「スター」は旅の途中でどんな落とし穴に陥る可能性があるのでしょうか?

キャリアロケットは、最短10分、最長9時間の飛行を経て、宇宙船を所定の軌道に正確に送り込みますが、その後の旅が順風満帆になるわけではありません。ほとんどの静止軌道衛星は静止軌道に直接送られるのではなく、自己上昇によって所定の軌道に入る必要があります。深宇宙宇宙船も、目的地に到達する前に軌道を変更するために独自のエンジンを使用する必要があり、これは打ち上げロケットシステムよりもはるかに複雑です。

これらの大容量で価値の高いペイロードの設計寿命は少なくとも 2 ～ 3 年であり、過酷な深宇宙環境に耐える必要があります。軌道上ではさまざまな障害が発生する可能性があります。一部の衛星はトランスファー軌道上で永久的に廃棄される一方、他の衛星はシステム再起動、サブシステム冗長化、軌道再構築などの複数の手段を駆使して粘り強く作業軌道に入る。故障した衛星は本来の寿命に達することはできませんが、ある程度の寿命を失うことは、完全に廃棄されるよりは常に価値があります。

レーダーアンテナは展開されていない

米国の戦略合成開口レーダー (SAR) 偵察衛星の最後かつ最初の世代である LACROSSE 衛星は、謎の代名詞です。しかし、本当の名前は「ラクロス」ではなく「ONYX」です。合成開口レーダー衛星の利点は、雲や水を透過できることです。光学偵察衛星に比べ、雲の障害を無視でき、比較的高い解像度を実現できます。

合計5機のオニキス合成開口レーダー衛星が打ち上げられ、57度と68度の軌道に展開されました。最初の 3 つの衛星は、X バンド画像を使用する第 1 世代の衛星です。最後の 2 つの衛星は、X/L デュアルバンド画像を使用する第 2 世代の衛星です。オニキス衛星は3100番で、打ち上げ質量は14,500kg～16,000kgと言われています。オニキス衛星には、地上解像度約 0.3 メートルのレーダー画像撮影用の大型側面傘アンテナが搭載されています。長さ45メートルの巨大な太陽電池パネル2枚を搭載しており、衛星に平均20キロワットの電力を供給します。マーティン・マリエッタ社（ロッキード・マーティン社の前身）は衛星開発の元請け企業でした。

USAF 文書のオニキスのような構成の参照図

最初のオニキス衛星は、1988 年 12 月 2 日にスペース シャトル アトランティスに搭載され、ミッション番号 STS-27 で打ち上げられました。この衛星は近地点高度437km、遠地点高度447km、傾斜角57度の軌道に配置されており、USA34という番号が付けられている。

オニキスの唯一の機密解除された合成開口レーダー衛星画像

オニキス1号衛星は、パラシュートアンテナの展開失敗など、一連の問題を経験した。 2001年のインタビューで、STS-27ミッションの宇宙飛行士だったギブソン氏は次のように回想している。「私たちは衛星を放出しましたが、衛星は多くの問題に遭遇しました。私たちは衛星に再突入し、それを捕獲して修理しました。」しかし、NASAはSTS-27ミッションに秘密の宇宙遊泳が含まれていたかどうかを確認していない。

とにかく、最初のオニキス衛星が展開されました。しかし、衛星の寿命は期待に応えられず、8年以上の寿命を経て1997年に軌道を離れた。 2番目のオニキス衛星は20年間軌道上にあり、2011年3月に軌道を離れました。次の4つのオニキス衛星は、タイタン4(03)Bロケットによって打ち上げられました。

