Antares (tên lửa)

Antares (), trong giai đoạn phát triển ban đầu được biết đến với tên Taurus II, là một tên lửa đẩy tầm trung dùng một lần của Hoa Kỳ do Orbital Sciences Corporation phát triển với sự hỗ trợ tài chính từ NASA trong chương trình Commercial Orbital Transportation Services (COTS) được trao vào tháng 2 năm 2008. Nó được phát triển song song với tàu vũ trụ vận tải hàng hóa tự động Cygnus của Orbital, vốn cũng nhận được tài trợ từ COTS. Tương tự các phương tiện phóng khác của Orbital, Antares tận dụng các linh kiện và thiết kế thương mại sẵn có với chi phí thấp. Kể từ năm 2018, tên lửa này được sản xuất bởi Northrop Grumman.

Tầng thứ nhất sử dụng nhiên liệu lỏng, với nhiên liệu là RP-1 và chất ô xy hóa là oxy lỏng (LOX). Do Orbital có kinh nghiệm hạn chế với các tầng đẩy nhiên liệu lỏng cỡ lớn, việc chế tạo đã được giao thầu phụ cho tất cả các phiên bản Antares. Các biến thể dòng 100 và 200 được chế tạo bởi các công ty của Ukraine là Pivdenne và Pivdenmash, sử dụng các động cơ NK-33 được tân trang từ chương trình N1 của Liên Xô trên dòng 100, và các động cơ RD-181 do Nga sản xuất mới trên dòng 200 sau khi một tên lửa Antares 130 bị mất trong năm 2014. Sau khi cuộc xâm lược Ukraine của Nga năm 2022 chấm dứt khả năng tiếp cận các nhà cung cấp này, Northrop Grumman đã công bố dòng 300, với tầng một do Firefly Aerospace phát triển dựa trên tên lửa MLV của công ty, sử dụng kết cấu vật liệu composite và bảy động cơ Miranda nhằm tăng tải trọng phóng.

Tầng thứ hai là một động cơ nhiên liệu rắn thuộc họ Castor 30, được phát triển từ Castor 120 sử dụng trên Minotaur-C (tên gọi ban đầu là Taurus I) và cuối cùng có nguồn gốc từ tầng một của tên lửa đạn đạo liên lục địa Peacekeeper. Mặc dù có cung cấp tùy chọn tầng đẩy thứ ba, nhưng nó chưa từng được sử dụng, do tàu vũ trụ Cygnus đã tích hợp sẵn mô-đun dịch vụ riêng để thực hiện các thao tác quỹ đạo.

Antares thực hiện chuyến bay đầu tiên vào ngày 21 tháng 4 năm 2013, phóng nhiệm vụ Antares A-ONE từ bệ phóng 0A tại Cảng vũ trụ khu vực Trung Đại Tây Dương (MARS) với một mô hình giả tải Cygnus. Vào ngày 18 tháng 9 năm 2013, nó đã phóng thành công Orb-D1, nhiệm vụ Cygnus đầu tiên thực hiện tiếp cận và ghép nối với Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Sau khi hoàn thành hai chuyến bay trình diễn trong khuôn khổ COTS, Antares và Cygnus đã được trao hai hợp đồng Commercial Resupply Services, bao gồm tổng cộng 25 nhiệm vụ tiếp tế hàng hóa cho ISS.

Chương trình COTS cũng hỗ trợ phát triển tàu vũ trụ SpaceX Dragon và tên lửa Falcon 9 của SpaceX, nhằm thúc đẩy hình thành một ngành công nghiệp bay vũ trụ thương mại mang tính cạnh tranh. Không giống như Falcon 9, vốn đã giành được thị trường phóng thương mại rộng lớn, Antares chỉ được sử dụng cho các nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa của NASA, với Cygnus là tải trọng duy nhất.

Lịch sử 
Khi chương trình Tàu con thoi tiến gần đến giai đoạn kết thúc, NASA đã tìm cách phát triển các năng lực mới để tiếp tế cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Rời bỏ mô hình truyền thống với tàu vũ trụ do chính phủ sở hữu và vận hành, cơ quan này đề xuất một cách tiếp cận mới: các công ty thương mại sẽ vận hành tàu vũ trụ, trong khi NASA đóng vai trò là khách hàng.

