Atlas-Centauro

El Atlas-Centaur era un vehículo de lanzamiento prescindible estadounidense derivado del misil SM-65 Atlas D. El vehículo presentaba una etapa superior Centaur, la primera etapa que utiliza hidrógeno líquido de alto rendimiento como combustible. Los lanzamientos se realizaron desde el Complejo de Lanzamiento 36 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral (CCAFS) en Florida. Después de un arduo programa de pruebas de vuelo, Atlas-Centaur lanzó varias misiones de vuelos espaciales cruciales para los Estados Unidos, incluidas Surveyor 1, Mariner 4 y Pioneer 10/11. El vehículo se desarrollaría y mejoraría continuamente hasta la década de 1990, siendo el último descendiente directo el exitoso Atlas II.

Desarrollo temprano

Convair, el fabricante del Atlas, desarrolló la etapa superior Centaur específicamente para ese propulsor, compartiendo su estructura de tanque con presión estabilizada.

Técnico

Centaur fue la primera etapa de cohete que utilizó hidrógeno líquido (LH2) y oxígeno líquido (LOX) como propulsores. A pesar de presumir de un alto rendimiento, el LH2 tuvo que enfriarse a temperaturas extremadamente bajas (inferiores a las del LOX) y su baja densidad significó que se necesitaran grandes tanques de combustible.

El primer intento de utilizar un motor alimentado con LH2/LOX fue el programa ultrasecreto de aviones de reconocimiento Lockheed CL-400 Suntan de la Fuerza Aérea de EE. UU. a mediados de la década de 1950. Convair y otros recogieron el progreso realizado durante la empresa abortada para utilizarlo en la etapa de cohete. Originalmente, Centaur fue concebido como un proyecto puramente experimental para desarrollar una experiencia para etapas de cohetes más grandes y potentes para no distraer la atención de Convair en el importante programa de misiles SM-65 Atlas.

Convair desarrolló una versión especialmente mejorada del vehículo Atlas D para acoplarse con etapas Centaur; El Atlas estaba equipado con una sección propulsora mejorada, la MA-5, que tenía dos turbobombas en cada motor propulsor, y la estructura reforzada para la gran etapa superior, junto con tanques de combustible alargados. El desarrollo de Centaur se vio algo difícil por la insistencia en modificar los componentes de Atlas en lugar de desarrollar otros totalmente nuevos. Esto se hizo por razones de tiempo y presupuesto y porque permitió fabricar el Centaur en la línea de montaje Atlas existente en Convair. Los motores fueron fabricados por Pratt & Whitney.

Programa

Aunque originalmente bajo la supervisión de ARPA, Centaur fue transferido a la NASA en julio de 1959, once meses después de la creación del programa. However, the Air Force kept overall supervision in part because they intended to use Centaur to launch a network of military communications satellites known as ADVENT. Una constelación de diez satélites proporcionaría comunicaciones instantáneas de las tres principales ramas del ejército estadounidense. Los tres primeros se lanzarían en un Atlas-Agena, luego el resto en Centaur. ADVENT nunca salió del tablero de dibujo, pero Centaur rápidamente encontró un uso para varios proyectos de sonda planetaria de la NASA, a saber, Mariner y Surveyor.

La falta inicial de fondos hizo que el proyecto se prolongara mucho más de lo previsto. Según los cronogramas originales, Centaur debía realizar su primer vuelo en enero de 1961.

Vuelos de investigación y desarrollo (I/D)

Primer vuelo

En octubre de 1961, el primer Atlas-Centaur (Vífico Vuelo-1: Atlas 104D y Centaur F-1) llegó al Cabo Canaveral y se erigió en el nuevo LC-36A construido específicamente. Problemas técnicos hicieron que el vehículo se sentara en la plataforma de lanzamiento durante siete meses, siendo el más grave la fuga de hidrógeno líquido a través de la mampara intermedia que separa los tanques propulsores combinados con numerosos males menores con los sistemas de orientación y propulsión.

