Soyuz (família de foguetes) - Soyuz (rocket family)

Soyuz
Soyuz TMA-9 launch.jpg
Um foguete Soyuz-FG carregando uma espaçonave Soyuz TMA é lançado do Cosmódromo de Baikonur , Cazaquistão, em 18 de setembro de 2006.
Função Veículo de lançamento
Fabricante Centro espacial de foguetes de progresso OKB-1
País de origem URSS
Rússia
Tamanho
Estágios 3
Foguetes associados
Família R-7
Histórico de lançamento
Status Ativo
Sites de lançamento
Primeiro voo 28 de novembro de 1966
Cargas úteis notáveis Soyuz
Progress

Soyuz ( russo : Союз , que significa "união", índice GRAU 11A511 ) é uma família de foguetes transportadores russos e soviéticos descartáveis ​​desenvolvidos pela OKB-1 e fabricados pelo Progress Rocket Space Center em Samara , Rússia . Com mais de 1.900 voos desde sua estreia em 1966, o Soyuz é o veículo de lançamento mais utilizado no mundo em 2021.

Por quase uma década, entre o último vôo do Space Shuttle programa em 2011 e 2020 primeira missão com tripulação de SpaceX do Falcon 9 foguete, foguetes Soyuz eram os únicos veículos de lançamento capazes e aprovados para o transporte de astronautas para a Estação Espacial Internacional .

Os veículos Soyuz são usados ​​como lançadores para a espaçonave Soyuz tripulada como parte do programa Soyuz , bem como para lançar espaçonaves de suprimento Progress para a Estação Espacial Internacional e para lançamentos comerciais comercializados e operados pela Starsem e Arianespace . Todos os foguetes Soyuz usam RP-1 e propelente de oxigênio líquido (LOX), com exceção do Soyuz-U2 , que usa Syntin , uma variante do RP-1, com LOX. A família Soyuz é um subconjunto da família R-7 .

História

Motores de foguete Soyuz

Um burro de carga espacial

O lançador Soyuz foi introduzido em 1966, derivado do lançador Vostok , que por sua vez era baseado no míssil balístico intercontinental 8K74 ou R-7a . Era inicialmente um foguete de três estágios com um estágio superior do Bloco I. As primeiras quatro inicializações de teste foram todas falhas, mas funcionou. Mais tarde, uma variante Molniya foi produzida adicionando um quarto estágio, permitindo-lhe alcançar a órbita Molniya altamente elíptica . Uma variante posterior foi a Soyuz-U . Enquanto o modelo exato e as designações variantes foram mantidos em segredo do oeste, o lançador Soyuz foi referido pela designação SL-4 do Departamento de Defesa dos Estados Unidos ou pela designação Sheldon de A-2 (desenvolvido por Charles S. Sheldon, analista da Biblioteca do Congresso ). Ambos os sistemas para nomear foguetes soviéticos pararam de ser usados ​​à medida que informações mais precisas se tornaram disponíveis.

A produção de lançadores Soyuz atingiu um pico de 60 por ano no início dos anos 1980. Ele se tornou o lançador espacial mais usado do mundo, voando mais de 1.700 vezes, muito mais do que qualquer outro foguete. Apesar de sua idade e talvez graças à sua simplicidade, esta família de foguetes tem se destacado por seu baixo custo e alta confiabilidade.

Soyuz / Fregat

Soyuz-FG erguido na plataforma de lançamento do Cosmódromo de Baikonur 1/5 Gagarin's Start (outubro de 2008).

