Japońska Agencja Badań Kosmicznych dociera na orbitę wraz z drugim wystrzeleniem statku kosmicznego H3

Japońska rakieta H3 podjęła drugą próbę osiągnięcia orbity w sobotę, 11 miesięcy po niepowodzeniu podczas swojego dziewiczego lotu. Rakieta pomyślnie wysłała symulator masy i dwa małe satelity na tę samą 669-kilometrową orbitę synchroniczną ze Słońcem, na którą celowała poprzednia misja. Start rozpoczął się o godzinie 00:22 UTC (9:22 czasu lokalnego) z Launch Pad 2 w kompleksie startowym Yoshinobu w Tanegashima Space Center.

Japońska Agencja Badań Kosmicznych (JAXA) i Mitsubishi Heavy Industries (MHI) opracowały H3 jako następcę pojazdów H-IIA i H-IIB poprzedniej generacji. H-IIA, który po raz pierwszy odbył lot w 2001 r., stanowi podstawę japońskiego programu kosmicznego, ale pozostały mu już tylko dwa starty i oczekuje się, że zostanie wycofany do końca roku. Mocniejszy H-IIB odbył swój ostatni lot w 2020 roku.

H3 odbył swój dziewiczy lot 7 marca 2023 r., niosąc satelitę Advanced Earth Observing Satellite 3 (ALOS-3). Misja nominalnie rozpoczęła się zgodnie z planem w pierwszej fazie lotu i fazie separacji. Jednak drugi stopień rakiety nie zapalił się. Trzynaście minut i 55 sekund po starcie, gdy stało się jasne, że rakieta nie będzie w stanie dotrzeć na orbitę, system zakończenia lotu (FTS) otrzymał rozkaz zniszczenia pojazdu.

Dochodzenie zidentyfikowało trzy możliwe przyczyny awarii, koncentrując się na nieprawidłowym odczycie mocy wykrytym w momencie wysłania polecenia zapłonu do drugiego stopnia. Zidentyfikowane scenariusze obejmowały zwarcie zapalnika, przetężenie w zapalniku lub przetężenie w głównym module sterującym układu napędowego drugiego stopnia, które rozprzestrzenia się do nadmiarowego modułu sterującego. Zmiany zaproponowano, aby zapewnić, że te tryby awarii nie wystąpią podczas przyszłych misji, i wprowadzono je, zanim H3 powrócił do lotu z sobotnią misją.

Sobotni start nazwano Lotem Testowym 2, w skrócie TF2. Po niepowodzeniu pierwszego lotu H3, głównym ładunkiem TF2 był ładunek oceny pojazdu 4 (VEP-4). VEP-4 to symulator masy, który symuluje obecność statku kosmicznego na pokładzie rakiety bez ryzyka kosztów i skutków projektu w postaci utraty kolejnego dużego satelity, jeśli TF2 nie zakończy swojej misji sukcesem.

Aby jak najlepiej wykazać, że problemy napotkane podczas pierwszego lotu testowego zostały rozwiązane, TF2 miał podobny profil startu jak TF1, a VEP-4 zbudowano z tą samą masą co ALOS-3 – około 3000 kilogramów. VEP-4 jest kontynuacją trzech poprzednich VEP – wyniesionych na pokład pierwszego wystrzelenia H-II w 1994 r. oraz pierwszego i drugiego wystrzelenia H-IIA w 2001 i 2002 r. – które zostały wyposażone do gromadzenia danych na temat wydajności i działania rakiet nośnych.

Oprócz VEP-4 podczas sobotniego startu na pokładzie znajdowała się także para małych satelitów — CE-SAT-1E i TIRSAT — jako dodatkowy ładunek. Są to misje tańsze i charakteryzujące się mniejszą niechęcią do ryzyka, które wykorzystują zwiększoną ładowność H3 do dotarcia na orbitę. CE-SAT-1E, czyli Canon Electric Satellite 1E, to część serii lekkich satelitów do obrazowania opracowanych przez firmę Canon Electronics, która obejmuje przetworniki obrazu oparte na gamie dostępnych na rynku aparatów firmy Canon. Jego główny instrument oparty jest na Canonie EOS R5 z 40-centymetrowym teleskopem reflektorowym, natomiast dodatkowy przetwornik obrazu pochodzi z PowerShot S110.

TIRSAT to trzymodułowy CubeSat o masie około sześciu kilogramów. W ramach partnerstwa pomiędzy Japan Space Systems, Seiren Corporation oraz kilkoma innymi organizacjami i uniwersytetami satelita zweryfikuje na orbicie mały niechłodzony czujnik podczerwieni, ładunek termowizyjny w podczerwieni przeznaczony dla przyszłych misji. Obrazowanie w podczerwieni umożliwia identyfikację i monitorowanie emisji cieplnych; Potencjalne zastosowania obejmują monitorowanie przemysłu i zarządzanie katastrofami.

Dwa dodatkowe ładunki są zamontowane po obu stronach VEP-4 i rozdzielone na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) w fazie wybrzeża po zakończeniu pierwszego spalania silnika drugiego stopnia. CE-SAT-1E jest instalowany przy użyciu urządzenia do mocowania ładunku SimplePAF15M (PAF), podczas gdy TIRSAT jest umieszczony w standardowym koncentratorze CubeSat.

VEP-4 oczekuje na integrację z rakietą nośną (Źródło: JAXA)

H3 to rakieta dwustopniowa, w której oba stopnie spalają kriogeniczny ciekły wodór i ciekły tlen. Może latać w kilku różnych konfiguracjach, różniących się liczbą silników pierwszego stopnia, liczbą dopalaczy rakiet na paliwo stałe, które zwiększają pierwszy stopień oraz długością owiewki ładunku. Każda konfiguracja ma trzyliterowe oznaczenie, gdzie pierwsza liczba wskazuje liczbę silników w pierwszym stopniu, druga wskazuje liczbę stałych dopalaczy, a trzecia litera „S” lub „L” oznacza użycie. Odpowiednio krótki lub długi prezent.