Fracaso

El vehículo fue lanzado a las 2:49 p.m. EST (18:49 GMT) el 8 de mayo de 1962, con la intención de realizar una única combustión con un Centaur parcialmente alimentado. Poco menos de un minuto después del lanzamiento, la etapa Centaur se rompió y se desintegró, llevándose consigo al Atlas en cuestión de segundos. Al principio no estaba claro qué había causado la falla, ya que las imágenes de la cámara de seguimiento simplemente mostraban una gran nube blanca que envolvía el propulsor seguida de la explosión de todo el vehículo de lanzamiento. Las suposiciones iniciales fueron que Atlas había sufrido una falla en el tanque LOX, ya sea por un problema de presurización, ruptura del tanque debido a escombros voladores o problemas estructurales de flexión/aerodinámicos causados por la combinación no probada Atlas-Centaur, y de hecho, había habido varios incidentes previos de estos modos de falla en los lanzamientos de Atlas. Faltaban solo unos días para el vuelo Mercury de Scott Carpenter, y si la falla fue causada por el Atlas, podría significar retrasos significativos para esa misión, que utilizó un propulsor Atlas LV-3B similar derivado del Atlas D. Sin embargo, el análisis de los datos de telemetría y un examen más detenido de las películas de lanzamiento confirmaron rápidamente que el Centaur era la fuente del problema.

Se determinó que la falla fue causada por un panel aislante que arrancó el Centaur durante el ascenso, lo que provocó un aumento repentino en la presión del tanque cuando el LH2 se sobrecalentó. A partir de T+44 segundos, el sistema neumático respondió ventilando propulsor para reducir los niveles de presión, pero finalmente excedieron la resistencia estructural del tanque LH2. En T+54 segundos, el Centaur experimentó una ruptura estructural total y una pérdida de telemetría, el tanque LOX se rompió y produjo una explosión al mezclarse con la nube de hidrógeno. Dos segundos más tarde, los escombros voladores rompieron el tanque LOX del Atlas, seguido de la destrucción completa del vehículo de lanzamiento. Se suponía que el panel se desecharía a 80 km (49 millas) de altura cuando el aire era más fino, pero el mecanismo que lo mantenía en su lugar no estaba diseñado adecuadamente, lo que provocó una separación prematura. Durante el desarrollo de Centaur ya se sospechaba que los paneles aislantes eran un área potencialmente problemática, y la posibilidad de una ruptura del tanque de LH2 se consideró como un escenario de falla. Las pruebas se suspendieron mientras se hacían esfuerzos para corregir los defectos de diseño del Centaur.

Investigación

Una investigación del Congreso en junio de 1962 calificó la gestión general del programa Centaur de "débil" y Wernher von Braun recomendó que se cancelara en favor de un Saturn I con una etapa superior Agena para misiones planetarias.

Además, la etapa de producción Centaur tenía menos capacidad de elevación de lo planeado originalmente, lo que llevó a ARPA a cancelar el Proyecto ADVENT. La NASA transfirió el desarrollo de Centaur del MSFC al Centro de Investigación Lewis en Ohio, donde un equipo encabezado por Abe Silverstein trabajó para corregir los problemas del panel aislante y varios otros defectos de diseño.

En noviembre de 1962, el presidente Kennedy sugirió cancelar Centaur por completo, pero lo disuadieron basándose en que la experiencia adquirida con los motores de cohetes de hidrógeno líquido era vital para el éxito del programa Apolo. Además, von Braun propuso ahora que se descartara el Saturn-Agena por razones de coste: Saturno era demasiado caro para justificarlo como vehículo de lanzamiento de pequeñas sondas no tripuladas. Agena estaba demostrando ser una pesadilla de confiabilidad tanto en los programas de la Fuerza Aérea como de la NASA.

Se programó la finalización de ocho misiones de prueba Atlas-Centaur para finales de 1964, seguidas del primer lanzamiento del programa Surveyor. Centaur fue ascendido a proyecto de alta prioridad debido a su relación directa con Apolo.

