IUS

Inertial Upper Stage (lyh. IUS, aiempi nimi Interim Upper Stage) oli yhdysvaltalainen kaksivaiheinen kiinteäajoainen rakettivaihe, jonka kehitti ja jota valmisti Boeing. Vaiheen kehitys käynnistyi vuonna 1976 ja se laukaistiin ensi kertaa vuonna 1982. IUS oli suunniteltu siirtämään Titan 34D- ja Titan IV -kantoraketeilla sekä Avaruussukkulalla matalalle Maan kiertoradalle laukaistuja hyötykuormia lopullisille korkeammille kiertoradoilleen.

Taiteilijan näkemys kiertoradalla olevasta IUS-vaiheeseen kiinnitetystä Ulysses-aurinkoluotaimesta.

Kehitys

Nasa lähti ajamaan avaruussukkulaohjelman suunnitteluvaiheessa erillisen rakettivaiheen kehitystä, jolla voitaisiin kiihdyttää sukkulan matalalle Maan kiertoradalle viemiä hyötykuormia suurempienergiaisille kiertoradoille (esim. GTO tai GEO) tai pakonopeuteen. Hankkeen tarjouskilpailuun osallistuivat XXXX ja XXXX nesteajoaineisilla Centaur- (LH2 / LOX) ja Transtage-rakettivaiheillaan (Aerozine 50 / N2O4) sekä Boeing kiinteäajoaineisella Interim Upper Stagella (IUS),[1] jonka kehittäminen oli käynnistynyt vuonna 1976.[2] Transtage kykeni täyttämään Yhdysvaltain puolustusministeriön vaatimukset, mutta sen suorituskyky jäi Nasan tiedemissioiden vaatimuksista. Centaur kykeni täyttämään molempien virastojen missiovaatimukset, kun IUS oli Transtagea suorituskykyisempi ja täytti asevoimien tarpeet, mutta jäi edelleen Nasan vaatimuksista.

Jatkokehitykseen päätyivät Centaur ja IUS, joista jälkimmäinen sai toisen kiinteäajoaineisen lisävaiheen, jota voitiin käyttää satelliittien nostamiseen suoraan geostationaariselle kiertoradalle. Toinen vaihe kasvatti myös pakonopeuteen laukaistavissa olleen hyötykuorman massaa. Shuttle-Centaur -konseptin kehitys keskeytyi Challenger-onnettomuuden jälkeen. Interim Upper Stage nimettiin hankkeen edetessä uudelleen Inertial Upper Stageksi.

Boeing oli IUS-hankkeen pääurakoitsija,[2] ja United Technologiesin Chemical Systems Division (CSD) toimitti rakettivaiheissa käytetyt kiinteäajoaineiset moottorit. Avioniikkapuolen alihankkijoita olivat TRW, Cubic ja United Technologiesin alainen Hamilton Standard Division. TRW ja Cubic toimittivat vaiheen telemetria-, seuranta- ja ohjausalijärjestelmät. Hamilton Standard vastasi asennonsäätöjärjestelmästä. Avioniikkatietokoneen toimitti Hamilton Standardin alihankkija Delco.

Laukaisuprofiili
IUS-rakettivaiheeseen kiinnitetty Galileo-luotain vapautetaan Avaruussukkula Atlantiksen rahtitilasta lennolla STS-34.

Titan-laukaisujen yhteydessä raketti kuljetti IUS:ään kiinnitetyn hyötykuorman matalalle Maan kiertoradalle. Kantoraketista irtautumisen jälkeen IUS:n ensimmäinen vaihe kuljetti hyötykuorman elliptiselle siirtoradalle. Sukkulalaukaisut veivät IUS-hyötykuormayhdistelmän vastaavalle matalalle radalle, jolla yhdistelmä nostettiin noin 50 asteen kulmaan sukkulan rahtitilassa ja vapautettiin. IUS:n ensimmäisen vaiheen sytytys tapahtui sukkulan päästyä turvalliselle etäisyydelle siitä, jonka jälkeen vaihe vei hyötykuorman Titan-laukaisujen tapaan elliptiselle siirtoradalle. [1]