Để thúc đẩy đổi mới, NASA đã cung cấp nguồn tài trợ thông qua chương trình Commercial Orbital Transportation Services (COTS) nhằm hỗ trợ phát triển các tàu vũ trụ và phương tiện phóng mới. Ngày 19 tháng 2 năm 2008, NASA công bố sẽ trao cho Orbital Sciences Corporation một hợp đồng COTS trị giá 171 triệu USD. Orbital được kỳ vọng sẽ đầu tư thêm 150 triệu USD, trong đó 130 triệu USD dành cho tên lửa đẩy và 20 triệu USD cho tàu vũ trụ.

Trong khuôn khổ chương trình COTS, Orbital được yêu cầu thực hiện thành công các chuyến bay trình diễn đối với tên lửa đẩy và tàu vũ trụ của mình. Nếu cả hai chuyến bay thử nghiệm đều thành công, Orbital sẽ đủ điều kiện nhận hợp đồng Commercial Resupply Services trị giá 1,9 tỷ USD cho tám chuyến bay tiếp tế tới ISS.

Vào tháng 6 năm 2008, đã có thông báo rằng Cảng vũ trụ khu vực Trung Đại Tây Dương, trước đây là một phần của Wallops Flight Facility tại bang Virginia, sẽ là bãi phóng chính của tên lửa này. Bệ phóng 0A (LP-0A), trước đây từng được sử dụng cho tên lửa Conestoga thất bại, sẽ được cải tạo để phóng tên lửa Antares. Wallops cho phép thực hiện các vụ phóng đạt tới quỹ đạo của Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) hiệu quả tương đương với các vụ phóng từ Cape Canaveral, Florida, trong khi mức độ khai thác ít quá tải hơn. Lần phóng tên lửa Antares đầu tiên đã phóng một mô hình giả tải Cygnus.

ngày 10 tháng 12 năm 2009, Alliant Techsystems Inc. (ATK) đã tiến hành thử nghiệm bắn động cơ Castor 30 để sử dụng cho tầng thứ hai của tên lửa Antares. Tháng 3 năm 2010, Orbital Sciences và Aerojet đã hoàn tất các cuộc thử nghiệm động cơ AJ-26.

Ban đầu được định danh là Taurus II, Orbital Sciences đã đổi tên phương tiện này thành, theo tên ngôi sao Antares, vào ngày 12 tháng 12 năm 2011.

Tính đến tháng 4 năm 2012, chi phí phát triển được ước tính là 472 triệu USD.

Ngày 22 tháng 2 năm 2013, một cuộc thử nghiệm “hot fire” đã được thực hiện thành công, trong đó toàn bộ tầng một được dựng trên bệ phóng và cố định tại chỗ trong khi các động cơ hoạt động trong 29 giây.

Thiết kế

Tầng đẩy 1 
Tầng thứ nhất của Antares sử dụng nhiên liệu RP-1 (kerosene) và oxy lỏng (LOX). Do Orbital có ít kinh nghiệm với các tầng nhiên liệu lỏng cỡ lớn và nhiên liệu LOX, lõi tầng một được thiết kế và chế tạo tại Ukraine bởi Pivdenne Design Office và Pivdenmash, bao gồm các thùng chứa nhiên liệu, thùng tăng áp, van, cảm biến, đường cấp nhiên liệu, hệ thống ống dẫn, dây dẫn và các trang bị liên quan khác. Tương tự như dòng tên lửa đẩy Zenit — cũng do Pivdenmash chế tạo — Antares có đường kính 3,9 m (150 in) với chụp bảo vệ tải trọng (payload fairing) cùng đường kính 3,9 m.

