アトラス・ケンタウロス

アトラス・ケンタウロス

アトラス・ケンタウルスがサーベイヤー1号を打ち上げる(1966年)
関数	使い捨て発射システム
メーカー	ジェネラル・ダイナミクスのコンベア部門
原産国	アメリカ合衆国
発売履歴
状態	引退
発射場	ケープカナベラル、LC-36
総打ち上げ数	197
成功	181
失敗	13
部分的な障害	3
初飛行	1962年5月8日
最終便	2004年8月31日
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アトラス・セントールは、 SM-65アトラスDミサイルから派生した米国の使い捨て打ち上げロケットである。このロケットは、高性能液体水素を燃料として使用する最初の上段ロケットであるセントール上段を備えている。打ち上げはフロリダ州ケープカナベラル空軍基地（CCAFS）の第36発射施設から行われた。厳しい飛行試験プログラムを経て、アトラス・セントールは、サーベイヤー1号やパイオニア10号/ 11号など、米国にとって極めて重要な宇宙飛行ミッションをいくつも打ち上げた。このロケットは1990年代まで継続的に開発・改良され、直系の最後の後継機は大成功を収めたアトラスIIである。

アトラスの製造元であるコンベア社は、圧力安定化タンク構造を共有しながら、このブースター専用に セントール上段ステージを開発した。

セントールは、液体水素（LH2）と液体酸素（LOX）を推進剤として使用した最初のロケット段でした。高性能を誇っていたにもかかわらず、LH2は極低温（LOXよりも低い温度）に冷却する必要があり、密度が低いため大きな燃料タンクが必要でした。

LH2/LOX 燃料エンジンを使用する最初の試みは、 1950 年代半ばの米国空軍の極秘のロッキード CL-400 サンタン偵察機プログラムでした。中止されたこの事業で得られた成果は、コンベア社やその他の企業によってロケット段での使用に引き継がれました。当初、セントールは、コンベア社の極めて重要なSM-65 アトラスミサイル プログラムへの集中を妨げないよう、より大型で強力なロケット段の経験を積むための純粋に実験的なプロジェクトとして構想されました。

コンベアは、セントーア段と結合するためにアトラスD機の特別に強化されたバージョンを開発した。アトラスには、各ブースターエンジンにツインターボポンプを備えた改良型ブースターセクションMA-5と、大型の上段用に強化された構造、および細長い燃料タンクが装備されていた。セントーアの開発は、アトラスのコンポーネントを完全に新規開発するのではなく、修正することにこだわったため、いくぶん困難であった。これは、時間と予算上の理由と、セントーアをコンベアの既存のアトラス組立ラインで製造できるようにするために行われた。エンジンはプラット・アンド・ホイットニーによって製造された。

当初はARPA の監督下にあった Centaur は、プログラム開始から 11 か月後の 1959 年 7 月にNASAに移管されました。空軍が全体の監督権を保持したのは、Centaur を使って ADVENT と呼ばれる軍事通信衛星ネットワークを打ち上げる予定だったためです。10 基の衛星群は、米国軍の 3 つの主要部門に 24 時間体制の即時通信を提供します。最初の 3 基は Atlas-Agena で打ち上げられ、残りの衛星は Centaur で打ち上げられる予定でした。ADVENT は結局設計図から外れることはありませんでしたが、Centaur はすぐにMarinerやSurveyorなど、NASA のいくつかの惑星探査プロジェクトで利用されることになりました。

当初の資金不足により、プロジェクトは予定より大幅に遅れました。当初の予定では、セントーは 1961 年 1 月に初飛行する予定でした。

1961 年 10 月、最初のアトラス セントール (Vehicle Flight-1: アトラス 104D およびセントール F-1) がケープ カナベラルに到着し、新しく完成した特別に製造された LC-36A に設置されました。技術的な問題により、この機体は 7 か月間発射台に放置されました。最も深刻な問題は、推進剤タンクを隔てる中間隔壁からの液体水素の漏れと、誘導および推進システムの多数の小さな不具合でした。

