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Antares (lanciatore)

lanciatore non riutilizzabile sviluppato da Orbital Sciences Corporation

Antares (denominato Taurus II nella fase iniziale di sviluppo) è un lanciatore non riutilizzabile sviluppato da Orbital Sciences Corporation (ora parte di Northrop Grumman) e Yuzhnoye Design Bureau utilizzato per portare in orbita il veicolo spaziale Cygnus verso la stazione spaziale internazionale nell'ambito dei programmi Commercial Orbital Transportation Services (COTS) e Commercial Resupply Services (CRS) della NASA. In grado di trasportare 8000 kg di carico utile in orbita terrestre bassa, attualmente è il lanciatore più grande di Northrop Grumman.

Antares
Il lancio inaugurale dell'Antares.
Informazioni
FunzioneVettore di lancio orbitale medio non riutilizzabile
ProduttoreOrbital Sciences Corporation
Nazione di origineStati Uniti (bandiera) Stati Uniti
Dimensioni
Altezza40,5 m (con Castor 30A o B)

41,9 m (con Castor 30XL)

Diametro3,9 m[1]
Massa110/120/130: 282000 kg-296000 kg
230/230+: 289000 kg
Stadi2 (3 opzionale)[1]
Capacità
Carico utile verso orbita terrestre bassa8000 kg[1][2]
Cronologia dei lanci
StatoRitirato (Serie 100)
Operativo (Serie 200)
In sviluppo (Serie 300)
Basi di lancioMARS LP-0A
KLC LP-1
Lanci totali16
Successi15
Fallimenti1
Volo inaugurale110: 21 aprile 2013
120: 9 gennaio 2014
130: 28 ottobre 2014
230: 17 ottobre 2016
230+: 2 novembre 2019
Volo conclusivo110: 18 settembre 2013
120: 13 luglio 2014
130: 28 ottobre 2014
230: 17 aprile 2019
1º stadio (serie 100)
Propulsori2 Aerojet AJ-26
Spinta3265 kN
Impulso specifico297 s a livello del mare
331 s nel vuoto
Tempo di accensione235 s
PropellenteRP-1/LOX
1º stadio (serie 200)
Propulsori2 NPO Energomaš RD-181
Spinta3844 kN
Impulso specifico311,9 s a livello del mare
339,2 s nel vuoto
Tempo di accensione215 s
PropellenteRP-1/LOX
1º stadio (serie 300)
Propulsori7 Firefly Miranda
PropellenteRP-1/LOX
2º stadio – Castor 30A/B
Propulsori1
SpintaCastor 30A: 258 kN
Castor 30B: 293,4 kN
Tempo di accensioneCastor 30A: 136 s
Castor 30B: 127 s
PropellenteHTPB H8299
2º stadio – Castor 30XL
Propulsori1
Spinta474 kN
Tempo di accensione156 s
PropellenteHTPB H8299
3º stadio
Propulsori3 BT-4
Spinta1,5 kN
PropellenteN2O4/N2H4
3º stadio (alternativo) – Star 48
Propulsori1 Star 48BV
Spinta77,8 kN
Impulso specifico288 s
Tempo di accensione84,1 s
PropellenteTP-H-3340

Nel 2008, Orbital si aggiudicò un contratto con NASA per il programma Commercial Orbital Transportation Services (COTS), che aveva l'obiettivo di dimostrare il trasporto di rifornimenti alla stazione spaziale internazionale tramite navette senza equipaggio. Per le missioni dimostrative della navetta Cygnus, Orbital sviluppò il lanciatore Antares. Nelle prime fasi dello sviluppo era chiamato Taurus II, poi rinominato a dicembre 2011 in Antares come la stella con lo stesso nome.

I primi quattro lanci ebbero successo, tuttavia il 28 ottobre 2014, nel quinto lancio della navetta Cygnus avvenne un guasto catastrofico ai motori del primo stadio, che causò la distruzione del lanciatore e della navetta[3]. Dopo una riprogettazione, Antares tornò a volare il 17 ottobre 2016.