Mientras tanto, el Departamento de Defensa (DoD) se había decidido por la familia Titan para sus necesidades de lanzamiento de carga pesada, por lo que el Atlas-Centaur seguiría siendo un vehículo de lanzamiento civil utilizado por la NASA para transportar cargas útiles científicas y comerciales. También existió un conflicto entre la Fuerza Aérea, que tenía la supervisión principal del Atlas, y la NASA, ya que la etapa Centaur requirió varias modificaciones al Atlas básico. En 1962, la Fuerza Aérea había considerado el Atlas completamente desarrollado y operativo y estaba en contra de cualquier cambio significativo adicional que pudiera potencialmente poner en peligro el programa de misiles balísticos intercontinentales. La disputa finalmente se resolvió cuando la NASA acordó comprar vehículos Atlas D estándar que podrían modificarse a medida para los lanzamientos de Centaur. Sin embargo, cuando finalizó el programa Atlas ICBM en 1965, Convair reemplazó todas las variantes anteriores con un propulsor estandarizado para todos los lanzamientos espaciales.

Segundo vuelo

Más de un año después, el 27 de noviembre de 1963 a las 19:03:23 GMT, AC-2 (Atlas 126D y Centaur stage #2) tuvo lugar cinco días después del asesinato del presidente Kennedy. La etapa Centaur rediseñada funcionó sin problemas y realizó un único encendido hasta la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) (órbita de 474 x 1586 km, inclinación de 30,4° y período de 105,8 minutos), donde permanecerá en 2021. Los paneles aislantes fueron permanentemente pegado al escenario ya que el problema del descarte aún no se había resuelto. Los datos de vibración demostraron que los paneles se habrían desprendido prematuramente si no hubieran estado atornillados. La solución definitiva al problema del panel añadió más masa seca al Centaur, reduciendo aún más su capacidad de carga útil. Este vehículo de lanzamiento Atlas-Centaur 2 se utilizó para pruebas de rendimiento e integridad estructural. Llevaba una carga útil de 4621 kg y estaba equipado con 907 kg de sensores, equipos y telemetría.

Tercer vuelo

El vuelo AC-3 (Atlas 135D y Centaur #3) fue lanzado el 30 de junio de 1964 a las 14:04:22 GMT con una carga útil de 4815 kg. El rendimiento del Atlas fue cercano al nominal, con el sustentador ligeramente rico en LOX durante los primeros 70 segundos de vuelo y la trayectoria más elevada de lo esperado. Se probaron por primera vez los desprendimientos del panel de aislamiento y de la cubierta de carga útil. Después de la puesta en escena del Centaur y el arranque del motor, el motor número dos (C-2) comenzó a perder el control de balanceo. El motor C-1 pudo compensar por un tiempo, pero el Centaur finalmente perdió el control y comenzó a dar vueltas. El apagado prematuro del motor debido a la falta de propulsor se produjo en T+496 segundos y el Centaur impactó en el Atlántico Sur. La investigación posterior al vuelo rastreó el mal funcionamiento hasta una falla del actuador del cardán hidráulico del motor Centaur-2.

Cuarto vuelo

El vuelo AC-4 (Atlas 146D y Centaur #4) fue lanzado el 11 de diciembre de 1964 a las 14:25:02 GMT con una carga útil de 2993 kg (que llevaba un modelo de masa de la nave espacial Surveyor). Realizó pruebas de propulsión y separación de etapas, tras dos intentos frustrados debido al mal tiempo. El sistema de guía se operó en circuito cerrado por primera vez y se intentó recuperar la cubierta de carga útil, que estaba equipada con un globo diseñado para liberar tinte marcador verde en el océano. Los equipos de recuperación avistaron el sudario, pero se hundió en el océano y no pudieron localizarlo. La fase Atlas del vuelo y la fase inicial del vuelo Centaur transcurrieron sin incidentes. La misión salió mal cuando el Centaur no pudo reiniciarse debido a una modificación de diseño mal concebida: los cohetes libres se redujeron de tamaño para ahorrar peso, sin embargo, resultaron insuficientes para asentar los propulsores en los tanques. Posteriormente, la salida de hidrógeno provocó que el vehículo perdiera el control. Después de diez órbitas, el Centauro volvió a entrar sobre el Pacífico Sur, el 12 de diciembre de 1964.