1962年5月8日午後2時49分（東部標準時）（グリニッジ標準時18時49分）に打ち上げられ、部分的に燃料を補給したセントーサ号とともに1回の燃焼を行う予定であった。打ち上げから1分弱でセントーサ号が破裂して分解し、数秒のうちにアトラス号もろとも吹き飛んだ。追跡カメラの映像には大きな白い雲がブースターを包み込み、続いて打ち上げ機全体が爆発する様子が映っていただけだったため、当初は故障の原因は不明であった。当初の想定では、アトラス号の液体酸素タンクが、加圧の問題、飛散した破片によるタンクの破裂、あるいは実証されていないアトラス号とセントーサ号の組み合わせによる構造上の曲がりや空気力学の問題のいずれかによって故障したとされ、実際、アトラス号の打ち上げではこれまでにもこうした故障モードが何度か発生していた。スコット・カーペンターのマーキュリー飛行は数日後に迫っており、もし故障の原因がアトラスだった場合、同様のアトラスD派生型アトラスLV-3Bブースターを使用したこのミッションに大幅な遅延が生じる可能性がある。しかし、テレメトリデータの分析と打ち上げフィルムの詳細な調査により、トラブルの原因はセントーアであることがすぐに確認された。

故障の原因は、上昇中にセントールから剥がれた断熱パネルが原因で、液体水素が過熱してタンク圧力が急上昇したことと判明した。T+44秒から、空気圧システムが圧力レベルを下げるために推進剤を放出することで対応したが、最終的に、圧力は液体水素タンクの構造強度を超えた。T+54秒で、セントールは構造が完全に崩壊してテレメトリを失い、液体酸素タンクが破裂して水素雲と混ざって爆発を起こした。2秒後、飛来した破片がアトラスの液体酸素タンクを破裂させ、続いて打ち上げロケットが完全に破壊された。パネルは空気が薄くなる高度49マイル（80km）で投棄されることになっていたが、パネルを所定の位置に保持する機構の設計が不十分で、時期尚早に分離してしまった。断熱パネルはセントーアの開発段階からすでに潜在的な問題領域であると疑われており、液化水素タンクの破裂の可能性が故障シナリオとして考えられていた。セントーアの設計上の欠陥を修正する作業が行われている間、テストは中断された。

1962年6月の議会調査では、セントーア計画の全体的な管理が「脆弱」であるとされ、ヴェルナー・フォン・ブラウンは、惑星探査ミッションのためにアジェナ上段ロケットを搭載したサターンIロケットを採用し、セントーア計画を中止するよう勧告した。

さらに、量産されたセントール段階の打ち上げ能力は当初の計画よりも低かったため、ARPAはプロジェクトADVENTを中止した。NASAはセントールの開発をMSFCからオハイオ州のルイス研究センターに移管し、そこでエイブ・シルバースタイン率いるチームが断熱パネルの問題やその他のさまざまな設計上の欠陥を修正した。^[1]

1962年11月、ケネディ大統領はセントール計画を完全に中止することを提案したが、液体水素ロケットエンジンで得られた経験がアポロ計画の成功に不可欠であるという理由で説得された。さらに、フォン・ブラウンはコスト上の理由からサターン・アジェナを除外することを提案した。サターンは小型無人探査機の打ち上げロケットとしては高価すぎるし、アジェナは信頼性に関して空軍とNASAの両方に懸念を引き起こしていた。^[要出典]

1964年末までに8回のアトラス・セントール試験ミッションが完了し、その後サーベイヤー計画の最初の打ち上げが予定されていた。セントールはアポロ計画と直接関係していたため、優先度の高いプロジェクトに格上げされた。^[2]