Sviluppo

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I 171 milioni di dollari del contratto con NASA per il programma COTS vennero investiti in 130 milioni di dollari per lo sviluppo del lanciatore e 20 milioni per lo sviluppo della navetta. Una volta terminati i voli dimostrativi del programma COTS, Orbital Sciences vinse nel 2008 un contratto del programma CRS di 1,9 miliardi di dollari[4] per effettuare otto missioni di rifornimento per la stazione spaziale.

 
Antares in preparazione per il lancio

Il 10 giugno 2008 venne annunciata la scelta della base Mid-Atlantic Regional Spaceport, precedentemente parte della Wallops Flight Facility, in Virginia, come sito di lancio primario per Antares.[5] Un lancio da Wallops permetterebbe di raggiungere l'orbita della ISS con la stessa efficienza di un lancio da Cape Canaveral (Florida) ma in maniera più spedita.[6] Il primo volo dell'Antares ha lanciato un simulacro con la stessa massa del Cygnus.[7]

Il 10 dicembre 2009, Alliant Techsystems Inc. (ATK) svolse dei test di accensione del propulsore Castor 30, per essere impiegato come secondo stadio di Antares[8] e a marzo 2010 Aerojet in collaborazione con Orbital Sciences, completò i test dei propulsori NK-33, utilizzati nel primo stadio[9].

Progettazione

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Esistono 2 versioni dell'Antares: la serie 100, equipaggiata con 2 motori Aerojet AJ-26, ritirata dopo il fallimento del 28 ottobre 2014, e la serie 200, equipaggiata con nuovi motori RD-181 prodotti da NPO Energomaš. È in sviluppo la serie 300, che impiegherà un nuovo primo stadio costruito da Firefly Aerospace, spinto da sette propulsori Miranda.

Primo stadio

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Il primo stadio di Antares è alimentato da RP-1 ed ossigeno liquido (LOX). Poiché Orbital possedeva poca esperienza con stadi alimentati da combustibile liquido e ossigeno liquido, il primo stadio venne progettato e costruito in Ucraina dal Yuzhnoye Design Office, inclusi i serbatoi del combustibile e dell'ossidante, i serbatoi di pressurizzazione, le valvole, i sensori, le linee di alimentazione, i cablaggi e gli altri componenti associati[10]. Come per il lanciatore Zenit, anch'esso prodotto da Yuzhnoye Design Office, Antares ha un diametro di 3,9 m con una corrispondente carenatura di 3,9 m[11].

Antares 100

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I lanciatori Antares 100 avevano un primo stadio spinto da due propulsori Aerojet AJ26, basati sui propulsori Kuznetsov NK-33 sovietici creati tra la fine degli anni '60 e l'inizio degli anni '70 del XX secolo. Venti unità NK-33 vennero acquistati da Aerojet che li modificò in propulsori AJ26 per utilizzarli nel razzo Antares[12]. Le modifiche comprendevano l'aggiunta del supporto cardanico, sostituzione dell'elettronica e le attività di qualificazione del propulsore per poterlo utilizzare per una durata doppia e con una spinta del 108% rispetto alle specifiche originali[13][9]. I due propulsori AJ26 producevano una spinta complessiva di 3265 kN a livello del mare e 3630 kN nel vuoto[14].

A seguito del fallimento catastrofico di un propulsore AJ26 durante le fasi di test allo Stennis Space Center a maggio 2014 e al fallimento del lancio della missione Org-3, dovuto probabilmente ad un guasto ad una turbopompa[15], la serie 100 del razzo Antares venne ritirata.

Antares 200

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A causa di problematiche relative alla corrosione, all'obsolescenza e al quantitativo limitato di propulsori AJ26, Orbital selezionò dei nuovi propulsori per il primo stadio[9][16] per poter aggiudicarsi la seconda fase del contratto Commercial Resupply Services per il rifornimento della stazione spaziale. La serie 200 del razzo Antares impiegava motori RD-181, una versione modificata dai motori russi RD-191, al posto degli AJ26[17][18]. Il primo volo della serie 200 avvenne con la missione Cygnus CRS OA-5 il 17 ottobre 2016.

I due propulsori RD-181 del primo stadio fornivano una spinta di 100 000 libbre forza (440 kN), in più rispetto a quella fornita dagli AJ26, e hanno permesso un aumento delle performance di Antares. La serie 200, che divenne capace di portare in orbita 6500 kg di carico utile[2], permise ad Orbital di concludere i rifornimenti previsti alla stazione spaziale in quattro lanci, invece dei cinque necessari se fosse stata impiegata la serie 100[19][20][21].