Antares 100 series 
Tầng đẩy 1 của dòng tên lửa Antares 100 sử dụng 2 động cơ Aerojet AJ26. Các động cơ này ban đầu là động cơ Kuznetsov NK-33 được chế tạo tại Liên Xô vào cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970, trong đó 43 động cơ đã được Aerojet mua lại vào những năm 1990. Hai mươi động cơ trong số đó đã được tân trang thành chuẩn AJ26 để sử dụng cho Antares. Các cải tiến bao gồm trang bị khả năng điều khiển hướng lực đẩy (gimbal), tích hợp hệ thống điện tử của Mỹ, và chứng nhận cho phép động cơ hoạt động với thời gian đốt dài gấp đôi thiết kế ban đầu cũng như vận hành ở mức 108% lực đẩy danh định. Tổng cộng, hai động cơ này tạo ra lực đẩy 3.265 kilonewton (734.000 lbf) ở mực nước biển và 3.630 kN (816.100 lbf) trong môi trường chân không.

Sau sự cố hỏng hóc nghiêm trọng của một động cơ AJ26 trong quá trình thử nghiệm tại Trung tâm Vũ trụ Stennis vào tháng 5 năm 2014 và thất bại của vụ phóng Orb-3 vào tháng 10 năm 2014 — nhiều khả năng do bơm tuabin của động cơ gây ra — dòng Antares 100 đã bị loại khỏi biên chế.

Antares 200 series 
Do lo ngại về ăn mòn, lão hóa và nguồn cung hạn chế của các động cơ AJ26, Orbital đã lựa chọn các động cơ tầng một mới để tham gia đấu thầu cho hợp đồng dài hạn thứ hai về tiếp tế hàng hóa cho ISS. Sau khi tên lửa Antares bị mất vào tháng 10 năm 2014, Orbital Sciences thông báo rằng động cơ RD-181 của Nga — một phiên bản cải tiến từ RD-191 — sẽ thay thế AJ-26 trên dòng Antares 200. Chuyến bay đầu tiên của cấu hình Antares 230 sử dụng động cơ RD-181 được thực hiện vào ngày 17 tháng 10 năm 2016, mang theo hàng hóa Cygnus OA-5 lên ISS.

Các tầng một của dòng Antares 200 và 200+ được trang bị hai động cơ RD-181, cung cấp lực đẩy lớn hơn 440 kilonewton (100.000 lbf) so với cặp động cơ AJ26 sử dụng trên tầng 1 của tên lửa Antares 100. Orbital đã điều chỉnh tầng lõi hiện có để thích ứng với hiệu năng tăng lên của dòng 200, cho phép Antares đưa tối đa 6.500 kg (14.300 lb) lên quỹ đạo Trái Đất thấp. Hiệu năng dư thừa của dòng Antares 200 cho phép Orbital hoàn thành hợp đồng tiếp tế ISS chỉ với bốn chuyến bay bổ sung, thay vì năm chuyến như dự kiến nếu sử dụng dòng Antares 100.

Trong khi dòng 200 được cải biến từ các tầng thuộc dòng 100 đã đặt hàng ban đầu (KB Pivdenne/Pivdenmash, có nguồn gốc từ Zenit), nó yêu cầu giảm lực đẩy (under-throttle) của các động cơ RD-181, điều này làm giảm hiệu suất tổng thể.

Antares sau đó được nâng cấp lên cấu hình Antares 230+ phục vụ hợp đồng Commercial Resupply Services 2 của NASA. Nhiệm vụ NG-12, phóng ngày 2 tháng 11 năm 2019, là chuyến bay đầu tiên lên ISS trong khuôn khổ CRS-2 sử dụng cấu hình 230+. Những nâng cấp quan trọng nhất bao gồm các thay đổi kết cấu tại khoang liên bể (giữa thùng LOX và RP-1) và khoang phía trước (phía trước thùng LOX). Ngoài ra, công ty cũng đang cải tiến quỹ đạo bay thông qua hệ thống “load-release autopilot”, giúp tăng khả năng đưa khối lượng tải lên quỹ đạo.

Antares 300 series 
Tháng 8 năm 2022, Northrop Grumman thông báo đã ký hợp đồng với Firefly Aerospace để chế tạo tầng một của dòng 300. Hai bên cũng sẽ hợp tác phát triển phương tiện phóng Eclipse đang trong quá trình phát triển. Eclipse và dòng Antares 300 sẽ sử dụng cùng kết cấu vật liệu composite và bảy động cơ Miranda. Tổng lực đẩy 7.200 kN (1.600.000 lbf) mà các động cơ này cung cấp lớn hơn đáng kể so với tầng một của dòng 200 trước đó. Northrop Grumman cho biết tầng một mới sẽ làm tăng đáng kể khả năng mang tải của Antares.