一方、国防総省(DoD) は、重量物打ち上げのニーズにタイタンファミリーを採用することに決めたため、アトラス セントールは、NASA が科学および商業ペイロードを運ぶために使用する民間打ち上げ機として残りました。アトラスの主な監督権を持つ空軍と NASA の間には、セントール段階で基本的なアトラスにさまざまな変更が必要になったため、対立もありました。1962 年までに、空軍はアトラスが完全に開発され運用可能であるとみなし、ICBM 計画を危険にさらす可能性のあるそれ以上の大幅な変更には反対でした。この論争は最終的に、NASA がセントール打ち上げ用にカスタム変更できる標準のアトラス D機を購入することに同意することで解決しました。しかし、アトラス ICBM 計画が 1965 年に終了すると、コンベアはすべての宇宙打ち上げ用に、以前のすべての派生型を標準化されたブースターに置き換えました。^[要出典]

それから1年以上経った1963年11月27日19:03:23 GMT、ケネディ大統領暗殺の5日後にAC-2（アトラス126Dとセントーロ2段目）の打ち上げが行われた。再設計されたセントーロ2段目は問題なく機能し、静止トランスファー軌道（GTO）（軌道長474 x 1586 km、傾斜角30.4°、周期105.8分）への単発の打ち上げを実行し、2021年現在もその軌道に留まっている。分離問題がまだ解決されていなかったため、断熱パネルは段に恒久的に取り付けられていた。振動データにより、パネルがボルトで固定されていなければ早期に外れていたことが証明された。パネルの問題に対する最終的な解決策により、セントーロの乾燥質量が増加し、積載量がさらに低下した。このアトラス-セントーロ2号ロケットは、性能および構造的完全性テストに使用された。搭載重量は4621kgで、907kgのセンサー、機器、テレメトリが搭載されていた。^[3]

AC-3 飛行 (アトラス 135D とセントー 3 号) は、1964 年 6 月 30 日 14:04:22 GMT に 4815 kg のペイロードを積んで打ち上げられた。アトラスの性能はほぼ公称値に近く、飛行の最初の 70 秒間はサステイナーがわずかに LOX 過剰で、軌道は予想よりも高くなっていた。断熱パネルとペイロード シュラウドの切り離しが初めてテストされた。セントーのステージングとエンジン始動後、2 番エンジン (C-2) がロール制御を失い始めた。C-1 エンジンはしばらくは補正できたが、セントーは最終的に制御を失い、回転し始めた。T+496 秒で燃料不足によりエンジンが予定より早く停止し、セントーは南大西洋に衝突した。飛行後の調査で、不具合の原因はセントー 2 エンジンの油圧ジンバル アクチュエータの故障であることが判明した。^[4]

AC-4飛行（アトラス146Dとセントール4号）は、1964年12月11日14時25分02秒（グリニッジ標準時）に2993kgのペイロード（サーベイヤー宇宙船の質量モデルを積載）を積んで打ち上げられた。悪天候のため2度中止された後、 ^[5]推進およびステージ分離テストを実施した。誘導システムは初めて閉ループで操作され、ペイロードシュラウドの回収が試みられた。ペイロードシュラウドには、緑色のマーカー染料を海に放出するように設計された気球が装備されていた。シュラウドは回収クルーによって発見されたが、海に沈んでしまい、発見できなかった。アトラス段階の飛行およびセントール飛行の初期段階は、何事もなく終わった。セントール号は設計変更のせいで再始動できず、ミッションは失敗に終わった。重量を減らすためにアレージロケットが小型化されたが、タンク内の推進剤を安定させるには不十分だった。その後、水素が放出され、機体は制御不能に陥った。10周した後、セントール号は1964年12月12日に南太平洋に再突入した。 ^[6]