Il secondo stadio della serie 200 era lo stesso della serie 100[22], che tuttavia richiedeva un sotto impiego dei propulsori RD-181[20].

La serie 230+, introdotta nella seconda fase del programma CRS, venne utilizzata per la prima volta nella missione NG-12 il 2 novembre 2019. Gli aggiornamenti di questa nuova serie consistevano in modifiche strutturali del compartimento tra i serbatoi di RP-1 e di ossigeno e del compartimento anteriore, situato davanti al serbatoio dell'ossigeno, oltre a miglioramenti della traiettoria per aumentare la massa del carico utile[23].

Antares 300

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Nel agosto 2022, Northrop Grumann ha annunciato un contratto con Firefly Aerospace per la costruzione del primo stadio della serie 300, simile al veicolo di lancio sviluppato dalla stessa Firefly e utilizza sette propulsori Miranda in grado di produrre complessivamente 7200 kN di spinta, sostanzialmente superiore a quella del primo stadio della serie 200[24][25]. Questo annuncio è stato una conseguenza dell'invasione russa[25], che ha generato delle incertezze nella fornitura del primo stadio, costruito in Ukraina dalle aziende Yuzhnoye e Yuzhmash, e dei propulsori russi RD-181.

Secondo stadio

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Il secondo stadio dei primi due voli (della serie 100) hanno impiegato lo stadio Castor 30A a combustibile solido, derivato dal Castor 120 impiegato come primo stadio del Minotaur-C[26]. Nei voli successivi è stata utilizzata una versione migliorata chiamata Castor 30B. Questo secondo stadio sviluppava 293,4 kN di spinta media, con un massimo di 395,7 kN, ed impiegava un sistema elettromeccanico per il controllo della spinta direzionale[14].

Nella serie 230+ venne impiegato il secondo stadio Castor 30XL, che ha permesso al lanciatore di portare in orbita la navetta Cygnus nella sua versione migliorata chiamata Cygnus enhanced[14][27][28].

Terzo stadio

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Antares in preparazione per il lancio

Il terzo stadio di Antares può essere il Bi-Propellant Third Stage (BTS), uno stadio basato sullo Star 48 oppure uno stadio basato su Orion 38. Lo stadio BTS è derivato dalla piattaforma satellitare GEOStar della Orbital Sciences ed impiega tetrossido di diazoto e idrazina[11]. Lo stadio basato sullo Star 48 utilizza un propulsore a combustibile solido che permette di raggiungere orbite a maggiore altezza[11]. Infine, lo stadio basato su Orion 38 è impiegato anche sui lanciatori Minotaur e Pegasus come stadio superiore[29].

Carenatura

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Per proteggere il carico utile durante l'ascesa viene utilizzata una carenatura alta 9,87 m con un diametro di 3,94 metri.

Designazione

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Ogni razzo Antares è designato con un codice a 3 cifre. Il primo numero indica in motore del primo stadio utilizzato, "1" se vengono usati 2 NK-33, "2" se vengono usati 2 RD-181 o "3" se sono usati 7 propulsori Miranda. La seconda cifra indica il secondo stadio; "1" vuol dire che è in utilizzo un Castor 30A, "2" vuol dire che è in uso un Castor 30B e "3" vuol dire che è in uso un Castor 30XL. La terza cifra indica il terzo stadio utilizzato; "0" vuol dire che non è usato nessun terzo stadio, "1" vuol dire che è utilizzato un BTS e "2" indica l'uso di uno Star 48BV.

Lanci effettuati

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Antares A-ONE

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Originalmente previsto per il 2012, il primo lancio dei Antares, indicato con la sigla A-ONE[30], è avvenuto il 21 aprile 2013[31]. Il carico utile era costituito da una versione non funzionale (boilerplate) della navetta Cygnus e quattro satelliti CubeSat[32][33].

Il 22 febbraio 2013, prima del lancio, sono stati condotti dei test di accensione di 27 secondi dei propulsori AJ26[7].

