IUS

Inertial Upper Stage (lyh. IUS, aiempi nimi Interim Upper Stage) oli yhdysvaltalainen kaksivaiheinen kiinteäajoainen rakettivaihe, jonka kehitti ja jota valmisti Boeing. Vaiheen kehitys käynnistyi vuonna 1976 ja se laukaistiin ensi kertaa vuonna 1982. IUS oli suunniteltu siirtämään Titan 34D- ja Titan IV -kantoraketeilla sekä Avaruussukkulalla matalalle Maan kiertoradalle laukaistuja hyötykuormia lopullisille korkeammille kiertoradoilleen.

Kehitys 
Nasa lähti ajamaan avaruussukkulaohjelman suunnitteluvaiheessa erillisen rakettivaiheen kehitystä, jolla voitaisiin kiihdyttää sukkulan matalalle Maan kiertoradalle viemiä hyötykuormia suurempienergiaisille kiertoradoille (esim. GTO tai GEO) tai pakonopeuteen. Hankkeen tarjouskilpailuun osallistuivat XXXX ja XXXX nesteajoaineisilla Centaur- (LH2 / LOX) ja Transtage-rakettivaiheillaan (Aerozine 50 / N2O4) sekä Boeing kiinteäajoaineisella Interim Upper Stagella (IUS), jonka kehittäminen oli käynnistynyt vuonna 1976. Transtage kykeni täyttämään Yhdysvaltain puolustusministeriön vaatimukset, mutta sen suorituskyky jäi Nasan tiedemissioiden vaatimuksista. Centaur kykeni täyttämään molempien virastojen missiovaatimukset, kun IUS oli Transtagea suorituskykyisempi ja täytti asevoimien tarpeet, mutta jäi edelleen Nasan vaatimuksista.

Jatkokehitykseen päätyivät Centaur ja IUS, joista jälkimmäinen sai toisen kiinteäajoaineisen lisävaiheen, jota voitiin käyttää satelliittien nostamiseen suoraan geostationaariselle kiertoradalle. Toinen vaihe kasvatti myös pakonopeuteen laukaistavissa olleen hyötykuorman massaa. Shuttle-Centaur -konseptin kehitys keskeytyi Challenger-onnettomuuden jälkeen. Interim Upper Stage nimettiin hankkeen edetessä uudelleen Inertial Upper Stageksi.

Boeing oli IUS-hankkeen pääurakoitsija, ja United Technologiesin Chemical Systems Division (CSD) toimitti rakettivaiheissa käytetyt kiinteäajoaineiset moottorit. Avioniikkapuolen alihankkijoita olivat TRW, Cubic ja United Technologiesin alainen Hamilton Standard Division. TRW ja Cubic toimittivat vaiheen telemetria-, seuranta- ja ohjausalijärjestelmät. Hamilton Standard vastasi asennonsäätöjärjestelmästä. Avioniikkatietokoneen toimitti Hamilton Standardin alihankkija Delco.

Laukaisuprofiili 

Titan-laukaisujen yhteydessä raketti kuljetti IUS:ään kiinnitetyn hyötykuorman matalalle Maan kiertoradalle. Kantoraketista irtautumisen jälkeen IUS:n ensimmäinen vaihe kuljetti hyötykuorman elliptiselle siirtoradalle. Sukkulalaukaisut veivät IUS-hyötykuormayhdistelmän vastaavalle matalalle radalle, jolla yhdistelmä nostettiin noin 50 asteen kulmaan sukkulan rahtitilassa ja vapautettiin. IUS:n ensimmäisen vaiheen sytytys tapahtui sukkulan päästyä turvalliselle etäisyydelle siitä, jonka jälkeen vaihe vei hyötykuorman Titan-laukaisujen tapaan elliptiselle siirtoradalle.

IUS:n käytetty ensimmäinen vaihe ja vaiheita yhdistävä interstage-osa irrotettiin siirtoradan apogeumissa. Toinen kiinteäajoaineinen moottori sytytettiin irtautumisen jälkeen, ja se kuljetti hyötykuorman lopulliselle ympyräradalle elliptiseltä siirtoradalta. Hyötykuorman vapauttamisen jälkeen IUS suoritti asennonsäätömoottoreillaan retrogradisen polton, jolla pudotettiin vaihe alemmalle kiertoradalle ja estettiin mahdolliset törmäykset hyötykuorman kanssa.