Thông báo này được đưa ra trong bối cảnh cuộc xung đột Nga–Ukraine năm 2022, vốn đã đe dọa chuỗi cung ứng của các tầng một trước đây — được chế tạo tại Ukraine và sử dụng động cơ RD-181 của Nga.

Tầng hai 
Tầng hai là động cơ tên lửa nhiên liệu rắn Castor 30-series của Orbital ATK, được phát triển dựa trên biến thể của động cơ Castor 120 dùng làm tầng một của Minotaur-C, bản thân nó có nguồn gốc từ tầng một của tên lửa đạn đạo xuyên lục địa LGM-118 Peacekeeper. Hai chuyến bay đầu tiên của Antares sử dụng Castor 30A, sau đó được thay thế bằng phiên bản cải tiến Castor 30B cho các chuyến bay tiếp theo. Castor 30B tạo ra lực đẩy trung bình 293,4 kN (65.960 lbf) và lực đẩy cực đại 395,7 kN (88.960 lbf), sử dụng hệ thống điều khiển vector lực đẩy cơ điện. Để tăng hiệu năng, phiên bản lớn hơn Castor 30XL cũng được phát triển và sẽ được sử dụng trong các chuyến bay tiếp tế ISS nhằm cho phép Antares mang theo biến thể Cygnus nâng cấp.

Tầng trên Castor 30XL dành cho Antares 230+ đang được tối ưu hóa để thực hiện hợp đồng CRS-2. Thiết kế ban đầu của Castor 30XL được chế tạo với hệ số an toàn cao, và sau khi tích lũy kinh nghiệm bay, người ta xác định rằng các thành phần kết cấu của vỏ động cơ có thể được giảm khối lượng.

Tầng ba 
Antares cung cấp ba tùy chọn tầng ba: tầng ba hai thành phần nhiên liệu (Bi-Propellant Third Stage – BTS), tầng ba dựa trên Star 48 và động cơ Orion 38. BTS được phát triển từ nền tảng GEOStar của Orbital — một bus vệ tinh — và sử dụng nitrogen tetroxide cùng hydrazine làm nhiên liệu; mục đích là đưa tải trọng vào quỹ đạo cuối cùng với độ chính xác cao. Tầng dựa trên Star 48 sử dụng động cơ nhiên liệu rắn Star 48BV và được dùng cho các quỹ đạo năng lượng cao hơn. Orion 38 được sử dụng làm tầng trên của các tên lửa Minotaur và Pegasus.

Chụp bảo vệ tải trọng 
Chụp bảo vệ tải trọng có đường kính 3,9 mét (13 ft)[chuyển đổi: số không hợp lệ] và chiều cao 9,9 mét (32 ft), do Northrop Grumman chế tạo tại Iuka, Mississippi. Công ty này cũng sản xuất các cấu kiện composite khác cho phương tiện, bao gồm bộ chuyển tiếp chụp (fairing adapter), kết cấu khung 12 cạnh (dodecagon), nón động cơ và đoạn liên tầng (interstage).

NASA Commercial Resupply Services-2: Các cải tiến 
Vào ngày 14 tháng 1 năm 2016, NASA đã trao ba hợp đồng vận chuyển hàng hóa theo chương trình CRS-2. Tàu Cygnus của Orbital ATK là một trong các hợp đồng này.

Theo Mark Pieczynski, Phó Chủ tịch Nhóm Hệ thống Bay của Orbital ATK: “Một phiên bản cải tiến hơn nữa [của Antares phục vụ hợp đồng CRS-2] đang được phát triển, bao gồm: các nâng cấp lõi tầng một với gia cường kết cấu và tối ưu hóa để đáp ứng tải trọng tăng lên; (đồng thời) một số tinh chỉnh đối với động cơ RD-181 và động cơ CASTOR 30XL; cùng các cải tiến về khả năng tích hợp tải trọng, bao gồm tính năng ‘pop-top’ tích hợp trên chụp bảo vệ để cho phép nạp hàng Cygnus vào giai đoạn muộn và tối ưu hóa kết cấu bộ chuyển tiếp nắp chụp”.