高利得アンテナの傘ボルトが固着

主力の深宇宙探査ミッションであるガリレオ木星探査機は、NASA の歴史上最も多くのプログラム改訂が行われた探査機の 1 つでもあります。

当初、ガリレオ計画では、打ち上げにスペースシャトルと3段式慣性上段を使用する予定でしたが、推力がまだ不十分で、十分なエネルギーを得るために火星フライバイが必要でした。さらに、スペースシャトルの初飛行が遅れたため、ミッションは1984年に延期されました。火星フライバイによる重力加速効果は大幅に弱まり、スペースシャトル自体の積載能力は予想よりも低かった。 NASAはかつて、打ち上げのために宇宙船を2つに分割することを決定した。

幸いなことに、スペースシャトル用の Centaur G 極低温上段ロケットの開発が進行中でした。強力なセントールG上段ロケットは、ガリレオをシャトルの貨物室から分離した後、地球・木星間の遷移軌道に直接運ぶことができた。しかし、セントールGの上段ロケット自体は多くの批判にさらされ、チャレンジャー号の爆発がその終焉を決定づける致命的な打撃となった。 1986年6月、NASAはセントールG上段ロケットの開発中止を命じた。 2段式慣性上段ロケットは木星に直接移動する能力がなかったため、地球-金星-地球-地球-木星の重力アシストシーケンスは、地球-金星-地球-地球-木星に変更されました。この宇宙船は木星まで直接飛行するように設計されていたが、新たな重力アシストにより宇宙船は予定よりも太陽に近づくことになり、当初計画されていた熱制御システムが新しい飛行シーケンスに適合できなくなる。高利得アンテナが過熱して損傷するのを防ぐため、アンテナは打ち上げ後に展開されるのではなく、飛行中に当初設計された温度制御条件に達した後に展開されるように変更されました。

1989 年 10 月 18 日 16:45 UTC、アトランティス スペース シャトルが打ち上げられ、最終慣性上段によりガリレオは近日点 0.67 AU、遠日点 1 AU の太陽中心軌道に投入されました。

ガリレオは最初の14か月間の飛行中、大きな問題に遭遇しなかった。 1990年12月19日には計画通り最初の地球重力アシストが実施され、1991年4月11日には設定された条件の下で高利得アンテナが展開されました。ガリレオの高利得アンテナの 18 本のリブは、一連のプッシュロッド、ボールねじ、および負荷リングを駆動する 2 つのモーターによって展開されます。しかし、正常に展開できたのは 13 個だけで、残りの 5 個はブラケット構造内に閉じ込められてしまいました。そのうち2本は後に解放されたが、隣接する3本の肋骨はそのまま残った。駆動していくうちにボールねじが徐々にねじれ、最終的には駆動機構が完全に固まってしまいました。アンテナを展開するにはボールねじを 8.6 cm 動かす必要がありますが、実際には 1.5 cm しか動きません。

問題はすぐに見つかりました。ガリレオのロックボルトとソケットの接続ポイントのコーティングが、長期間にわたる過度のストレスによって損傷していたのです。ガリレオの製造と保管の年月の間に潤滑油が枯渇し、潤滑油が補給されたのは打ち上げ後 10 年たったときだけでした。最後に、ロックボルトとソケットを真空と強い圧力下で冷間溶接しました。つまり、ロックボルトは圧力によってソケットに「溶接」され、一体化します。地上テスト中のトラブル、アンテナのバックアップ不足による遅延、アンテナが完全にテストされていないことが心配です。最終的に、NASA は熱応力と遠心力を利用してボルトをこじ開け、電動モーター駆動またはスラスター点火によってボルトを「ハンマーで打ち付ける」ことを決定しました。

ガリレオは高利得アンテナを展開したが、残念ながらミッション中には実装されなかった。

1992 年 4 月、ガリレオは再び近日点に到達し、宇宙船は太陽から背を向けて、高利得アンテナは 50 時間にわたって影の中に置かれたが、それでもラッチは展開されなかった。シミュレーションによれば、アンテナを展開するには 6 ～ 12 回の高温および低温サイクルが必要ですが、その基礎となる仮定も間違っている可能性があります。低利得アンテナを6回収納し、緊急停止による揺れを利用してボルトを揺らそうとしたが、無駄だった。 1992 年 9 月、7 回のホット サイクルとコールド サイクルを経ても、高利得アンテナを展開することはできませんでした。しかし、1 サイクルごとに 4 キログラムの推進剤が無駄になりますが、無駄にする推進剤はそれほど多くありません。