La missione A-ONE ha impiegato la configurazione Antares 110, con un secondo stadio Castor 30A. Non è stato utilizzato un terzo stadio. Il lancio è avvenuto dal complesso di lancio 0A (LP-0A) del Mid-Atlantic Regional Spaceport sull'isola di Wallops in Virginia. Questo complesso di lancio era utilizzato precedentemente per il lanciatore Conestoga, prima che quest'ultimo venne cancellato[30].

Il primo tentativo di lancio, il 17 aprile 2013, è stato rinviato a causa della disconnessione di un cavo ombelicale che si era staccato dal secondo stadio del razzo, e un secondo tentativo il 20 aprile è stato rinviato a causa di venti ad alta quota. Il terzo tentativo, il 21 aprile, il vettore è decollato regolarmente[34][35].

Cygnus CRS Orb-3

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  Lo stesso argomento in dettaglio: Cygnus CRS Orb-3.
Video del lancio fallito della missione Cygnus CRS Orb-3
 
La piattaforma di lancio 0A dopo l'incidente

Il 28 ottobre 2014, il lancio di un vettore Antares che trasportava la navetta Cygnus nella missione di rifornimento della stazione spaziale Orb-3 è fallito in modo catastrofico pochi secondi dopo il decollo[36]. L'esplosione ha danneggiato il complesso di lancio 0A, valutati inizialmente in 20 milioni di dollari[37]. Una commissione di investigazione sull'incidente, formata da Orbital Sciences, ha individuato la causa in un guasto della turbopompa dell'ossigeno liquido nel primo stadio del lanciatore, anche se non è stata trovata una causa specifica. Si è ipotizzato che i propulsori del primo stadio, ammodernati a partire da motori NK-33 costruiti oltre 40 anni prima, potessero avere perdite, danni da corrosione o difetti di fabbricazione che siano sfuggiti ai test[38]. Il 6 ottobre 2015, dopo quasi un anno di riparazioni, è stata ripristinata la piattaforma di lancio. Le spese di riparazione sono ammontate a 15 milioni di dollari[39].

Dopo questo incidente, per ottemperare al contratto NASA, Orbital Sciences ha utilizzato il lanciatore Atlas V[40] per le missioni OA-4, OA-6 e OA-7. La nuova serie 230+ di Antares è stata impiegata per la prima volta nella missione OA-5 ed è stata utilizzata regolarmente dalla missione OA-8E in poi.

Lista dei lanci

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Missione Carico Data di lancio Lanciatore Note Risultato
Antares A-ONE Cygnus Mass Simulator 21 aprile 2013 21:00 UTC Antares 110 Primo volo di test del lanciatore Antares, con un secondo stadio Castor 30A e nessun terzo stadio[41][42]. Riuscito
Cygnus Orb-D1 Cygnus standard 18 settembre 2013 14:58 Antares 110 Volo dimostrativo per il contratto COTS della navetta Cygnus. Primo volo del lanciatore Antares con un vero carico utile. Prima missione a portare in orbita la navetta e primo attracco alla stazione spaziale internazionale[43][44][45]. Riuscito
Cygnus CRS Orb-1 Cygnus standard 9 gennaio 2014 18:07 Antares 120 Prima missione CRS per la navetta Cygnus e primo lancio con il secondo stadio Castor 30B[46][27][47] Riuscito
Cygnus CRS Orb-2 Cygnus standard 13 luglio 2014 16:52 Antares 120 Seconda missione CRS di rifornimento per la stazione spaziale, che ha trasportato equipaggiamento, componenti, rifornimenti per gli astronauti ed esperimenti scientifici[48]. Riuscito
Cygnus CRS Orb-3 Cygnus standard 28 ottobre 2014 22:22 Antares 130 Terza missione di rifornimento per la stazione spaziale. Un guasto alla turbopompa dell'ossigeno del primo stadio ha causato il fallimento del lancio e l'esplosione del lanciatore[49][36][50]. Prima missione ad utilizzare il secondo stadio Castor 30XL Fallito
Cygnus CRS OA-5 Cygnus enhanced 17 ottobre 2016 23:45 Antares 230 Prima missione ad utilizzare un nuovo primo stadio. Prima missione ad impiegare la versione migliorata della navetta Cygnus[51]. Riuscito
Cygnus CRS OA-8E Cygnus enhanced 12 novembre 2017 12:19 Antares 230 Riuscito
Cygnus CRS OA-9E Cygnus enhanced 21 maggio 2018 Antares 230 Riuscito
Cygnus NG-10 Cygnus enhanced 17 novembre 2018 09:01 Antares 230 Riuscito
Cygnus NG-11 Cygnus enhanced 17 aprile 2019 20:46 Antares 230 Riuscito
Cygnus NG-12 Cygnus enhanced 2 novembre 2019 13:59 Antares 230+ Prima missione del Commercial Resupply Services 2 Riuscito
Cygnus NG-13 Cygnus enhanced 15 febbraio 2020 20:21 Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-14 Cygnus enhanced 3 ottobre 2020 01:16 Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-15 Cygnus enhanced 20 febbraio 2021 14:36 Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-16 Cygnus enhanced 10 agosto 2021 21:01 Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-17 Cygnus enhanced 19 febbraio 2022 17:40 Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-18 Cygnus enhanced 7 novembre 2022 10:32 UTC Antares 230+ Riuscito
Cygnus NG-19 Cygnus enhanced 2 agosto 2023 00:31 UTC Antares 230+ Ultimo volo dell'Antares 230+ Riuscito