IUS:n käytetty ensimmäinen vaihe ja vaiheita yhdistävä interstage-osa irrotettiin siirtoradan apogeumissa. Toinen kiinteäajoaineinen moottori sytytettiin irtautumisen jälkeen, ja se kuljetti hyötykuorman lopulliselle ympyräradalle elliptiseltä siirtoradalta. Hyötykuorman vapauttamisen jälkeen IUS suoritti asennonsäätömoottoreillaan retrogradisen polton, jolla pudotettiin vaihe alemmalle kiertoradalle ja estettiin mahdolliset törmäykset hyötykuorman kanssa.

IUS:ää käytettiin suurempienergiaisille geostationaarisille kiertoradoille vietyjen tietoliikenne- ja tiedustelusatelliittien lisäksi planeettaluotainten laukaisuihin, jolloin sen toinen vaihe sytytettiin heti ensimmäisen palettua loppuun. Toisen vaiheen sytyttäminen alhaisilla ratakorkeuksilla, missä ratanopeus oli korkea, kiihdytti luotaimen Maan pakonopeuteen Oberth-ilmiön ansiosta. IUS:n suorituskyky oli raskaampaa nesteajoaineista Centaur-vaihetta heikompi. Centaur olisi kyennyt laukaisemaan esimerkiksi Galileo-luotaimen suoralla kaksivuotisella lentoradalla Jupiteriin, kun heikomman IUS:n kanssa luotaimen piti hyödyntää painovoimalinkoa useita kertoja kokonaislentoajan pidentyessä samalla kuuteen vuoteen.[3]

Tekniset tiedot

IUS on 5,2 metriä pitkä ja sen halkaisija on 2,9 m. Vaihe koostuu sen kantorakettiin yhdistävästä takaosasta (engl. aft skirt), alemmasta kiinteäajoaineisesta vaiheesta, jossa on 21 400 9707 kg ajoainetta, ja jonka työntövoima on 203 kN, sekä ylemmästä kiinteäajoaineisesta vaiheesta, jossa vastaavasti 2722 kg ajoainetta, ja jonka työntövoima 82 kN. Vaiheen avustaviin alijärjestelmiin kuuluvat avioniikka- ja RCS-järjestelmät. Avioniikka käsittää asennonsäätö-, telemetria- ja GN&C-järjestelmät (engl. guidance, navigation & control), sekä sähkönsyötön. Tehtävän kannalta kriittiset avioniikka- ja RCS-järjestelmät, TVC-ohjaus (engl. thrust vector control), moottorien sytytysjärjestelmät ja vaiheiden erottamisessa käytetty pyrotekniikka on kahdennettu korkean luotettavuuden saavuttamiseksi.[1]

Avaruussukkulalaukaisujen yhteydessä IUS kykeni viemään 2 270 kilogramman hyötykuorman suoraan geostationaariselle kiertoradalle tai 4 940 kg geostationaariselle siirtoradalle.

Alijärjestelmät
IUS:n rakennepiirros.

Runkorakenne

IUS:n runkorakenteen tehtävänä on vaiheeseen vaikuttavien kuormien hallinta. Merkittävimmät rakenneosat ovat kantorakettiin yhdistyvä takaosa (engl. aft skirt), kiinteäajoaineisten vaiheiden välinen interstage ja avustaviin alijärjestelmiä käsittävä equipment support section (ESS). Osissa käytettiin puolikuorirakennetta, jossa osittain kantavaa ulkokuorta vahvisti kuusi pitkittäisjäykistettä ja poikittaista muotokaarta. IUS:n ja kantoraketin väliset avoimet osat on lämpöeristetty MLI-kangasta (engl. multi layer insulation blanket).[1]

ESS

ESS:ään oli sijoitettu merkittävä osa vaiheen avioniikasta ja ohjausjärjestelmistä. Sen yläosassa sijaitsi halkaisijaltaan kolmemetrinen hyötykuorman kiinnitysrengas, joka toimi rajapintana IUS:n ja hyötykuorman sähköjärjestelmien välillä. ESS:n linjavaihdettavia yksikköjä (LRU, engl. line-replaceable unit) voidaan käsitellä ja vaihtaa rakenteessa olevien luukkujen kautta myös vaiheen kantorakettiin kiinnittämisen jälkeen.[1]