Trước đó, người ta cho rằng các nâng cấp dự kiến từ dòng Antares 230 sẽ tạo ra một phương tiện mang định danh Antares 300. Tuy nhiên, khi được hỏi cụ thể về việc phát triển dòng Antares 300, ông Pieczynski cho biết Orbital ATK “chưa xác định sẽ gọi các nâng cấp mà chúng tôi đang thực hiện là dòng 300. Vấn đề này vẫn đang được xem xét”.

Vào tháng 5 năm 2018, quản lý chương trình Antares Kurt Eberly cho biết các nâng cấp này sẽ được định danh là Antares 230+.

Việc sử dụng cấu hình Antares 330 cho các chuyến bay CRS trong tương lai đã được xác nhận trong một báo cáo của Breaking Defense vào tháng 6 năm 2024. Cấu hình 330 sẽ sử dụng cùng tầng hai, chụp bảo vệ tải trọng, hệ thống điện tử hàng không (avionics) và phần mềm như các phiên bản trước đó.

Cấu hình 

Hai chuyến bay thử nghiệm đầu tiên sử dụng tầng hai Castor 30A. Tất cả các chuyến bay sau đó sử dụng Castor 30B hoặc Castor 30XL. Cấu hình của tên lửa được biểu thị bằng một số gồm ba chữ số: chữ số thứ nhất đại diện cho tầng một, chữ số thứ hai đại diện cho loại tầng hai, và chữ số thứ ba đại diện cho loại tầng ba. Dấu “+” được thêm ở hậu tố (vị trí thứ tư) biểu thị các nâng cấp hiệu năng của biến thể Antares 230.

Các nhiệm vụ tiêu biểu và sự cố

Antares A-ONE 
Ban đầu được lên lịch vào năm 2012, vụ phóng Antares đầu tiên, định danh A-ONE, đã được thực hiện vào ngày 21 tháng 4 năm 2013, mang theo Cygnus Mass Simulator (một mô hình kết cấu Cygnus) và bốn vệ tinh CubeSat do Spaceflight Incorporated ký hợp đồng: Dove 1 cho Cosmogia Incorporated (nay là Planet Labs) và ba vệ tinh PhoneSat — Alexander,Graham và Bell cho NASA.

Trước khi phóng, một thử nghiệm đốt tĩnh (static fire) kéo dài 27 giây đối với các động cơ AJ26 của tên lửa đã được tiến hành thành công vào ngày 22 tháng 2 năm 2013, sau khi một nỗ lực trước đó vào ngày 13 tháng 2 bị hủy bỏ trước khi đánh lửa.

A-ONE sử dụng cấu hình Antares 110, với tầng hai Castor 30A và không có tầng ba. Vụ phóng được thực hiện từ bệ phóng 0A của Khu phóng Mid-Atlantic Regional Spaceport tại đảo Wallops, bang Virginia. LP-0A là tổ hợp phóng Conestoga trước đây, vốn chỉ được sử dụng một lần vào năm 1995 cho lần thử phóng lên quỹ đạo duy nhất của Conestoga. Antares trở thành tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên — và cũng là lớn nhất — được phóng từ đảo Wallops, đồng thời là tên lửa lớn nhất từng được Orbital Sciences phóng.

Lần thử phóng đầu tiên vào ngày 17 tháng 4 năm 2013 đã bị hủy sau khi một đường kết nối umbilical tách khỏi tầng hai của tên lửa, và lần thử thứ hai vào ngày 20 tháng 4 cũng bị hủy do gió mạnh ở tầng cao khí quyển. Ở lần thử thứ ba vào ngày 21 tháng 4, tên lửa đã cất cánh ngay khi cửa sổ phóng mở. Cửa sổ phóng cho cả ba lần thử đều kéo dài ba giờ bắt đầu từ 21:00 UTC (17:00 EDT), rút ngắn xuống còn hai giờ khi bắt đầu đếm ngược cuối (terminal count), và tiếp tục giảm còn mười phút sau đó trong quá trình đếm ngược.

