные адаптеры. К первой ступени примыкает цилиндрическое алюминиевое кольцо диаметром 3,83 м, высотой 0,32 м и весом 285 кг. На него крепится композитный адаптер C-ISA (Centaur Interstage Adapter) диаметром 3,83 м, высотой 3,81 м и весом 2212 кг. Кроме того что адаптер вмещает двигатель второй ступени и механизмы расстыковки, к нему же присоединяется при помощи конусного адаптера (Boittail) и головной обтекатель[2].
Перевозка разгонного блока «Центавр» к стартовой площадке SLC-41, декабрь 2009 года
В качестве второй ступени используется разгонный блок «Центавр». Диаметр его составляет 3,05 м, высота — 12,68 м, сухая масса — 2243 кг. Ступень использует криогенные компоненты топлива жидкий водород и жидкий кислород, стабилизация содержимого топливных баков во время полёта осуществляется повышением давления при помощи сжатого гелия. Топливные баки вмещают до 20 830 кг топлива[2].
На «Центавр» может быть установлен один или два жидкостных ракетных двигателяRL-10A-4-2, конструкция блока позволяет менять количество двигателей без сложных модификаций. Тяга одного двигателя в вакууме составляет 99,2 кН, удельный импульс — 451 с. Двигатели способны многократно запускаться в вакууме, что позволяет последовательно выполнять манёвры выхода на низкую опорную орбиту (НОО), перехода на геопереходную орбиту (ГПО) и выхода на геостационарную орбиту (ГСО). Суммарное время работы двигателя — до 842 секунд.
Начиная с конца 2014 года используется двигатель RL-10C-1, с тягой 106,3 кН и удельным импульсом 448,5 с[9].
Во время фазы свободного полёта на промежуточных орбитах, для контроля ориентации разгонного блока используется система маленьких гидразиновых ракетных двигателей (8 × 40 Н и 4 × 27 Н).
Разгонный блок «Центавр» имеет наибольшее соотношение массы топлива к общей массе среди современных разгонных блоков, что позволяет выводить бо́льшую полезную нагрузку.
Головной обтекатель
На ракете-носителе «Атлас V» могут использоваться головные обтекатели двух типов. Алюминиевый обтекатель с диаметром 4,2 м используется, начиная с ракеты-носителя «Атлас II», и имеет в данном случае более вытянутую форму. Доступно три варианта таких обтекателей: LPF (12 м, 2127 кг), EPF (12,9 м, 2305 кг) и XEPF (13,8 м, 2487 кг). Этот тип обтекателя используется для модификаций серии 400 (401, 411, 421 и 431) и крепится непосредственно на верхней части разгонного блока «Центавр»[2].
Для модификаций серии 500 (501, 521, 531, 541 и 551) используется головной обтекатель швейцарской компании RUAG Space[англ.] (бывшая Contraves) с диаметром 5,4 м, из которых 4,57 м — доступно для использования[10]. Обтекатель состоит из ячеистой, сотовидной алюминиевой основы с многослойным карбоновым покрытием и представлен в трёх вариантах: Short (20,7 м, 3524 кг), Medium (23,4 м, 4003 кг) и Long (26,5 м, 4379 кг). Обтекатель крепится на промежуточный адаптер C-ISA с использованием конусного адаптера (Boattail) и полностью скрывает разгонный блок «Центавр» и полезную нагрузку. В связи с этим, при запусках модификаций «Атлас V» серии 500, обтекатель отделяется приблизительно на 1 минуту раньше, чем при запусках серии 400, ещё до остановки двигателя первой ступени и расстыковки ступеней[2].
Начиная с 2021 года, головные обтекатели для ракет серии 500 производятся на заводе ULA в городе Декейтер (Алабама) с участием специалистов RUAG[11].
Бортовые системы
Полётный компьютер и система инерциальной навигации (англ.Inertial Navigation Unit, INU), установленные на разгонном блоке «Центавр», обеспечивают управление и навигацию как его собственных систем, так и систем первой ступени «Атлас V»[9].
Многие системы «Атлас V» модернизировались как до первого его полёта, на предыдущих версиях ракет-носителей семейства, так и в ходе эксплуатации ракеты-носителя. Последняя известная модернизация системы инерциальной навигации с названием «Стойкая к сбоям СИН» (англ.Fault Tolerant INU, FTINU) была предназначена для увеличения надежности ракеты-носителя в ходе полёта.
Варианты и их обозначения
Варианты ракеты и расположение ускорителей
Каждая ракета-носитель «Атлас V» имеет трехзначное численное обозначение, которое определяется особенностями использованной конфигурации.
Первая цифра соответствует диаметру использованного головного обтекателя и всегда равняется 4 или 5.
Вторая цифра соответствует числу установленных твердотопливных ускорителей и может изменяться в диапазоне от 0 до 3 для четырёхметрового обтекателя и от 0 до 5 в случае пятиметрового обтекателя.
Последняя цифра указывает на версию используемого разгонного блока «Центавр», а именно, сколько двигателей использует этот блок и может быть либо 1, либо 2.