Laukaisut
Sarjanumero[4] Laukaisupäivä Kantoraketti / sukkula Hyötykuorma Huomiot Kuva
2 30.10.1982 Titan 34D DSCS II F-16/III A-1 Telemetriatietoja ei saatu liki koko lennon aikana, mistä huolimatta hyötykuorma saatiin oikealle radalle.
1 4.4.1983 Avaruussukkula Challenger (STS-6) TDRS-A (TDRS-1) IUS:n toisen vaiheen poltto epäonnistui ja hyötykuorma joutui virheelliselle kiertoradalle. Boeingin lentoa valvova henkilökunta onnistui irrottamaan hyötykuorman vaiheesta, jolloin se saatiin ohjattua omilla moottoreillaan lopulliselle oikealle radalleen.
11 24.1.1985 Avaruussukkula Discovery (STS-51-C) USA-8 (Magnum) Salainen puolustusministeriön hyötykuorma.
12 3.10.1985 Avaruussukkula Atlantis (STS-51-J) USA-11/12 (DSCS) Salainen puolustusministeriön hyötykuorma.
3 28.1.1986 Avaruussukkula Challenger (STS-51-L) TDRS-B Challenger-onnettomuus[5]
7 29.9.1988 Avaruussukkula Discovery (STS-26) TDRS-C (TDRS-3)
9 13.3.1989 Avaruussukkula Discovery (STS-29) TDRS-D (TDRS-4)
18 4.5.1989 Avaruussukkula Atlantis (STS-30) Magellan Venus-luotain
8 14.6.1989 Titan 402A USA-39 (DSP)
19 18.10.1989 Avaruussukkula Atlantis (STS-34) Galileo Jupiter-luotain
5 23.11.1989 Avaruussukkula Discovery (STS-33) USA-48 (Magnum) Salainen puolustusministeriön hyötykuorma.
17 6.10.1990 Avaruussukkula Discovery (STS-41) Ulysses-aurinkoluotain
6 13.11.1990 Titan 402A USA-65 (DSP)
15 2.8.1991 Avaruussukkula Atlantis (STS-43) TDRS-E (TDRS-5)
14 24.11.1991 Avaruussukkula Atlantis (STS-44) USA-75 (DSP)
13 13.1.1993 Avaruussukkula Endeavour (STS-54) TDRS-F (TDRS-6)
20 22.12.1994 Titan 402A USA-107 (DSP)
26 13.7.1995 Avaruussukkula Discovery (STS-70) TDRS-G (TDRS-7)
4 23.2.1997 Titan 402B USA-130 (DSP)
21 9.4.1999 Titan 402B USA-142 (DSP) IUS:n vaiheiden irtautuminen epäonnistui, hyötykuorma päätyi käyttökelvottomalle kiertoradalle.
27 23.7.1999 Avaruussukkula Columbia (STS-93) Chandra-avaruusteleskooppi Viimeinen sukkulalla lauksaistu IUS.
22 8.5.2000 Titan 402B USA-149 (DSP)
16 6.8.2001 Titan 402B USA-159 (DSP)
10 14.2.2004 Titan 402B USA-176 (DSP)

Lähteet
  1. Dumoulin, Jim: Space Transportation System Payloads NSTS Shuttle Reference Manual (1988). 31.8.2000. Nasa. Arkistoitu 27.12.2019. Viitattu 26.12.2019. (englanniksi)
  2. Pike, John: Titan IV Inertial Upper Stage (IUS) globalsecurity.org. 21.7.2011. Viitattu 26.12.2019. (englanniksi)
  3. Taming liquid hydrogen : the Centaur upper stage rocket history.nasa.gov. Viitattu July 24, 2014.
  4. IUS Gunter's Space Page. Viitattu 21 July 2012.
  5. Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) NASA Space Communications. Arkistoitu 20.3.2009. Viitattu 25.6.2009.

    Aiheesta muualla
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.