No início da década de 1990, foram feitos planos para um Soyuz redesenhado com um estágio superior Fregat . O motor Fregat foi desenvolvido por NPO Lavochkin a partir do módulo de propulsão de suas sondas interplanetárias Phobos . Embora endossado pela Roscosmos e pelo Ministério da Defesa Russo em 1993 e designado "Rus" como uma russificação e modernização da Soyuz, e mais tarde renomeado Soyuz-2, uma falta de financiamento impediu a implementação do plano. A criação do Starsem em julho de 1996 forneceu novos fundos para a criação de uma variante menos ambiciosa, o Soyuz-Fregat ou Soyuz-U / Fregat. Este consistia em um Soyuz-U ligeiramente modificado combinado com o estágio superior Fregat, com uma capacidade de até 1350 kg para a órbita de transferência geoestacionária . Em abril de 1997, Starsem obteve um contrato com a Agência Espacial Européia (ESA) para lançar dois pares de satélites de ciência de plasma Cluster II usando o Soyuz-Fregat. Antes da introdução deste novo modelo, a Starsem lançou 24 satélites da constelação Globalstar em 6 lançamentos com um estágio superior Ikar reiniciável , entre 22 de setembro de 1999 e 22 de novembro de 1999. Após voos de teste bem-sucedidos de Soyuz-Fregat em 9 de fevereiro de 2000 e 20 de março 2000, os satélites Cluster II foram lançados em 16 de julho de 2000 e 9 de agosto de 2000. Outro Soyuz-Fregat lançou a sonda Mars Express da ESA em Baikonur em junho de 2003. Agora o lançador Soyuz-Fregat é usado pela Starsem para cargas comerciais.

Transporte da tripulação da ISS

Entre 1 de fevereiro de 2003 e 26 de julho de 2005, com o encalhe da frota do Ônibus Espacial dos Estados Unidos , a Soyuz foi o único meio de transporte de e para a Estação Espacial Internacional. Isso incluiu a transferência de suprimentos, via espaçonave Progress, e trocas de tripulação. Após a aposentadoria da frota do ônibus espacial em 2011, o programa espacial dos Estados Unidos não tinha meios de colocar os astronautas em órbita, e a NASA dependia do Soyuz para enviar tripulantes ao espaço até 2020. A NASA retomou os voos tripulados dos Estados Unidos em 2020 por meio do programa de Desenvolvimento de Tripulação Comercial .

Incidentes recentes

Uma longa série de lançamentos Soyuz bem-sucedidos foi interrompida em 15 de outubro de 2002, quando o lançamento Soyuz-U sem rosca do satélite Photon-M de Plesetsk caiu perto da plataforma de lançamento e explodiu 29 segundos após a decolagem. Uma pessoa da equipe de terra morreu e oito ficaram feridas.

Outra falha ocorreu em 21 de junho de 2005, durante o lançamento de um satélite militar de comunicações Molniya do local de lançamento de Plesetsk, que usava uma versão de quatro estágios do foguete chamado Molniya-M . O vôo terminou seis minutos após o lançamento devido a uma falha no motor do terceiro estágio ou a uma ordem não cumprida para separar o segundo e o terceiro estágios. O segundo e terceiro estágios do foguete, que são idênticos ao Soyuz, e sua carga útil (um satélite Molniya-3K) caíram na região de Uvatsky de Tyumen ( Sibéria ).

Em 24 de agosto de 2011, um Soyuz-U sem parafusos que transportava carga para a Estação Espacial Internacional caiu, não conseguindo alcançar a órbita. Em 23 de dezembro de 2011, um Soyuz-2.1b lançando um satélite de comunicações militares Meridian 5 falhou no 7º minuto de lançamento devido a uma anomalia no terceiro estágio.

Em 11 de outubro de 2018, a missão Soyuz MS-10 para a Estação Espacial Internacional não conseguiu alcançar a órbita após um problema com o propulsor principal. O sistema de escape de lançamento foi usado para puxar a espaçonave Soyuz para longe do foguete com defeito. Os dois tripulantes, Aleksey Ovchinin e Nick Hague , seguiram uma trajetória balística e pousaram com segurança a mais de 400 km de distância do Cosmódromo de Baikonur .

Soyuz-2 e espaçoporto da Guiana

Soyuz 2 pronto para lançamento (2007)

O venerável lançador Soyuz foi gradualmente substituído por uma nova versão, chamada Soyuz-2 ou Soyuz / ST , que possui um novo sistema de orientação digital e um terceiro estágio altamente modificado com um novo motor. A primeira versão de desenvolvimento do Soyuz-2 chamada Soyuz-2-1a , que é equipada com o sistema de orientação digital, mas ainda é impulsionada por um motor de terceiro estágio antigo, começou em 4 de novembro de 2004 em Plesetsk em um vôo de teste suborbital, seguido por um voo orbital em 23 de outubro de 2006 de Baikonur. O lançador totalmente modificado (versão Soyuz-2-1b ) voou pela primeira vez em 27 de dezembro de 2006 com o satélite CoRoT do Cosmódromo de Baikonur .