1965年3月2日13:25 GMT、ケープケネディから高度楕円軌道に投入されたAC-5（アトラス156D）は、ペイロード（サーベイヤーSD-1）951kgを積載し、セントーアCの1回の燃焼のみを意図しており、プログラム担当者は自信を持っていた。このミッションは、サーベイヤー月着陸船プログラムを支援するために、セントーア上段の完全な燃焼をリハーサルするように設計された。名目上のミッションでは、セントーアはペイロードを月への直進上昇軌道に乗せる。このテスト飛行で、NASAはペイロード（SD-1と呼ばれる非機能的動的モデル）を、月への遷移軌道をシミュレートした167 × 926.625 kmの軌道に投入することを計画した。

飛行はすぐに惨事に終わり、アトラスのブースターエンジンは数フィートの機体上昇後に停止し、ロケットはLC-36Aに落下して爆発し、セントーのLH2搭載物が巨大な火の玉となって爆発し、ケープカナベラルでこれまで見られた中で最大の発射台上爆発となった。^[7]これはまた、2回のアトラス-アジェナ飛行での試験後に改良された165,000ポンド（75,000 kg）推力のMA-5ブースターエンジンを搭載した最初のアトラス-セントーでもあった。LC-36Aの損傷は見た目ほど深刻ではなく、修理は3か月でほぼ完了したが、 LC-36Bの完成も早まった。ほとんどの損傷は構造的というより熱によるもので、LH2爆発の中心にあったアンビリカルタワーの上部は3315℃の高温にさらされていた。^[1]この事故は、1963年6月のミダス8号以来、宇宙打ち上げにおけるアトラスロケットの初故障となり、上段またはペイロードの故障のみによる26回連続の飛行という当時の新記録となった。これは、2016年までケープカナベラルでの最後の発射台上爆発であった（スペースXファルコン9号飛行前事故）。

飛行後の調査では、ブースター エンジンが停止した理由として、ブースター燃料ステージング切断バルブの偶発的な閉鎖、燃料充填/排出バルブの開放、または偶発的な BECO 信号など、いくつか考えられる原因が調べられました。これらの故障モードはすぐに除外され、注意はブースター燃料プレバルブの閉鎖にすぐに集中しました。低圧ブースター燃料ダクトは、突然の燃料流量の喪失により潰れたものの、破裂してはいなかったことが判明しました。調査の結果、燃料プレバルブは部分的にしか開いておらず、推進剤の流量によってプレバルブが閉じられ、RP-1ブースター エンジンの燃料が枯渇し、LOX が過剰に供給された状態で停止したという結論に達しました。エンジンの始動は正常に進行し、すべてのブースター システムはバルブが閉じるまで正常に機能していました。ブースターの停止は T+1.7 秒で発生し、機体は T+2.8 秒で発射台に衝突しました。ベンチ テストにより、バルブが部分的にしか開かない理由はいくつか考えられることが確認されましたが、正確な理由は特定されていませんでした。この故障モードは、AC-5 以前の 240 回のアトラス打ち上げでは常に発生する可能性があったにもかかわらず、一度も発生したことがなかった。^{[引用が必要]}

より恒久的な解決策が見つかるまで、アトラス・アジェナ機では、発射前のカウントダウン中に有効になる手動ロックをバルブに装備することで一時的な対策が講じられた。予防措置として、手動のEシリーズサステナープリバルブも設置された。テレメトリデータの調査で誘導コンピュータで電源障害が発生したことが判明し、AC-5で無関係のシステム障害が発見された。アトラス・セントールAC-6、7、8の一時的な対策として、システムの複雑さと障害ポイントを減らすために、いくつかの未使用コンポーネントがコンピュータから削除された。^[8]

AC-5の失敗により、再び議会調査が行われ、これもジョセフ・カース下院議員が調査を指揮した。カース議員は、これまで6億ドルの税金がセントーに使われてきたが、ほとんど成果がなく、コンベア社はアトラス・セントーの唯一の供給元であることを利用して利益を得ていると主張した。委員会は、惑星探査計画について、タイタンIIICなど別の選択肢を検討するか、セントーの製造を他の請負業者に外注することをNASAに提案した。NASAの代表は、他の航空宇宙企業にはセントーの気球タンクを製造する経験や技術力がないため、これは不可能であると主張した。^[要出典]