We wszystkich konfiguracjach pierwszy stopień napędzany jest silnikami LE-9, natomiast drugi stopień wykorzystuje pojedynczy silnik LE-5B-3. W konfiguracjach wykorzystujących silniki rakietowe na paliwo stałe, wzmacniacze SRB-3 firmy IHI Aerospace (nie mylić z SRB-A3 używanym w H-IIA) są przymocowane ukośnie wokół podstawy pierwszego stopnia, aby zapewnić dodatkowy ciąg.

Trzysilnikowa wersja pierwszego stopnia H3 będzie używana bez wspomagaczy w konfiguracjach 30S i 30L. Modele 22S i 22L mają dwusilnikowy pierwszy stopień z dwoma silnikami rakietowymi na paliwo stałe, a modele 24S i 24L wykorzystują ten sam pierwszy stopień z czterema wzmacniaczami. Krótki ładunek ma długość 10,4 m, natomiast długi ładunek ma długość 16,4 m. Obydwa typy owiewek mają tę samą średnicę: 5,2 metra.

W misji TF2 wykorzystano H3-22S, w tej samej konfiguracji, w której odbył się pierwszy lot. Został wystrzelony z Launch Pad 2 (LP2) w Yoshinobu Launch Complex, części Centrum Kosmicznego Tanegashima JAXA, zlokalizowanego na wyspie Tanegashima, u południowego wybrzeża Kiusiu.

LP2 powstał na początku XXI wieku jako platforma zapasowa dla startów H-IIA, jednak nigdy nie był używany przez H-IIA. Zamiast tego jej pierwszy wystrzelenie miało miejsce w 2009 r. wraz z debiutem rakiety H-IIB, z których wszystkie dziewięć wystrzelono z LP2. W zeszłym roku z LP2 odbył się także pierwszy lot H3. Najbliższa platforma startowa 1 jest starsza, została zbudowana przed pierwszym wystrzeleniem H-II w 1994 r. i nadal jest używana przez H-IIA.

Pomimo tej samej konfiguracji, rakieta lecąca w misji TF2 różni się nieco od rakiety, która leciała w misji TF1. W drugim etapie dokonano zmian w zapłonniku silnika i jednostkach sterujących układu napędowego w oparciu o wyniki badania awarii TF1, przy czym jednym z silników pierwszego etapu był LE-9 Typ 1A, który obejmował ulepszenia w stosunku do standardowego LE- 9 silnik. Typ 1, aby poprawić jego niezawodność.

Podczas operacji integracyjnych pierwszy stopień rakiety H3 TF2 zostaje podniesiony do pozycji pionowej (Źródło: JAXA)

W przypadku startów japońskich początek misji oznaczono jako X0, a nie T0, jak jest to bardziej powszechne w przypadku startów na Zachodzie. Dwa silniki pierwszego stopnia LE-9 odpaliły na kilka sekund przed X0, po czym uruchomiły się dopalacze SRB-3, a rakieta wystartowała przy punkcie zerowym. SRB-3 spłonęły i oddzieliły się od pojazdu po minucie i 56 sekundach od startu, a ładunek został pomyślnie oddzielony po trzech minutach i 34 sekundach misji.

Lot pierwszego etapu trwał do X+4 minut i 58 sekund, kiedy nastąpiła awaria silnika głównego, czyli MECO. Następnie silniki LE-9 wyłączyły się po wypełnieniu swojej roli w misji, a etap został rozdzielony po siedmiu sekundach MECO.

Następne zdarzenie lotnicze i moment, w którym poprzedni start H3 nie powiódł się – zapłon drugiego stopnia – zakończyło się pomyślnie 12 sekund po starcie. Oznaczało to początek trwającego 11 minut i 19 sekund spalania silnika LE-5B-3, który wtryskiwał drugi stopień H3 LEO. Następnie 21 sekund po zakończeniu drugiego etapu spalania wystrzelono CE-SAT-1E, a około 500 sekund później oddzielono TIRSAT.

Po niemal pełnym okrążeniu drugi etap został wznowiony w celu zejścia z orbity i bezpiecznego powrotu VEP-4 nad Ocean Indyjski. Zapłon rozpoczął się w X+1 godzinie 47 minut 13 sekund, a spalanie trwało 26 sekund.

Ostatecznym celem misji było przetestowanie mechanizmu separacji w celu zabezpieczenia VEP-4 do drugiego etapu. Aby mieć pewność, że VEP-4 nie pozostanie na orbicie jako śmieci kosmiczne, test ten przeprowadzono około 40 sekund po zakończeniu procesu wypalania orbity.

Oprócz mechanizmu separacji ładunek jest również przymocowany do rakiety za pomocą śrub ograniczających, co umożliwia jej przesunięcie o około centymetr i zapobiega oddaleniu się po przeprowadzeniu testu separacji.

Ten udany lot testowy ułatwi H3 rozpoczęcie przenoszenia ładunków operacyjnych, a przed końcem roku zaplanowano uruchomienie kilku kolejnych misji. Będą one wyposażone w satelitę monitorującego zasoby ALOS-4, wojskowego satelitę komunikacyjnego i satelitę nawigacyjnego QZS-5. W ciągu najbliższych kilku lat H3 wyśle ​​kilka statków kosmicznych HTV-X do zaopatrzenia Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a także do wyniesienia misji na Księżyc i Marsa.

(Zdjęcie główne: start H3 przed misją VEP 4. Źródło zdjęcia: MHI)