Em 19 de janeiro de 2005, a Agência Espacial Européia (ESA) e o Roscosmos concordaram em lançar foguetes Soyuz / ST do Centro Espacial da Guiana . O local de lançamento equatorial permite que o Soyuz entregue 2,7 a 4,9 toneladas em órbita sincronizada com o sol , dependendo do motor de terceiro estágio usado. A construção de uma nova plataforma começou em 2005 e foi concluída em abril de 2011. A plataforma usava carregamento vertical comum na Guiana Francesa , ao contrário do carregamento horizontal usado no Cosmódromo de Baikonur . Um lançamento simulado foi realizado no início de maio de 2011. O primeiro lançamento operacional aconteceu em 21 de outubro de 2011, trazendo os dois primeiros satélites no sistema de posicionamento global Galileo .

Os foguetes Soyuz-U e Soyuz-FG estão sendo gradualmente substituídos pelo Soyuz-2 a partir de 2014. A Soyuz-U foi aposentada em 2017, enquanto a Soyuz-FG transportou tripulações de astronautas para a ISS até setembro de 2019 (voo final Soyuz MS-15 em 25 de setembro de 2019).

Variantes

O Molniya-M (1964-2010) também foi derivado da família Soyuz.

conjunto

Montagem do foguete Soyuz: o primeiro e o segundo estágios ficam em segundo plano, já montados; o terceiro estágio está no canto esquerdo inferior da imagem. A espaçonave Soyuz , coberta por sua mortalha de lançamento, está no canto inferior direito.

O foguete é montado horizontalmente no Edifício de Montagem e Teste. O foguete montado é transportado para o local de lançamento em seu estado horizontal e, em seguida, levantado. Isso é diferente da montagem vertical, por exemplo, do Saturn V , e é uma das características que torna o Soyuz mais barato para se preparar para o lançamento. Montar um foguete posicionado horizontalmente é relativamente simples, pois todos os módulos são facilmente acessíveis. Montar o foguete na posição vertical exigiria um hangar alto à prova de vento, o que não era considerado financeiramente viável na época em que o foguete foi projetado, devido à economia decadente da União Soviética .

Prélançamento

Soyuz TMA-13 sendo erguida na plataforma de lançamento Gagarin's Start , 10 de outubro de 2008.

Todo o foguete é suspenso no sistema de lançamento pelos mecanismos de suporte de carga nos reforçadores de cinta, onde eles são fixados ao núcleo central. O último repousa sobre as seções do nariz dos reforçadores de cinta. Este esquema se assemelha às condições de voo quando os reforçadores de cinto empurram o núcleo central para frente. O conceito de suspensão do foguete foi uma das novidades introduzidas com o R-7 / Soyuz.

Como a plataforma de lançamento foi eliminada, a parte inferior do foguete é abaixada. As treliças do sistema de lançamento suportam as cargas do vento. A resistência a ventos fortes é uma característica importante do sistema de lançamento, já que as estepes do Cazaquistão , onde o local de lançamento de Baikonur está localizado, são conhecidas por tempestades de vento .

Lançar

Um Soyuz-U na plataforma de lançamento, antes do lançamento do Projeto de Teste Apollo-Soyuz (ASTP) em 15 de julho de 1975.

Os motores são acesos por foguetes pirotécnicos eletricamente iniciados, montados em postes de bétula, que são acesos em aproximadamente T-20 segundos, alguns segundos antes dos componentes do combustível serem introduzidos na câmara de combustão. Essa sequência raramente falha devido à sua simplicidade. Durante o lançamento, as barras de suporte rastreiam o movimento do foguete. Depois que as cabeças da lança de suporte emergem do recesso de suporte especial nas seções do nariz dos braceletes, as lanças de suporte e as treliças se desconectam da estrutura do foguete, girando sobre os eixos de suporte e liberando o caminho para o foguete levantar. Durante o lançamento, o foguete e a instalação de lançamento formam um único sistema dinâmico.