Note

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  1. ^ a b c Antares Fact Sheet (PDF), su orbital.com, Orbital Sciences Corporation, dicembre 2011.
  2. ^ a b Antares - Fact Sheet (PDF), su orbitalatk.com, Orbital ATK, 2017, FS007_06_OA_3695_021317. URL consultato il 12 febbraio 2018 (archiviato dall'url originale il 13 febbraio 2018).
  3. ^ James Queally, W. J. Hennigan e Lauren Raab, Rocket bound for space station blows up just after liftoff, su latimes.com, Los Angeles Times, 28 ottobre 2014. URL consultato l'8 novembre 2014.
  4. ^ Chris Bergin, SpaceX and Orbital win huge CRS contract from NASA, su nasaspaceflight.com, 23 dicembre 2008. URL consultato il 22 febbraio 2015.
  5. ^ Jack Kennedy, Taurus-2 Launch Pad to be Ready in 18-Months at Wallops Island Spaceport, Spaceports.
  6. ^ Jon W. Glass, Wallops up for big role with firm's NASA contract, in The Virginian-Pilot, 20 febbraio 2008. URL consultato il 4 aprile 2013 (archiviato dall'url originale il 25 febbraio 2021).
  7. ^ a b Chris Bergin, Hot fire success for Orbital's Antares, su nasaspaceflight.com, 22 febbraio 2013. URL consultato il 23 febbraio 2013.
  8. ^ Second Stage Rocket Motor Of Orbital’S Taurus Ii Launcher Successfully Ground Tested, su nasa.gov, NASA, 10 dicembre 2009. URL consultato il 29 aprile 2019 (archiviato dall'url originale il 19 settembre 2020).
  9. ^ a b c Stephen Clark, Aerojet confirms Russian engine is ready for duty, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 15 marzo 2010. URL consultato il 18 marzo 2010 (archiviato dall'url originale il 22 marzo 2010).
  10. ^ Antares User's Guide, Rev. 1.2 (PDF), su orbital.com, Orbital Sciences Corporation, dicembre 2009.
  11. ^ a b c Antares Medium-class Launch Vehicle: Fact Sheet (PDF), su orbital.com, Orbital Sciences Corporation, 2013. URL consultato il 25 aprile 2013 (archiviato dall'url originale il 3 giugno 2013).
  12. ^ Antares First-stage Engines Available Long Term, Aerojet Rocketdyne Chief Says, su spacenews.com.
  13. ^ Ed Kyle, Taurus 2, su spacelaunchreport.com, Space Launch Report, 14 maggio 2011.
  14. ^ a b c Antares Medium-Class Launch Vehicle: Brochure (PDF), su orbital.com, Orbital Sciences Corporation, 2013. URL consultato il 25 aprile 2012 (archiviato dall'url originale il 9 febbraio 2014).
  15. ^ SpaceflightNow Engine turbopump eyed in Antares launch failure, su spaceflightnow.com. URL consultato il 12 giugno 2017.
  16. ^ Orbital's Cygnus – on a SpaceX Falcon 9?, su spaceflightinsider.com, 24 novembre 2014. URL consultato il 28 novembre 2014 (archiviato dall'url originale il 1º dicembre 2020).
  17. ^ Orbital Sciences likely to choose Russian engine for new Antares rocket, TASS, 31 ottobre 2014. URL consultato il 31 ottobre 2014.
  18. ^ Orbital Sciences signs contract for new Antares engines, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 22 gennaio 2015. URL consultato il 27 giugno 2017.
  19. ^ Frank, Jr. Morring, Antares Upgrade Will Use RD-181s In Direct Buy From Energomash, su yuzhnoye.com.ua, Aviation Week, 6 dicembre 2014. URL consultato il 28 dicembre 2014 (archiviato dall'url originale il 29 novembre 2020).