IUS:ää käytettiin suurempienergiaisille geostationaarisille kiertoradoille vietyjen tietoliikenne- ja tiedustelusatelliittien lisäksi planeettaluotainten laukaisuihin, jolloin sen toinen vaihe sytytettiin heti ensimmäisen palettua loppuun. Toisen vaiheen sytyttäminen alhaisilla ratakorkeuksilla, missä ratanopeus oli korkea, kiihdytti luotaimen Maan pakonopeuteen Oberth-ilmiön ansiosta. IUS:n suorituskyky oli raskaampaa nesteajoaineista Centaur-vaihetta heikompi. Centaur olisi kyennyt laukaisemaan esimerkiksi Galileo-luotaimen suoralla kaksivuotisella lentoradalla Jupiteriin, kun heikomman IUS:n kanssa luotaimen piti hyödyntää painovoimalinkoa useita kertoja kokonaislentoajan pidentyessä samalla kuuteen vuoteen.

Tekniset tiedot 
IUS on 5,2 metriä pitkä ja sen halkaisija on 2,9 m. Vaihe koostuu sen kantorakettiin yhdistävästä takaosasta (), alemmasta kiinteäajoaineisesta vaiheesta, jossa on 21 400 9707 kg ajoainetta, ja jonka työntövoima on 203 kN, sekä ylemmästä kiinteäajoaineisesta vaiheesta, jossa vastaavasti 2722 kg ajoainetta, ja jonka työntövoima 82 kN. Vaiheen avustaviin alijärjestelmiin kuuluvat avioniikka- ja RCS-järjestelmät. Avioniikka käsittää asennonsäätö-, telemetria- ja GN&C-järjestelmät (engl. guidance, navigation & control), sekä sähkönsyötön. Tehtävän kannalta kriittiset avioniikka- ja RCS-järjestelmät, TVC-ohjaus (engl. thrust vector control), moottorien sytytysjärjestelmät ja vaiheiden erottamisessa käytetty pyrotekniikka on kahdennettu korkean luotettavuuden saavuttamiseksi.

Avaruussukkulalaukaisujen yhteydessä IUS kykeni viemään 2 270 kilogramman hyötykuorman suoraan geostationaariselle kiertoradalle tai 4 940 kg geostationaariselle siirtoradalle.

Alijärjestelmät

Runkorakenne 
IUS:n runkorakenteen tehtävänä on vaiheeseen vaikuttavien kuormien hallinta. Merkittävimmät rakenneosat ovat kantorakettiin yhdistyvä takaosa (), kiinteäajoaineisten vaiheiden välinen interstage ja avustaviin alijärjestelmiä käsittävä equipment support section (ESS). Osissa käytettiin puolikuorirakennetta, jossa osittain kantavaa ulkokuorta vahvisti kuusi pitkittäisjäykistettä ja poikittaista muotokaarta. IUS:n ja kantoraketin väliset avoimet osat on lämpöeristetty MLI-kangasta (engl. multi layer insulation blanket).

ESS 
ESS:ään oli sijoitettu merkittävä osa vaiheen avioniikasta ja ohjausjärjestelmistä. Sen yläosassa sijaitsi halkaisijaltaan kolmemetrinen hyötykuorman kiinnitysrengas, joka toimi rajapintana IUS:n ja hyötykuorman sähköjärjestelmien välillä. ESS:n linjavaihdettavia yksikköjä (LRU, engl. line-replaceable unit) voidaan käsitellä ja vaihtaa rakenteessa olevien luukkujen kautta myös vaiheen kantorakettiin kiinnittämisen jälkeen.

Laukaisut

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Evolution of the Inertial Upper Stage  Crosslink Winter 2003 Vol 4 Num 1 (published by The Aerospace Corporation), page 38
 Inertial Upper Stage at Federation of American Scientists

Rakettivaiheet
Titan-rakettiperhe
Avaruussukkulaohjelma