Quinto vuelo

El vuelo AC-5 (Atlas 156D) del 2 de marzo de 1965 a las 13:25 GMT desde Cabo Kennedy en órbita muy elíptica, con una carga útil (Surveyor SD-1) de 951 kg, sólo estaba destinado a realizar un Una sola quemadura del Centaur C, y los funcionarios del programa se sintieron confiados. Esta misión fue diseñada para ensayar un encendido completo de la etapa superior Centaur en apoyo del programa de módulo de aterrizaje lunar Surveyor. En una misión nominal, el Centauro impulsaría su carga útil en una trayectoria de ascenso directo a la Luna. En este vuelo de prueba, la NASA planeó entregar la carga útil, un modelo dinámico no funcional conocido como SD-1, en una órbita de 167 × 926,625 km que simulaba una trayectoria de transferencia lunar.

Fracaso

El vuelo terminó rápidamente en un desastre cuando los motores propulsores del Atlas se apagaron después de unos pocos pies de ascenso del vehículo y el cohete volvió a caer sobre el LC-36A y explotó, la carga LH2 del Centaur se disparó en una enorme bola de fuego para la mayor explosión en una plataforma vista hasta ahora en Cabo Cañaveral. Sin embargo, este fue también el primer Atlas-Centaur equipado con motores propulsores MA-5 de 165.000 lb (75.000 kg) de empuje mejorados después de las pruebas anteriores en dos vuelos Atlas-Agena. El daño al LC-36A no fue tan grave como parecía y las reparaciones se completaron en gran medida en tres meses, pero la finalización del LC-36B también se aceleró. La mayoría de los daños fueron térmicos más que estructurales, y la parte superior de la torre umbilical, que estaba en el centro de la explosión del LH2, había sido sometida a temperaturas de 3315 °C. El accidente marcó el primer fallo de un propulsor Atlas en un lanzamiento espacial desde Midas 8 en junio de 1963, un nuevo récord en el momento de 26 vuelos consecutivos con sólo fallos de funcionamiento de las etapas superiores o de la carga útil. Esta sería la última explosión en una plataforma en Cabo Cañaveral hasta 2016 (accidente previo al vuelo del SpaceX Falcon 9).

La investigación posterior al vuelo examinó varias razones posibles para el apagado del motor de refuerzo, incluido un cierre accidental de la válvula de desconexión de etapas de combustible de refuerzo, una válvula de llenado/drenaje de combustible abierta o una señal BECO accidental. Estos modos de falla se descartaron rápidamente y la atención se centró rápidamente en el cierre de las válvulas de combustible de refuerzo. Se descubrió que los conductos de combustible de refuerzo de baja presión colapsaron debido a una pérdida repentina de flujo de combustible, pero no se habían roto. La investigación concluyó que las válvulas de combustible solo se habían abierto parcialmente y que el flujo de propulsor fue suficiente para cerrarlas, privando a los motores propulsores del RP-1 y provocando un apagado rico en LOX. El arranque del motor se desarrolló normalmente y todos los sistemas de refuerzo funcionaron correctamente hasta que se cerró la válvula. El apagado del refuerzo se produjo en T+1,7 segundos y el vehículo impactó contra la plataforma en T+2,8 segundos. Las pruebas de banco confirmaron que había varias formas posibles de que la válvula solo se abriera parcialmente, aunque no se determinó la razón exacta. Este modo de falla nunca había ocurrido en los 240 lanzamientos del Atlas anteriores al AC-5 a pesar de que siempre había sido posible.

Hasta que se pudiera encontrar una solución más permanente, se realizó una solución temporal para los vehículos Atlas-Agena equipando la válvula con un bloqueo manual que se habilitaría durante la cuenta regresiva previa al lanzamiento. También se instaló una preválvula sustentadora manual de la serie E como medida de precaución. Además, se descubrió un mal funcionamiento del sistema no relacionado en el AC-5 cuando un examen de los datos de telemetría encontró que se había producido una falla de energía en la computadora de guía. Como solución temporal para Atlas-Centaur AC-6, 7 y 8, se eliminaron de la computadora varios componentes no utilizados para reducir la complejidad del sistema y los puntos de falla.