Существовавший проект носителя с общим названием Атлас V Heavy (HLV) (англ.Heavy — тяжёлый), предполагавший использование соединённых в пакет трёх универсальных ракетных модулей (блоков первой ступени), в дальнейшем был отменён; запуск ракеты-носителя в данной конфигурации не планируется.
Универсальный ракетный модуль ракеты-носителя «Атлас V» был выбран для использования в качестве первой ступени на совместной американо-японской ракете GX[англ.], которая должна была выполнить свой первый полет в 2012 году[12]. Запуски ракеты-носителя GX должны были осуществляться на базе Ванденберг, ВВС США, стартовый комплекс SLC-3E. В настоящее время данный проект отменён ввиду экономической несостоятельности.
Политические соображения в 2014 году привели к попыткам консорциума ULA заменить российские двигатели первой ступени РД-180 на американские. Для этого были заключены контракты на исследования с рядом американских компаний[13]. В частности, на ракете «Атлас V» возможно применение разрабатываемых двигателей AR1 компании Aerojet Rocketdyne. Кроме того, планируется замена ракеты «Атлас V» ракетой Vulcan[14][15]. Также компания Blue Origin разрабатывает двигатель BE-4.
13 апреля 2015 года была представлена ракета-носитель Vulcan, призванная заменить все действовавшие в то время ракеты компании ULA («Атлас V», «Дельта IV» и «Дельта II»)[16]. Первый запуск новой ракеты-носителя планируется не ранее второй половины 2021 года[17].
В сентябре 2015 года стало известно, что с 2019 года на ракете-носителе «Атлас V» будут использоваться новые твердотопливные ускорители GEM-63[англ.], производства компании Orbital ATK[18].
В ходе полёта 15 июня 2007 года со спутником военной разведки США NROL-30, произошла неисправность при функционировании второй ступени, приведшая к её более раннему отключению, в результате чего полезная нагрузка не вышла на расчётную орбиту[19]. Тем не менее, заказчик классифицировал выполнение этого полёта как удачное[20][21].
Первый запуск разведывательного спутника для National Reconnaissance Office (NRO). Из-за утечки жидкого водорода из бака разгонного блока Центавр, полезная нагрузка выведена не на целевую орбиту, но миссия признана успешной.
Первая миссия доставки грузового космического корабля Cygnus к Международной космической станции. Самая тяжёлая полезная нагрузка для ракеты-носителя «Атлас V» (7492 кг).
Вторая миссия доставки грузового космического корабля Cygnus к Международной космической станции. Во время работы первой ступени ракеты-носителя произошла полётная аномалия, двигатель РД-180 выключился на 6 секунд раньше необходимого. Для достижения заданной орбиты разгонный блок «Центавр» был вынужден работать на 67 секунд дольше планируемого, почти до нуля исчерпав собственный резерв топлива. Компания ULA начала расследование происшествия и отложила следующий запуск до выяснения причин аномалии, предварительный анализ выявил проблемы в топливной системе первой ступени[22][23][24]. Причиной аномалии названы неполадки в работе клапана, который контролирует соотношение смешиваемых компонентов топлива в двигателе РД-180[25][26].
В качестве дополнительной полезной нагрузки на орбиту выведены 7 наноспутников: RAVAN, U2U, AeroCube 8C и 8D, Prometheus 2.1 и 2.2, CELTEE 1. Спутники выпущены с помощью пускового механизма ENTERPRISE, размещённого на разгонном блоке «Центавр»[29].
Запуск пятого спутника связи серии Advanced Extremely High Frequency на геопереходную орбиту с параметрами 14 368 × 35 285 км, наклонение 10°. Масса спутника — 6168 кг. Также с верхней ступени ракеты-носителя был запущен экспериментальный наноспутник TDO для ВВС США[43].
Первый испытательный орбитальный полёт (без экипажа). Корабль Starliner успешно выведен на запланированную суборбитальную траекторию с апогеем 181,5 км и перигеем 72,8 км. Последующий сбой в системах корабля не позволил ему выйти на намеченную орбиту и исключил возможность стыковки с МКС[44][45][46].
Запуск шестого спутника связи серии Advanced Extremely High Frequency на геопереходную орбиту с параметрами 10 891 × 35 313 км, наклонение 13,7°. В качестве второстепенной нагрузки был также запущен наноспутник TDO-2[47].
Запуск спутника STPSat 6 и нескольких малых спутников в интересах Космических сил США[54][55]. Первый запуск РН серии 500 с головным обтекателем американского производства[11].
Запуск второго спутника серии Joint Polar Satellite System[63]. Последний запуск «Атласа-5» с базы Ванденберг, после чего стартовая площадка будет реконструирована для запуска РН Vulcan[64]. Возвращаемый аппарат LOFTID был запущен в качестве дополнительной полезной нагрузки, аэрооболочка развернулась на низкой околоземной орбите и вошла в атмосферу, после чего приводнилась в Тихом океане.
(СТ) — ракеты-носители сверхтяжёлого класса; * — в разработке; курсив — не эксплуатировались; полужирное начертание — эксплуатируются в настоящее время.