LC-36B発射台は急いでオンラインとなり、AC-6（機体番号151D）は1965年8月11日14:31:04 GMTに打ち上げられ成功した。セントーアは飛行準備が整ったように見えたが、サーベイヤー計画は遅れた。機体AC-7とAC-10は最初のサーベイヤーミッションに指定され、AC-8は1966年4月8日01:00:02 GMTに771 kgのサーベイヤー質量モデルM-1を搭載してもう一度テストを行った。^[9]セントーアのアレージモーターはミッションに必要な推進剤が足りなかったため再び故障した。1966年5月5日にエンジンが故障した。サーベイヤー探査機7機が打ち上げられ、すべてアトラスセントーアに搭載された。^[10]

AC-13（サーベイヤー5 ）から、アトラス・セントール機は標準化されたSLV-3アトラスコアに切り替わりました。^[11]

当初、第一段には改良型アトラスDロケットLV-3Cが使用された。 ^[12]これはすぐにSLV-3Cに、後にSLV-3Dに置き換えられたが、どちらも標準のアトラスSLV-3ロケットから派生したものである。木星、土星、および太陽系脱出に向けたパイオニア10号およびパイオニア11号宇宙探査機による2回の宇宙飛行では、スピン安定化された「スター37E」固体燃料最終段が使用され、重量は2,473ポンド（1,122 kg）で、宇宙船の速度に8,000 mph（13,000 km/h、3.6 km/s）が寄与した。^[13]

1978年にアジェナ段が退役すると、その時点以降に飛行したすべてのアトラスは、退役したアトラスE/Fミサイルを搭載したいくつかの軍事飛行を除いて、セントーロスとペアになった。^[要出典]

アトラス・セントールはもともとカリフォルニア州サンディエゴのジェネラル・ダイナミクス社のコンベア部門で設計・製造されたが、コンベアでの生産は1995年に終了したが、コロラド州のロッキード・マーティンで再開された。アトラス・セントールのID番号のリストは、1962年5月8日に打ち上げられたAC-1から始まり、2005年2月3日に打ち上げられた最後のアトラスIII（セントール）であるAC-206で終了した。^[要出典]

ロケットダイン社製のアトラス・セントールは2と呼ばれることもあった。+1 ⁄ 2段式ロケット。アトラスの第 1 段は (ほとんどの場合) 第 1 段の燃焼が完了する前にツイン スラスト チャンバー ブースター エンジンを投棄するため、1 ⁄ 2段式ロケットと呼ばれます。ロケットダイン製の第 1 段を搭載したアトラス セントールは、1962 年から 2004 年までの 167 回の打ち上げに使用されましたが、その時点では、はるかに強力なロシア設計のRD-180ツイン チャンバー エンジンを搭載したアトラス V に置き換えられていました。(アトラス V は一般に「アトラス セントール」とは呼ばれず、圧力安定化された第 1 段を搭載したオリジナルのアトラス セントールの AC シリアル番号を共有していません。) ^[要出典]

1975年2月20日、AC-33はインテルサットIV F-6 通信衛星を載せて打ち上げられた。飛行はT+140秒のBECOまで完全に計画通りに進んだ。ブースター分離の際、ブースターセクションに電力を供給する電気プラグを引き抜くように設計された回転式ランヤードが外れるのに失敗し、電圧スパイクが発生してアトラスの誘導コンピュータがリセットされた。その結果、ブースターは飛行経路から外れた。T+401秒にSECOが予定通りに実行され、続いてセントーが分離されてエンジンが始動したが、軌道上では大西洋に突入することが明らかになったため、射場安全責任者（RSO）はT+413秒に破壊コマンドを出した。調査の結果、ランヤードは設計が不十分だっただけでなく、ロケットや航空機用ではなく海洋機器用に設計された既製の部品であることが判明した。ランヤードは 1967 年初頭から潜在的な問題として認識されており、一部のアトラス SLV とアトラス E/F シリーズ ミサイルには修正が加えられたものの、より適切な部品に置き換えるための全面的な取り組みは行われていませんでした。バックアップのインテルサット (インテルサット IV F-1 ) は 1975 年 5 月に AC-35 で正常に打ち上げられました。