Quando os motores de reforço do strapon param, os reforços caem, proporcionando uma separação sem impacto. Se o céu estiver limpo, os observadores podem ver uma cruz de Korolev formada pelos propulsores que caem.

Carenagens usadas para missões não fechadas

O veículo de lançamento Soyuz é usado para várias missões russas sem parafusos e também é comercializado pela Starsem para lançamentos de satélites comerciais. Atualmente, os seguintes tipos de carenagem são usados:

Progress é a espaçonave de carga para missões não tripuladas à ISS e anteriormente à Mir . A espaçonave usa uma plataforma e carenagem dedicadas e pode ser lançada com Soyuz-U, Soyuz-FG ou Soyuz-2.

A carenagem do tipo A é usada para lançamentos comerciais.

A carenagem do tipo S é usada para lançamentos comerciais da Starsem. A carenagem tem diâmetro externo de 3,7 me comprimento de 7,7 m. O estágio superior Fregat é encapsulado na carenagem com a carga útil e um adaptador / dispensador de carga útil. A carenagem do tipo S juntamente com o estágio superior Fregat foram usados ​​para lançar as seguintes espaçonaves: Galaxy 14 , GIOVE A , Mars Express , AMOS-2 , Venus Express , Cluster .

A carenagem do tipo SL é usada para lançamentos comerciais da Starsem. A carenagem tem diâmetro externo de 3,7 me comprimento de 8,45 m. O estágio superior Fregat é encapsulado na carenagem com a carga útil e um adaptador / dispensador de carga útil. A carenagem do tipo SL junto com o estágio superior Fregat foram usados ​​para lançar a seguinte espaçonave: CoRoT .

A carenagem do tipo ST é usada para lançamentos comerciais da Starsem. Seu diâmetro externo é de 4,1 me seu comprimento é de 11,4 m. Ele pode ser usado apenas com o Soyuz-2, porque o sistema de controle analógico mais antigo não consegue lidar com a instabilidade aerodinâmica introduzida por uma carenagem tão grande. Esta carenagem de carbono-plástico é baseada na configuração comprovada usada para os veículos Ariane 4 da Arianespace , com seu comprimento aumentado em aproximadamente um metro adicional. A carenagem foi desenvolvida e está sendo fabricada pela TsSKB-Progress de acordo com os requisitos de um cliente ( Starsem ). Este é o único tipo de carenagem oferecido pela Starsem / Arianespace para lançamentos de Kourou.

Estágios

Plano explodido do foguete Soyuz FG
Plano explodido do foguete Soyuz FG

Primeira etapa

A primeira etapa transportando uma tripulação até a ISS, 2006.

O primeiro estágio dos foguetes Soyuz consiste em quatro foguetes auxiliares de líquido cônico idênticos, presos ao núcleo do segundo estágio. Cada booster possui um único motor de foguete com quatro câmaras de combustão, duas câmaras de combustão vernier e um conjunto de bombas turbo.

Estatísticas (cada um dos 4 impulsionadores)

  • Massa bruta: 44,5 toneladas (98.100 lb)
  • Propelente: 39,2 toneladas (86.400 lb)
  • Massa seca: 3784 kg (8.342 lb)
  • Diâmetro: 2,68 m (8 pés 10 pol.)
  • Comprimento: 19,6 m (64 pés 4 pol.)
  • Tempo de gravação: 118 segundos
  • Motores:
    • Modelos Soyuz e Soyuz-U
      • RD-107
        • Empuxo 813 kN (183 klb f ) na decolagem
        • Empuxo 991 kN (223 klb f ) no vácuo
        • Impulso específico 245 segundos (2,40 km / s) na decolagem
        • Impulso específico 310 segundos (3,0 km / s) no vácuo
        • Pressão da câmara 5,85 MPa (848 psi)
    • Modelos Soyuz-ST
      • RD-107A (14D22)
        • Empuxo 838 kN (188 klb f ) na decolagem
        • Empuxo 1.021 kN (230 klb f ) no vácuo
        • Impulso específico 245 segundos (2,40 km / s) na decolagem (estimado)
        • Impulso específico 310 segundos (3,0 km / s) no vácuo (estimado)
        • Pressão da câmara 5,85 MPa (848 psi)
    • Soyuz-FG
      • RD-107A (14D22)
        • Empuxo 775 kN (174 klb f ) na decolagem
        • Impulso específico 320,2 segundos (3,140 km / s) no vácuo

Segundo estágio

Aqui, os quatro impulsionadores do primeiro estágio caem, criando um padrão de fumaça cruzada no céu, também conhecido como uma cruz de Korolev .