Investigación

El fracaso del AC-5 dio lugar a otra investigación del Congreso, nuevamente encabezada por el representante Joseph Karth, quien argumentó que hasta el momento se habían gastado 600 millones de dólares de dinero de los contribuyentes en Centaur con poco que mostrar y que Convair estaba tomando ventaja de ser el único proveedor del vehículo Atlas-Centaur. El comité propuso que la NASA considere opciones alternativas para el programa de sondas planetarias, como Titan IIIC, o subcontrate la fabricación de Centaur a otros contratistas. Sin embargo, los representantes de la NASA argumentaron que esto era imposible ya que ninguna otra compañía aeroespacial tenía la experiencia o la capacidad técnica para fabricar los tanques de globos del Centauro.

Vuelos posteriores

La plataforma LC-36B se puso en funcionamiento rápidamente, y un AC-6 (vehículo 151D) fue lanzado con éxito el 11 de agosto de 1965 a las 14:31:04 GMT. Aunque Centaur parecía listo para volar, el programa Surveyor se retrasó. Los vehículos AC-7 y AC-10 fueron designados para las primeras misiones Surveyor, y el AC-8 realizó una prueba más, que tuvo lugar el 8 de abril de 1966 a las 01:00:02 GMT con una carga útil de 771 kg. Modelo de masa Surveyor M-1. Los motores de vacío del Centaur volvieron a fallar porque no tenían suficiente propulsor para la misión. Decayó el 5 de mayo de 1966. Se lanzaron siete sondas Surveyor, todas en Atlas-Centaur.

A partir de AC-13 (Surveyor 5), los vehículos Atlas-Centaur cambiaron al núcleo normalizado de Atlas SLV-3.

Lanzamientos operativos

Inicialmente, se utilizó como primera etapa un Atlas D modificado designado LV-3C. Este fue rápidamente reemplazado por el SLV-3C y más tarde por el SLV-3D, ambos derivados del cohete estándar Atlas SLV-3. Dos vuelos espaciales, con las sondas espaciales Pioneer 10 y Pioneer 11 a Júpiter, Saturno y a la salida del Sistema Solar, utilizaron un satélite "Star-37E" etapa final de propulsor sólido que pesa 2473 libras y contribuye con 8000 mph a las velocidades de la nave espacial.

Con el retiro de la etapa Agena en 1978, todos los Atlas volados desde ese momento en adelante fueron emparejados con Centaurs, excepto por algunos vuelos militares que involucraron misiles Atlas E/F fuera de servicio.

Originalmente diseñado y construido por la División Convair de General Dynamics en San Diego, California, la producción de Atlas-Centaur en Convair finalizó en 1995, pero se reanudó en Lockheed Martin en Colorado. La lista de números de identificación Atlas-Centaur comenzó con el AC-1 lanzado el 8 de mayo de 1962 y terminó con el último Atlas III (Centaur), AC-206, lanzado el 3 de febrero de 2005.

Al Atlas-Centaur propulsado por Rocketdyne a veces se le llamaba un vehículo de lanzamiento de 2½ etapas porque la primera etapa del Atlas (en la mayoría de los casos) desechó el motor propulsor de doble cámara de empuje antes de completar la combustión de la primera etapa. Atlas-Centaur con una primera etapa impulsada por Rocketdyne se utilizó para 167 lanzamientos entre 1962 y 2004, momento en el que habían sido reemplazados por Atlas V con una nueva primera etapa impulsada por un RD-180 gemelo mucho más potente, diseñado y construido en Rusia. motor de cámara. (Al Atlas V generalmente no se lo conoce como "Atlas-Centaur" y no comparte los números de serie AC del Atlas-Centaur original que tenía las primeras etapas con presión estabilizada).

Fallo AC-33

El 20 de febrero de 1975, el AC-33 se lanzó con el satélite de comunicaciones Intelsat IV F-6. El vuelo transcurrió según lo previsto hasta BECO a T+140 segundos. Durante la separación del propulsor, una cuerda giratoria diseñada para desconectar un enchufe eléctrico que suministraba energía a la sección del propulsor no se soltó, lo que provocó un pico de voltaje que reinició la computadora de guía del Atlas. Como resultado, el propulsor se desvió de su trayectoria de vuelo. SECO se efectuó a tiempo en T+401 segundos seguido de la separación del Centaur y el arranque del motor, pero quedó claro que la trayectoria lo llevaría al Océano Atlántico en lugar de a la órbita, por lo que el Oficial de Seguridad de Campo (RSO) envió el comando de destrucción. a T+413 segundos. La investigación mostró que el cordón no sólo estaba diseñado de manera inadecuada, sino que también era un componente disponible en el mercado diseñado para equipos marinos y no para cohetes o aviones. El cordón se había señalado como un problema potencial ya en 1967 y, aunque se hicieron reparaciones en algunos Atlas SLV y en los misiles de la serie Atlas E/F, no hubo ningún esfuerzo generalizado para reemplazarlos con un componente más adecuado. El Intelsat de respaldo (Intelsat IV F-1) se lanzó con éxito en el AC-35 en mayo de 1975.