代替手段として、ガリレオはスラスタ点火を使用してアンテナモーターを動かし、点火するたびにボールねじが部分的な角度で回転し、駆動力を増加させました。同時に、アンテナ塔にかかる熱応力は近日点付近で最大に達します。このときボールねじを「叩く」とリブが外れると考えられています。高利得アンテナが 1993 年 3 月までに設置されない場合、高利得アンテナは廃止され、ダウンリンクには低利得アンテナのみが使用されます。深宇宙ネットワークのアップグレードと圧縮アルゴリズムのアップグレードを組み合わせることで、当初の計画速度の 100 倍に達することができます。

1992年12月29日から1993年1月19日まで、ガリレオは15,000回以上の「ハンマー打ち」手術を実施したが、開いた肋骨は少しだけ大きく開き、開かなかった肋骨はそのまま残った。 3月、ガリレオは自転を毎分10.5回転まで加速し始めたが、高利得アンテナは動かず、NASAはついに高利得アンテナを放棄すると発表した。

機器の故障/受信機の故障

VGR-77 と番号が付けられた探検計画は、間違いなく人類史上最も壮大で偉大な探検です。 1977 年の「グランド ツアー」により、宇宙船は 4 つの外惑星すべてを一度に通過する機会を得ました。 1977 年 8 月 20 日 14:29 UTC、それから 5 分も経たないうちに、ボイジャー 2 号探査機は深宇宙探査の旅に出発しました。宇宙船は近日点が1天文単位、遠日点が6.28天文単位の太陽中心軌道に入った。打ち上げから数時間後、一連の構造物が展開し始めたが、スキャンプラットフォームのカンチレバーが所定の位置に展開されたという信号はなかった。宇宙船の近くを浮遊していた誘電体の破片によって星のセンサーが妨害され、安定化操作中にバックアップ姿勢制御システムが誤って作動しました。新しいソフトウェアは緊急にコンパイルされ、地上でテストされた後、探査機に搭載されました。その後、星のセンサー画像に基づいてアームがロック位置から0.5度以内にあることが判断され、ミッションコントロールセンターはアームを揺らすことで宇宙船をロックすることに成功しました。

グランドツアーの図

8月30日、ボイジャー2号は最初の軌道修正を開始したが、スラスタの推力が予想よりもはるかに低いことが判明した。分析の結果、ガスの流れの一部が宇宙船の機器によって遮られ、有効推力が不十分になったことが判明した。このままでは、ボイジャー2号はかろうじて土星に到達できるだけだ。ミッションコントロールセンターは、ボイジャー2号の操縦手順を最適化し、土星のフライバイの時期を木星のフライバイの70日後から近地点まで前倒し、同時に太陽圧力の影響を減らすためにボイジャー2号の恒星センサーをカノープスからデネブに変更した。

1977 年 9 月 5 日、ボイジャー 1 号は近日点 1.01 AU、遠日点 8.99 AU の太陽中心軌道に入りました。 1978年2月23日、ボイジャー1号は走査プラットフォームのテストを実施しましたが、走査プラットフォームの展開アクチュエータが動かなくなり、その後のミッションに壊滅的な打撃を与えました。地上試作機のテスト後、米国ジェット推進研究所はボイジャー1号の再テストを命じた。 5月31日にはアクチュエーターは再び動かなくなりました。前回の詰まりの原因は、アクチュエータのギアがほこりで汚染され、ギアが固まってしまったためと考えられます。その後のテストで、粉塵は粉砕または除去され、プラットフォームは正常な動作に戻りました。

