Owiewka ładunku użytecznego

Owiewka ładunku użytecznego – owiewka rakiety nośnej chroniąca ładunek użyteczny przed oddziaływaniem ciśnienia dynamicznego, obciążeniami akustycznymi oraz przed nagrzewaniem aerodynamicznym. Po wyniesieniu ponad atmosferę Ziemi owiewka jest odrzucana, odsłaniając ładunek użyteczny^[1].

Konstrukcja

Typowa owiewka ładunku użytecznego ma kształt cylindryczno-stożkowy, co pomaga zredukować opór aerodynamiczny, aczkolwiek istnieją owiewki o innych kształtach. Kształt owiewki jest wynikiem optymalizacji – w celu redukcji oporu aerodynamicznego korzystne jest zastosowanie owiewki o ostrym stożku, z kolei obły kształt pozwala na zwiększenie objętości owiewki. Niektóre rakiety nośne (np. H-II oraz Electron) mają kilka rodzajów owiewek, co pozwala na wybór owiewki zgodny z potrzebami klienta^[2][3]. Owiewka, która rozdziela się na dwie połowy w czasie jej odrzucania to owiewka muszlowa (ang. clamshell fairing), z uwagi na podobieństwo do dwuklapowej muszli małż. W niektórych rakietach owiewka ładunku użytecznego osłania zarówno ładunek użyteczny, jak i górny stopień rakiety nośnej – takie rozwiązanie jest wykorzystane np. w rakietach Atlas V^[4] oraz Proton M^[5]. Konwencjonalne owiewki są zbudowane z płyt komórkowych by uzyskać małą masę i dużą sztywność na zginanie, najczęściej ze stopów aluminium lub CFRP. Duża sztywność jest kluczowa, by zapewnić, że struktura owiewki pod naporem obciążeń nie odkształci się i nie uszkodzi znajdującego się wewnątrz ładunku użytecznego. W przeszłości wykorzystywano również włókna szklane, na przykład w pierwszych rakietach Atlas-Centaur^[6]. Struktury są pokrywane od zewnątrz lub od wewnątrz izolatorami ciepła oraz pokryciami tłumiącymi hałas^[2]. Owiewki są często wyposażone w drzwi inspekcyjne oraz systemy wentylacyjne. Hermetycznie zamknięta owiewka może zapewnić ładunkowi użytecznemu kontrolowane parametry środowiskowe^[7]. Krytycznym systemem owiewki ładunku użytecznego jest mechanizm separacji i odrzucania owiewki. Mechanizm ten musi wytrzymać obciążenia mechaniczne oraz termiczne w czasie wzlotu rakiety, a następnie niezawodnie rozdzielić elementy owiewki – zazwyczaj dwie połowy – od siebie. Ponieważ awaria mechanizmu doprowadziłaby do niepowodzenia misji, konieczne jest zapewnienie jego wysokiej niezawodności. Wykorzystywane są mechanizmy pirotechniczne, wykorzystujące nacięte śruby^[2] lub mechanizmy pneumatyczne^[3].

Odzysk i ponowne użycie owiewek

Przed 2017 r. po odrzuceniu owiewka płonęła w atmosferze a jej resztki spadały do oceanu. Po raz pierwszy próbę ich odzyskania w celu ponownego wykorzystania podjęła firma SpaceX, która 30 marca 2017 roku dokonała pierwszego w historii odzysku owiewki. Owiewka jest wyhamowywana przez silniki rakietowe, a w końcowej fazie lotu z pomocą spadochronów^[8]. Drugi udany odzysk miał miejsce 25 czerwca 2019 roku, gdy odzyskano owiewkę rakiety Falcon Heavy^[9]. Obecnie firma SpaceX często odzyskuje owiewki ładunku użytecznego. Koszt jednej owiewki wynosi 6 milionów dolarów^[10], co stanowi ok. 10% kosztu startu rakiety. Alternatywne podejście do zagadnienia prezentuje firma Rocket Lab. Rozwijana przez nią rakieta Neutron ma mieć owiewkę, która będzie się otwierać w celu wypuszczenia górnego stopnia rakiety z ładunkiem użytecznym, a następnie zamknie się i zostanie odzyskana wraz z pierwszym stopniem^[11].