  20. ^ a b Chris Bergin, Cygnus set for December Atlas V ride ahead of Antares return, su nasaspaceflight.com, 7 agosto 2015. URL consultato il 12 agosto 2015.
  21. ^ Orbital ATK Team on Track for Fall 2015 Cygnus Mission and Antares Return to Flight in 2016, su orbitalatk.com, Orbital ATK, 12 agosto 2015. URL consultato il 12 agosto 2015.
  22. ^ Antares Medium-class Space Launch Vehicle factsheet (PDF), su orbital.com, Orbital Sciences. URL consultato il 28 dicembre 2014 (archiviato dall'url originale il 14 gennaio 2015).
  23. ^ Chris Gebhardt, Orbital ATK looks ahead to CRS2 Cygnus flights, Antares on the commercial market, su nasaspaceflight.com, 1º giugno 2018.
  24. ^ (EN) Northrop Grumman Teams with Firefly Aerospace to Develop Antares Rocket Upgrade and New Medium Launch Vehicle, su news.northropgrumman.com, Northrop Grumman Newsroom. URL consultato l'8 agosto 2022.
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  26. ^ CASTOR 30-A Multi-use Motor, su atk.com, Alliant Techsystems. URL consultato il 10 giugno 2014 (archiviato dall'url originale il 14 luglio 2014).
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  29. ^ Antares User's Guide (PDF), su northropgrumman.com, Northrop Grumman, agosto 2018. URL consultato l'8 giugno 2021 (archiviato dall'url originale il 6 settembre 2018).
  30. ^ a b Chris Bergin, Stars align for Orbital's Antares – A-One debut set for mid-April, su nasaspaceflight.com, 17 marzo 2013. URL consultato il 22 aprile 2013.
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  32. ^ Gunter Krebs, PhoneSat v2, su space.skyrocket.de, Gunter's Space Page. URL consultato il 22 aprile 2013.
  33. ^ Gunter Krebs, PhoneSat v1, su space.skyrocket.de, Gunter's Space Page. URL consultato il 22 aprile 2013.
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  36. ^ a b Antares explodes moments after launch, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 28 ottobre 2014. URL consultato il 28 ottobre 2014.
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  38. ^ Melody Petersen, Before explosion, NASA knew aging Soviet engines posed risks, su latimes.com, Los Angeles Times, 3 gennaio 2015. URL consultato il 27 gennaio 2018 (archiviato dall'url originale il 4 gennaio 2015).
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  45. ^ Stephen Clark, First flight of Cygnus cargo craft delayed to September, su spaceflightnow.com, Spaceflight Now, 6 maggio 2013. URL consultato il 7 agosto 2013.
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  47. ^ ISS Commercial Resupply Services Mission (Orb-1), su orbital.com, Orbital Sciences Corporation, 12 gennaio 2014 (archiviato dall'url originale l'8 febbraio 2014).
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  49. ^ National Aeronautics and Space Administration - NASA Independent Review Team Orb–3 Accident Investigation Report Executive Summary nasa.gov
  50. ^ Mike Wall, Private Orbital Sciences Rocket Explodes During Launch, NASA Cargo Lost, su space.com, 28 ottobre 2014. URL consultato il 28 ottobre 2014.
  51. ^ OA-5 Fact Sheet (PDF), su orbitalatk.com, Orbital ATK. URL consultato il 10 ottobre 2016 (archiviato dall'url originale il 20 ottobre 2016).

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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