2年後の1977年9月29日、AC-43でインテルサット（インテルサットIVA F-5）通信衛星の打ち上げが再び試みられた。打ち上げ直後、アトラスの推力部に異常な温度が検出され、ブースターが上昇するにつれて温度は上昇し続けた。T+33秒から推力部から目に見える火災が発生し、T+55秒にはサステイナー推力ベクトル制御油圧が失われ、機体の制御が完全に失われた。ペイロードフェアリングと衛星がブースターから剥がれ、続いてT+60秒に推力部の火災が推進剤タンクに引火し、アトラスが爆発した。セントーは自由に飛行したが、数秒後に射場安全責任者によって破壊された。 3 週間前のデルタ ブースター (OTS-1) の打ち上げ失敗の調査に追われていた NASA と米国空軍の職員は、アトラスのエンジンを海底から引き上げ、コンベアに検査のために送った。パイプの不適切なろう付けによるガス ジェネレーターの漏れが、アトラスの推進部の過熱と火災につながったと結論付けられた。パイプはまた、フロリダ沿岸の塩気のある空気にさらされた倉庫に 6 年間放置されていたため腐食しており、損傷は飛行前検査では確認できなかった部分にあった。この飛行で使用されたアトラスは 1971 年にケープ アイランドに納品され、それ以来保管されていたが、これは異例の長期にわたる。事故後、NASA はアトラス機の在庫を検査し、さらに不適切なろう付けのパイプがいくつか見つかり、交換が必要になった。^[要出典]

1987 年 3 月 26 日、AC-67 は海軍のFLTSATCOM衛星の打ち上げに失敗した。その日の天候は悪く、厚い雲と「中程度から激しい」降雨があった。この天候は打ち上げ基準の 1 つ (「凍結面が雲の中にある場合、機体の飛行経路は 6,000 フィート以上の中層雲を通過してはならない」) に違反していたため、気象チームはこれを雷の危険ではなく氷結の問題として報告した。氷がもたらす危険について議論した後、NASA プログラム ディレクターはゴーサインを出した。アトラスは打ち上げ開始から約 48 秒後に雷に打たれた。ブースターの制御が機能しなくなり、T+50 秒で構造荷重によりブースターが破壊された。射場安全責任者は破壊命令を送ったが、ブースターが命令を受け取った形跡はなかった。破片は雲から発射台エリア、海岸線、またはそのすぐ近くの浅瀬に降り注ぎ、簡単に回収された。ペイロードフェアリングの一部に、度重なる落雷により小さな穴がいくつも空いているのが発見された。重要な証拠はアトラスのフライトコンピュータで、これは無傷で回収され、検査された。最後に出されたコマンドはブースターエンジンを右に大きく傾ける信号であり、これは誘導プログラムの単語を1つ変更した落雷誘導電磁パルスによるものと思われることが判明した。^{[14] [15]}

この打ち上げにより、ケープカナベラルでは気象ガイドラインの大幅な見直しが行われた。第45気象飛行隊は、この事件後に制定された規則を使用して、気象条件が打ち上げを許可するかどうかを判断している。^[16]

• ウィリアム W. ヴァーネドー コレクション、アラバマ大学ハンツビル校アーカイブおよび特別コレクション NASA の写真、ミッション プランナー ガイド、契約書、およびアトラス ケンタウルスに関連するその他の文書。