ボイジャー1号とスター37固体ロケットエンジン

ここでさらに興味深いことが起こります。米国のジェット推進研究所はボイジャー 1 号に集中していたため、ボイジャー 2 号のことを忘れていました。ボイジャー 2 号は 1978 年 4 月 5 日に自動的に「コマンド障害警告」を出しました。プライマリ受信機が 1 週間以内に地上アップリンク コマンドを受信しない場合、プライマリ受信機が故障したとみなされ、バックアップ受信機が使用されます。しかし、地球の自転と宇宙船の飛行によって生じるドップラーシフトにより信号周波数が変化するため、バックアップ受信機は地上からの信号をロックすることができません。エンジニアは、受信機が 12 時間後にプライマリ受信機に戻るため、この問題に気づきませんでした。しかし、メイン受信機は電源を入れてからわずか30分後にショートを起こし、完全に故障してしまいました。

これは大きな問題です。人類がまだ天王星と海王星の謎を知りたいのであれば、ボイジャー2号のバックアップ受信機に期待を寄せるしかない。さらに7日が経過し、宇宙船は再びバックアップ受信機に切り替えた。ここで、ディープ・スペース・ネットワークが開発したコンピューター制御発振器が役立ちました。

4月13日、これらの可変周波数信号はボイジャー2号にアップリンクで正常に送信されました。しかし、すべての指示が正常に受信されたわけではないのでしょうか?エンジニアは、受信機の許容周波数帯域が温度によって変化することを発見しました。この可変周波数アップリンクは簡単な作業ではありません。地球の自転だけで発生するドップラーシフトは、ボイジャー2号の許容周波数範囲の30倍に相当し、あらゆる誤差を考慮する必要があります。米国のジェット推進研究所は、ボイジャー2号の各サブシステムの詳細な熱モデルを確立し、受信機の温度を0.1℃以内の誤差で正確に予測できるようになりました。しかし、それでもコミュニケーションは散発的にしか行われません。この問題は、ミッションコントロールセンターが宇宙船に検出シーケンスの指示を投入した10月まで解決されなかった。将来的に信号が完全に途絶えたとしても、ボイジャー2号は木星と土星とのランデブーを自力で完了できる可能性がある。

これで問題は終わりではありません。 1979年9月7日、ボイジャー2号は木星に到着しました。木星からの強力な放射線により、受信機の周波数帯域に予測できない変化が生じました。地球の掩蔽帯を通過した後、深宇宙ネットワークは、ボイジャー2号がコマンドを「聞く」ことを期待して、アップリンクに複数の異なる周波数を使用する必要がありました。

一連の問題にもかかわらず、ボイジャーは今でも人類史上最大かつ最も成功した惑星探査プロジェクトの一つです。土星フライバイ後、一連の障害はうまく解決され、対応策も十分でした。 2 機のボイジャーは深宇宙へと飛行を続け、宇宙探査の旅を続けました。

アポジーエンジンの故障

高度超短波戦略広帯域通信衛星。別名「ミリタリースター3」通信衛星とも呼ばれます。先進的な超高周波衛星は、戦域指揮官に高度に安全で、干渉に強く、傍受が困難な通信サービスを提供し、リアルタイム画像、戦場地図、追跡データ伝送などの戦術通信ニーズを満たすことができます。これらは、軍事衛星通信システムアーキテクチャの中期段階において、米国国防総省のバックボーンとなるでしょう。これはA2100Mプラットフォーム上に構築されており、価格は5億8000万ドル以上です。

高度超短波戦略ブロードバンド通信衛星

2010 年 8 月 14 日、アトラス 5-531 ロケットは、6,168 kg の Advanced EHF-1 通信衛星を、近地点高度 225 km、遠地点高度 50,212 km、傾斜角 22.2 度の超同期トランスファー軌道に打ち上げることに成功しました。計画によれば、まずは遠地点エンジンを始動し、30日間の操縦を経て高度1万9000キロ、傾斜角6度の軌道まで遠地点を上げる予定だ。その後、ホールスラスタを使用して90日間稼働し、静止軌道に入ります。衛星の設計寿命は14年です。衛星の主電源システムには、石川島播磨重工業製のBT-4ヒドラジン-四酸化窒素450Nスラスタが採用されています。また、エアロジェット社が開発した22Nモノプロペラントスラスタ6基と0.9Nモノプロペラントスラスタ12基も搭載しています。 BPT-4000 デュアルモード電気推進システムは、トランスファー軌道では高推力モードを使用し、軌道維持時には低推力、高比推力モードを使用します。