O segundo estágio do booster Soyuz é um estágio único, geralmente cilíndrico, com um motor na base e é ativado com o primeiro estágio. Como cada um dos foguetes de primeiro estágio, ele também tem quatro câmaras de combustão e um conjunto de bombas turbo, mas quatro (em vez de duas) câmaras de combustão vernier . O segundo estágio afunila em direção ao fundo para permitir que os quatro foguetes do primeiro estágio se encaixem melhor.

  • Massa bruta: 105,4 toneladas (232.400 lb)
  • Propelente: 95,4 toneladas (210.000 lb)
  • Propelente (Soyuz-U2 com propelente Syntin ): 96,4 toneladas (212.000 lb)
  • Massa seca: 6.875 kg (15.160 lb)
  • Comprimento: 28 m (91 pés 10 pol.)
  • Diâmetro: 2,95 m (9 pés 8 pol.)
  • Tempo de gravação: 290 segundos
  • Motores:
    • Modelos Soyuz e Soyuz-U
      • RD-108
        • Empuxo 779 kN (175 klb f ) na decolagem
        • Empuxo 997 kN (224 klb f ) no vácuo
        • Impulso específico de 264 segundos (2,59 km / s) na decolagem
        • Impulso específico 311 segundos (3,05 km / s) no vácuo
        • Pressão da câmara de 5,1 MPa (740 psi)
    • Modelo Soyuz-U2 com combustível Syntin
      • RD-108
        • Empuxo 811 kN (182 klb f ) na decolagem
        • Empuxo 1009 kN (227 klb f ) no vácuo
        • Impulso específico de 264 segundos (2,59 km / s) na decolagem
        • Impulso específico 311 segundos (3,05 km / s) no vácuo
        • Pressão da câmara de 5,1 MPa (740 psi)
    • Modelos Soyuz-ST
      • RD-118 (11D512)
        • Empuxo 792 kN (178 klb f ) na decolagem
        • Empuxo 990 kN (222 klb f ) no vácuo
        • Impulso específico de 264 segundos (2,59 km / s) na decolagem (est)
        • Impulso específico 311 segundos (3,05 km / s) no vácuo (est)
        • Pressão da câmara 5,85 MPa (848 psi)

Terceiro estágio

Uma das cargas úteis comuns da família de foguetes Soyuz, uma espaçonave Soyuz. Este é para uma missão de acoplamento internacional com a espaçonave Apollo dos Estados Unidos.

Existem dois estágios superiores variantes em uso, o Bloco I e o Bloco-I aprimorado (usado em Soyuz-2-1b ).

  • Massa bruta: 25,2 toneladas (55.600 lb)
  • Propelente: 21,4-22,9 toneladas (47.200 - 50.500 lb)
  • Massa seca: 2355 kg (5190 lb)
  • Comprimento: 6,7 m (22 pés)
  • Diâmetro: 2,66 m (8 pés 9 pol.)
  • Tempo de gravação: 240 segundos
  • Motor:
    • Bloco I
      • RD-0110
      • Empuxo 298 kN (67,0 klb f )
      • Impulso específico 330 segundos (3,2 km / s)
      • Pressão da câmara 6,8 MPa (986 psi)
    • Bloco I aprimorado
      • RD-0124 (11D451)
      • Empuxo 294 kN (66 klb f )
      • Impulso específico de 359 segundos (3,52 km / s)
      • Pressão da câmara 16,2 MPa (2350 psi)

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • International Reference Guide to Space Launch Systems, Third Edition , Iaskowitz, Hopkins, and Hopkins ed., 1999, Reston, Virginia, AIAA Publications. ISBN  1-56347-353-4

links externos