Fallo del AC-43

Dos años más tarde, el 29 de septiembre de 1977, tuvo lugar otro intento de lanzamiento de un satélite de comunicaciones Intelsat (Intelsat IVA F-5) en el AC-43. Poco después del despegue, se detectaron temperaturas anormales en la sección de propulsión del Atlas y continuaron aumentando a medida que ascendía el propulsor. Se pudo ver un incendio visible en la sección de empuje a partir de T+33 segundos y la presión hidráulica del control del vector de empuje sustentador se perdió en T+55 segundos, provocando la pérdida total del control del vehículo. El carenado de carga útil y el satélite fueron desmontados del propulsor, seguido de la explosión del Atlas cuando el fuego de la sección de propulsión detonó los tanques de propulsor en T+60 segundos. El Centauro voló libre hasta que fue destruido por el Oficial de Seguridad del Campo unos segundos después. Funcionarios de la NASA y de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, ya ocupados investigando el fallo en el lanzamiento de un propulsor Delta tres semanas antes (OTS-1), dragaron los motores del Atlas del fondo del océano y los enviaron a Convair para su examen. Se concluyó que una fuga en el generador de gas causada por una soldadura inadecuada de una tubería provocó un sobrecalentamiento y un incendio en la sección de empuje del Atlas. La tubería también sufrió corrosión después de seis años de permanecer en un almacén en el aire salado a lo largo de la costa de Florida y el daño se produjo en un área no visible durante una inspección previa al vuelo. El Atlas utilizado en este vuelo había sido entregado al Cabo en 1971 y permaneció almacenado desde entonces, durante un tiempo inusualmente largo. Después del accidente, la NASA inspeccionó su inventario de vehículos Atlas y encontró varias tuberías más mal soldadas que necesitaban ser reemplazadas.

Fallo del AC-67

El 26 de marzo de 1987, el AC-67 no pudo lanzar un satélite FLTSATCOM de la Armada. Las condiciones climáticas fueron malas ese día, con nubes espesas y nubes "moderadas a intensas" precipitación. Las condiciones climáticas violaron uno de los criterios de lanzamiento ("La trayectoria de vuelo del vehículo no debe atravesar nubes de nivel medio de 6.000 pies o más de profundidad, cuando el nivel de congelación está en las nubes."), informó el equipo meteorológico. Lo informó como un problema de formación de hielo, no como un riesgo de rayos. Después de discutir el riesgo que representa el hielo, los directores del programa de la NASA dieron el visto bueno. El Atlas fue alcanzado por un rayo unos 48 segundos después de su lanzamiento. El control del propulsor comenzó a fallar y se rompió debido a las cargas estructurales en T+50 segundos. El Oficial de Seguridad del Campo envió la orden de destrucción, pero no hubo evidencia de que el propulsor la haya recibido. Los escombros llovieron de las nubes sobre el área de la plataforma, la costa o en aguas poco profundas justo al lado de ella y se recuperaron fácilmente. Se descubrió que una sección del carenado de la carga útil tenía múltiples agujeros pequeños quemados debido a los repetidos rayos. La prueba clave fue la computadora de vuelo de Atlas, que fue recuperada intacta y examinada. Se descubrió que el último comando emitido fue una señal para girar los motores propulsores con fuerza, aparentemente causada por un pulso electromagnético (EMP) inducido por un rayo que altera una sola palabra en el programa de guía.

El lanzamiento provocó importantes reevaluaciones de las directrices meteorológicas en Cabo Cañaveral. El 45.º Escuadrón Meteorológico utiliza reglas desarrolladas después del incidente para determinar si las condiciones climáticas permiten un lanzamiento.

Variantes