Cygnus CRS Orb-3 

Vào ngày 28 tháng 10 năm 2014, vụ phóng Antares mang theo tàu vận tải Cygnus trong nhiệm vụ tiếp tế Orb-3 đã thất bại nghiêm trọng chỉ sáu giây sau khi rời bệ phóng tại Mid-Atlantic Regional Spaceport, thuộc Wallops Flight Facility, bang Virginia. Một vụ nổ xảy ra tại khu vực cụm lực đẩy ngay khi phương tiện vừa vượt qua tháp phóng, sau đó rơi trở lại bệ phóng. Sĩ quan an toàn trường bắn đã phát lệnh tự hủy ngay trước khi va chạm. Không có thương vong về người.

Orbital Sciences báo cáo rằng bệ phóng 0A “không chịu hư hại nghiêm trọng”, mặc dù ước tính ban đầu chi phí sửa chữa vào khoảng 20 triệu USD. Công ty đã thành lập một ủy ban điều tra sự cố để xác định nguyên nhân. Kết quả truy vết cho thấy nguyên nhân liên quan đến sự cố bơm tuabin LOX của tầng một, tuy nhiên không xác định được nguyên nhân cụ thể. Các động cơ NK-33 đã được tân trang — vốn được sản xuất hơn 40 năm trước và lưu trữ trong thời gian dài — bị nghi ngờ có rò rỉ, ăn mòn hoặc lỗi chế tạo chưa được phát hiện. Báo cáo điều tra tai nạn của NASA đưa ra đánh giá trực tiếp hơn về nguyên nhân hỏng hóc. Đến ngày 6 tháng 10 năm 2015, gần một năm sau tai nạn, bệ phóng 0A đã được khôi phục hoạt động. Tổng chi phí sửa chữa khoảng 15 triệu USD. 

Sau sự cố, Orbital đã tìm cách mua dịch vụ phóng cho tàu Cygnus nhằm thực hiện nghĩa vụ hợp đồng vận chuyển hàng hóa với NASA, và vào ngày 9 tháng 12 năm 2014, công ty thông báo rằng ít nhất một, và có thể hai, nhiệm vụ Cygnus sẽ được phóng bằng tên lửa Atlas V từ Trạm không quân Mũi Canaveral. Trên thực tế, các sứ mệnh Cygnus OA-4 và Cygnus OA-6 đã được phóng bằng Atlas V, trong khi Antares 230 thực hiện chuyến bay đầu tiên với Cygnus OA-5 vào tháng 10 năm 2016. Một nhiệm vụ bổ sung khác được phóng bằng Atlas vào tháng 4 năm 2017 (Cygnus OA-7), hoàn thành các nghĩa vụ hợp đồng của Orbital với NASA. Sau đó, Antares 230 đi vào hoạt động thường xuyên với nhiệm vụ Cygnus OA-8E vào tháng 11 năm 2017, cùng ba nhiệm vụ tiếp theo được lên lịch trong hợp đồng gia hạn.

Thống kê

Rocket configurations

Launch outcomes

Operator

Các vụ phóng 

Lưu ý: Cygnus CRS OA-4, nhiệm vụ Cygnus phiên bản nâng cấp đầu tiên, và Cygnus OA-6 được phóng bằng tên lửa Atlas V 401 trong khi Antares 230 mới vẫn đang ở giai đoạn hoàn thiện cuối cùng. Nhiệm vụ Cygnus CRS OA-7 cũng được chuyển sang sử dụng Atlas V 401 và được phóng vào ngày 18 tháng 4 năm 2017.

Các vụ phóng tương lai

Chu trình phóng tên lửa 
Dưới đây là bảng tóm tắt trình tự phóng điển hình của tên lửa Antares-100 series (ví dụ: phóng tàu Cygnus lên Trạm Vũ trụ Quốc tế – ISS): “Giai đoạn trôi (coast phase) là cần thiết vì tầng trên sử dụng nhiên liệu rắn có thời gian cháy ngắn.”

Xem thêm 

 Comparison of orbital launchers families
 Minotaur-C
 Falcon 9

Tham khảo

Liên kết ngoài 

 

Rocket families
Orbital Sciences Corporation space launch vehicles
Northrop Grumman space launch vehicles
Expendable space launch systems
Articles containing video clips
Vehicles introduced in 2013
Spaceflight events affected by the Russian invasion of Ukraine