フェアリング内の先進超高周波衛星。腰部に取り付けられたサイドマウントの電動スラスターに注目

しかし、最初の遠地点操作中にスラスターが正常に作動せず自動的に停止し、2日後の2回目の試みも失敗した。これは、アポジーエンジンが廃棄されたことを意味しました。 8月29日午前7時から、先進超高周波ロケット1号機は22N一液性スラスタを使用して軌道上昇モードに入り、事前に電気推進が軌道遷移を引き継ぎます。

第1段階では、3基の22-Nスラスタが9月7日まで作動し、遠地点を1,156キロメートル、傾斜角を19.9度まで上昇させた。その後、9月22日まで6基の22-Nスラスタが同時に作動し、近地点高度を4,712キロメートル、傾斜角を15度まで上昇させた。第3段階では電気推進がオンになり、遠地点を静止軌道の高さまで上げるのに10か月かかります。 2011年10月24日にようやく予定の軌道に入り、14年の寿命を迎えることができた。

アポジーエンジンの故障

「モバイルユーザー目標システム」は、「高度超高周波-1」と同じ不運な人です。 A2100 プラットフォームも使用しており、BT-4 も搭載されています。モバイル ユーザー オブジェクティブ システム戦術狭帯域通信衛星は、ビット高周波後継衛星システムの 10 倍の伝送容量を提供し、米国軍に信頼性の高い通信手段を提供します。 「モバイル ユーザー オブジェクティブ システム」の最初の衛星は 2012 年に打ち上げられました。この衛星群では、運用衛星 4 基とバックアップ衛星 1 基を建造する予定です。

モバイルユーザー目標システム星座のレイアウト

2016年6月24日、アトラス5-551ロケットは、6,740kgのMobile User Objective System-5通信衛星を近地点高度3,838km、軌道傾斜角19度の高近地点同期トランスファー軌道に無事投入したが、石川島播磨重工業製のBT-4アポジエンジンが正常に点火できなかった。モバイル ユーザー オブジェクティブ システム 5 は、22-N モノプロペラント スラスタの 26 回の点火を経て、11 月 3 日に最終的な軌道上昇を完了しました。しかし、モバイル ユーザー オブジェクティブ システム (MUOS)-5 が南北の位置を維持する能力は明らかに限られています。 2.5度の傾斜角を維持していた最初の4つのMUOS衛星と比較すると、MUOS-5の傾斜角は約6.5度に達し、軌道の離心率も他の4つの衛星よりもはるかに大きくなっています。

ソーラーパネルの故障

「インテルサット19」は、インテルサット社がスペース・ロラール社に発注した高スループット通信衛星です。打ち上げ質量5,600kgのSSL-1300プラットフォーム上に構築されています。設計寿命18年の「インテルサット8」の後継機として、2012年6月1日にゼニット3SLロケットで打ち上げられた。

ゼニット3SLがインテルサット19を打ち上げる

インテルサット19号は打ち上げ成功後、衛星の南側の太陽電池パネルが展開に失敗したと発表した。 4回の軌道上昇の後、南帆がようやく展開されましたが、25%の電力損失が発生し、衛星の容量が50%失われました。

インテルサット19

最終的に、故障解析委員会は、問題はセイルボードの製造上の欠陥によって発生したと判断しました。この欠陥により、Intelsat-19 の南側のセイルパネルに永久的な損傷が発生し、フルパワーを供給できなくなりました。