Producenci

Producentem owiewek ładunku jest firma RUAG Space. Produkuje m.in. owiewki ładunku rakiety Ariane^[12] oraz owiewki rakiety Atlas V^[13]

Owiewki ładunku użytecznego wytwarza Hindustan Aeronautics Ltd. z Indii^[14]

SpaceX wytwarza owiewki ładunku użytecznego wykorzystywane w ich rakietach nośnych^[15]

Owiewki rakiet japońskich są produkowane przez firmę Kawasaki^[2]

Niepowodzenia spowodowane awarią owiewki

W czerwcu 1966 roku rakieta Atlas SLV-3 z powodzeniem umieściła na orbicie Agena Target Vehicle, planowany do wykorzystania przez załogową misję Gemini 9. W czasie podejścia do dokowania załoga zauważyła, że owiewka nie otworzyła się poprawnie i uniemożliwia dokowanie. Przez błąd techników przygotowujących rakietę do lotu, dwa sznury zabezpieczające, które powinny były być zdjęte przed lotem, pozostały na miejscu, uniemożliwiając poprawną separację.

W latach 90. problemy z owiewką spowodowały liczne awarie rakiety Long March 2E^[16].

W roku 1999 nie udało się wynieść na orbitę satelity obserwacyjnego IKONOS-1 po awarii owiewki ładunku użytecznego rakiety Athena II. Awaria sprawiła, że rakieta nie była w stanie osiągnąć prędkości niezbędnej do wejścia na orbitę^[17].

24 lutego 2009 roku satelita Orbiting Carbon Observatory przygotowany przez NASA nie osiągnął orbity. Winną była awaria owiewki ładunku użytecznego, która nie oddzieliła się od rakiety Taurus XL. W efekcie pojazd miał zbyt wysoką masę i nie był w stanie wejść na orbitę Ziemi. Rakieta spadła do Oceanu Indyjskiego w pobliżu Antarktydy^[18][19].

25 sierpnia 2009 roku pierwsza rakieta nośna Korei Południowej – Naro-1 – doznała niepowodzenia, ponieważ tylko jedna połowa owiewki została poprawnie odrzucona i w rezultacie rakieta zeszła z planowanej trajektorii, a wynoszony satelita nie wszedł na orbitę^[20].

4 marca 2011 roku rakieta Taurus XL ponownie doznała awarii owiewki, przez co satelita NASA Glory nie dotarł na orbitę i spadł do Oceanu Indyjskiego^[21]. Była to druga taka awaria z rzędu, co sprawiło, że NASA zdecydowała, że satelita OCO-2, który pierwotnie miał zostać wyniesiony przez rakietę Taurus, zostanie wyniesiony przez rakietę Delta II^[22].

31 sierpnia 2017 roku satelita Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych IRNSS-1H nie został wyniesiony z powodu awarii mechanizmu separacji owiewki na rakiecie PSLV-C39. Dodatkowa masa owiewki sprawiła, że rakieta nie osiągnęła orbity. Ładunek użyteczny oddzielił się prawidłowo, ale utknął w owiewce^[23][24].

Dnia 3 sierpnia 2021 roku nie udał się start chińskiej komercyjnej rakiety Hyperbola-1. Firma iSpace ujawniła, że przyczyną była awaria separacji owiewki, przez co rakieta nie była w stanie wejść na orbitę^[25].

10 lutego 2022 roku nie powiódł się lot rakiety Astra 3.3. Na podstawie wstępnej analizy danych podejrzewa się, że awaria była spowodowana nieprawidłową separacją owiewki ładunku użytecznego^[26]

Galeria

• 
  Satelita NASA Solar Dynamics Observatory umieszczany w owiewce rakiety nośnej Atlas V
• 
  Rakieta Atlas z ładunkiem użytecznym National Reconnaissance Office w owiewce ładunku użytecznego, gotowa do startu
• 
  Drugi stopień rakiety Falcon 9 i dwie części odrzuconej owiewki łądunku użytecznego (lewy górny róg), pierwszy stopień rakiety Falcon 9 second (prawy dolny róg)
• 
  Boeing X-37B przed umieszczeniem w owiewce ładunku użytecznego

Przypisy

Zobacz multimedia związane z tematem: Owiewka ładunku użytecznego