Przejdź do treści

Cztery satelity europejskiego systemu nawigacji Galileo na orbicie

Czwartkowego poranka 17 listopada z Gujany Francuskiej w Ameryce Południowej wystartowała europejska rakieta Ariane 5 wynosząc na orbitę średniej wysokości (MEO) cztery satelity europejskiego systemu nawigacji satelitarnej Galileo, który wkrótce uniezależni użytkowników rządowych, komercyjnych i prywatnych od amerykańskiej technologii GPS.

Pierwsze prototypowe satelity systemu zostały wysłane w 2005 roku. Od tego czasu krąży już wokół Ziemi 14 urządzeń. Pierwsze satelity, które wchodzą w skład finalnej konstelacji poleciały w 2011 roku. Do tej pory wszystkie wynoszone były w parach przez rakiety Sojuz. W czwartek po raz pierwszy do tego celu została wykorzystana ciężka rakieta Ariane 5 w konfiguracji ES, która była dostosowywana do lotu z satelitami od 2012, by zmniejszyć ryzyko opóźnień wywołanych niedostępnością rosyjskiego Sojuza.

O systemie Galileo


Galileo ma składać się z 24 satelitów orbitujących w trzech różnych płaszczyznach. System jest zarządzany przez Komisję Europejską i ma dostarczyć usługi precyzyjnego sygnału czasowego oraz nawigacji.

Każdy z satelitów konstelacji ma na pokładzie cztery zegary – dwa pasywne masery wodorowe oraz dwa rubidowe zegary atomowe. Oba rodzaje zegarów cechują się niezwykłą dokładnością (błąd masera wodorowego to 1 s na trzy miliony lat, a zegara rubidowego 3 s na milion lat!). Dokładność taka jest jednak potrzebna do precyzyjnego obliczania położenia – błąd kilku nanosekund (1 ns = 0.000000001 s) spowoduje nieakceptowalny błąd w pomiarze odległości w wysokości 1 m.

Ustalenie pozycji w systemach nawigacji satelitarnej polega na obliczeniu odległości odbiornika od conajmniej trzech satelitów. Do tego pomiaru potrzebne jest precyzyjne ustalenie czasu, jaki zajmuje sygnałowi dotarcie do odbiornika.

Obecnie wynoszone satelity Galileo to satelity konfiguracji FOC (Full Operation Capability) – czyli już w pełni operacyjne satelity, które zbudują konstelację europejskiej nawigacji.

Idea własnego systemu w Europie powstała w 1999 roku, a program został oficjalnie rozpoczęty w 2003. Docelowa konstelacja będzie w strukturze i działaniu bardzo podobna do amerykańskiego GPS, rosyjskiego Glonass czy też chińskiego Baidou.

System Galileo zapewni dokładność w pozycji poniżej jednego metra. Podstawowe, nieco mniej dokładne usługi będą dostępne bezpłatnie dla wszystkich użytkowników posiadającyh kompatybilny  odbiornik. Usługi z pełną zapewnianą dokładnością będą udostępnione dla użytkowników rządowych i wojskowych oraz komercyjnych.

Obecnie planuje się, że system osiągnie pełną funkcjonalność (w pełni przygotowana infrastruktura naziemna i satelitarna) w 2020 roku. Cały system składać się będzie z satelitów na trzech rodzajach orbit MEO (Medium Earth Orbit – średnia orbita okołoziemska) na wysokości 23 222 km.

Rakieta


Konfiguracja rakiety Ariane 5 jest w przypadku wynoszenia satelitów Galileo dość wyjątkowa. Typowa dla lotów na tak wysokie orbity konfiguracja ECA składa się z górnego stopnia ESC-A na paliwo kriogeniczne, który wynosi ładunek na eliptyczną orbitę przejściową, z której ładunek używając już własnego systemu napędowego stopniowo wspina się na wysokość docelową.

W tym przypadku zastosowano jednak górny stopień EPS, który ma możliwość wielokrotnego zapłonu silników i może umieszczać ładunek bezpośrednio na wymaganej orbicie. Do tej pory wersja ta była wykorzystywana pięć razy do wynoszenia ATV - europejskiego statku zaopatrzeniowego na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Był to więc rekordowy lot tego stopnia, na tak wysoką orbitę operacyjną.

Dużo pracy wymagało dostosowanie stopnia do tego wyjątkowego lotu – należało przystosować adapter wypuszczający satelity do lotu z czterema ładunkami, przeprojektować systemy elektryczne i termalne (dużo dłuższy lot rakiety – 4 godziny) oraz strukturę samego stopnia, aby zapewnić wymagane osiągi.

Relacja ze startu


Rakieta wystartowała 17 listopada o 14:06 czasu polskiego. Po kilku sekundach od uruchomienia silnika dolnego stopnia Vulcain, odpalono silniki rakiet pomocniczych, który rozpoczął wznoszenie 50-metrowej rakiety z ciągiem odpowiadającym 1420 t.

Chwilę po tym rakieta rozpoczęła manewr obrotu i ustalenia kierunku podejścia (inklinacja 35,5 st. - NE). Gdy rakieta osiągnęła już prędkość ponad 2 km/s odrzuciła rakiety pomocnicze.

Na wysokości 115 km Ariane 5 odrzuciła niepotrzebną już osłonę chroniącą ładunek przed ciśnieniem aerodynamicznym. Całe działanie silnika dolnego stopnia trwało przez 8 minut i 56 sekund. A po zakończeniu działania rakieta poruszała się już z prędkością 8,2 km/s.

9 minut po starcie, odrzucono dolny stopień, a kilka sekund później swoją pracę rozpoczął silnik Aestus. Silnik działał przez około 11 minut ustalając apocentrum orbity na wysokości ponad 20 000 km.

Po jego zgaszeniu nastąpiło 3-godzinne oczekiwanie na dotarcie górnego stopnia rakiety z ładunkiem na szczyt orbity, z którego to miejsca nastąpiło drugie, trwające 6 minut odpalenie Aestusa. Po tej operacji rakieta poruszała się ze swoimi satelitami na pokładzie na orbicie kołowej o wysokości 22 900 km i inklinacji 54,6 stopnia.

Następnie rozpoczęto fazę wypuszczania satelitów parami. Wszystkie początkowo pozostaną na tej orbicie celem weryfikacji ich działania (by nie zaśmiecać orbity operacyjnej, gdyby okazało się, że są problemy z którymś z urządzeń). Po ich aktywacji, satelity zmodyfikują lekko swoje orbity, by działać w ramach płaszczyzny C systemu nawigacyjnego.

Więcej informacji:

Źródło: Spaceflight101.com/Arianespace

Na zdjęciu:
Startujący Ariane 5 z czterema satelitami Galileo FOC. Źródło: Arianespace