Programul spațial indian

Intro

Pentru India, racheta de cursă lungă este în prezent PSLV, sau Polar Satellite Launch Vehicle (indienii nu au prea multă imaginație când vine vorba de a-și boteza racehtele, din păcate, în ciuda unei mitologii bogate), unul dintre cele patru lansatoare indiene folosite de-a lungul timpului și cea mai de succes rachetă indiană, cu doar două nereușite în aproape 50 de lansări, din 1993 și până în prezent.

Însă programul spațial indian a început din 1979, cu un eșec, când o defecțiune la a doua treaptă a rachetei SLV ( Satellite Launch Vehicle) a însemnat sfârșitul prematur al zborului (nu este nimic neobișnuit ca primele zboruri ale unei rachete noi să se încheie cu pierderea acesteia). Un an mai târziu, SLV pune pe orbită satelitul Rohini-1 (RS-1) și marchează astfel începutul programului spațial indian. Însă SLV era un vehicul modest, în patru trepte, care putea urca pe orbită joasă o masă de doar 40 de kilograme, mult prea puțin pentru sateliți cu adevărați utili. Așa că India a început dezvoltarea Augmented (sau Advanced) Satellite Launch Vehicle (ASLV). Aceasta a fost practic o rachetă SLV îmbunătățită, cu două boostere suplimenate care aveau rol de primă treaptă (boosterul central era pornit doar după consumarea combustibilului din boosterele adiacente), urcând pe orbită încărcături de trei ori mai grele decât SLV.

Toate lansările au avut (și au în continuare) loc de la centrul spațial Satish Dhawan, cunoscut și sub numele Sriharikota High Altitude Range (SHAR). Primele două tentative de lansare ASLV au fost sortite eșecului: în 1987 și 1988, cele două rachete lansate nu au ajuns să-și ducă la sfârșit misiunea. Un succes parțial are loc cu ocazia celei de-a treia lansări (mai 1992), însă satelitul, plasat pe o orbită diferită decât cea programată inițial, nu poate fi folosit la întreaga capacitate, așa că este planificat o nouă misiune. Din fericire, ultimul zbor al unei rachete ASLV a fost unul norocos și satelitul SROSS-C2 a putut să preia sarcinile predecesorului său, SROSS-C. Se întâmpla în 4 mai 1994. Centrul spațial Satish Dhawan (Sriharikota, Nellore, Andhra Pradesh, India) este dotat cu 2 rampe de lansare operaționale, 1 retrasă din uz (folosită pentru SLV și ASLV) și una aflată în construcție.

Încă din 1993, India testează un nou propulsor, denumit PSLV (Polar Satelitte Launch Vehicle), care se va dovedi mult mai robust. Din cele aproape 50 de lansări, doar 2 au eșuat (primul eșec fiind chiar primul zbor, din 20 septembrie 1993), ceea ce este remarcabil, dacă privim la istoria primelor zboruri indiene. Ultimul zbor problematic al rachetei PSLV a fost în 29 septembrie 1997. Prima încărcătură comercială lansată de PSLV a fost satelitul AGILE al agenției spațiale italiene, lansat în aprilie 2007 și care a fost folosit pentru observații astronomice în raze gama.

Lansatoare

PSLV

India folosește astăzi trei configurații pentru racheta PSLV: PSLV-G, varianta standard, în patru trepte și 6 propulsoare auxiliare, care poate lansa peste 1.5 tone pe orbită terestră joasă. PSLV-CA (core alone) este practic varianta PSLV-G dar fără cele 6 propulsoare auxiliare și asta înseamnă bineînțeles și o masă redusă, la puțin peste 1.1 tone utile ridicate pe orbită. A treia și cea mai puternică este PSLV-XL, care este dotată cu propulsoare auxiliare mai puternice și care poate să urce 1.8 tone pe orbită.

PSLV este o rachetă interesantă, pentru că cele patru trepte sunt alimentate cu combustibil solid și lichid și sunt dispuse alternativ. Iată cum arată o secvență de lansare pentru o rachetă PSLV: propulsoarele PS1 (sau S-139) cu combustibil solid ale primei trepte pornesc când numărătoarea inversă ajunge la zero. După 0.42 secunde, este aprinsă prima pereche de boostere, urmate de a doua pereche de boostere, la 0.20 de secunde distanță. A treia pereche de boostere este activată abia la 25 de secunde după lansare. Prima pereche își termină combustibilul după 68.9 secunde și se desprind de lansator, urmate la 0.2 secunde de a doua pereche iar a treia pereche le urmează după 23 de secunde. La un minut și 50 secunde, prima treaptă își termină complet combustibilul solid și are loc prima separare la o altitudine de peste 50 de kilometri. Motorul cu combustibil lichid Vikas, atașat celei de-a doua trepte, este activat imediat, pentru a propulsa racheta mai departe. După 4 minute și 23 de secunde de la lansare are loc a doua separare (se desprinde deci a doua treaptă) și pornirea propulsoarelor PS3 (sau S-7) cu combustibil solid ale celei de-a treia trepte, care ard pentru 70 de secunde. După terminarea combustibilului și separare, ultima treaptă, propulsată de 2 motoare L-2-5 (cu combustibil lichid), este activată doar când racheta ajunge în poziția optimă pentru inserția orbitală. Avem așadar o dispunere alternativă, motoare cu combustibil solid, lichid, solid și iar lichid. Prima treaptă și boosterele sunt alimentate cu HTPB, un compus al butadienei, motorul Vikas cu tetraoxid de azot iar cel de-al patrulea motor cu MMH, un compus al hidrazinei.

Lansatorul indian are câteva lansări memorabile care merită amintite. În 22 octombrie 2008, o rachetă PSLV-XL lansa sonda Chandrayaan-1, prima sondă indiană care a ajuns pe orbită în jurul Lunii. Aceasta a fost funcțională până în 28 august 2009, deși inginerii indieni sperau pentru o perioadă mai lungă de activitate, însă Chandrayaan-1 a făcut o descoperire extrem de importantă: a confirmat prezența apei pe Lună. Nu vă imaginați că Luna adăpostește rezervoare de apă sau râuri curgătoare, mai degrabă molecule de apă prezente în regolit, praful fin care acoperă întreaga suprafață selenară.

Figure 1: Lansatorul indian PSLV (sursa foto: ISRO)

Figure 1: Lansatorul indian PSLV (sursa foto: ISRO)

În 5 noiembrie 2013, o rachetă PSLV-XL lansa prima sondă indiană care avea ca destinație planeta Marte, MOM (Mars Orbiter Mission sau, informal, Mangalyaan, dacă vă place mai mult sanscrita), cu două săptămâni înainte ca NASA să lanseze sonda MAVEN, care avea aceeași destinație. MAVEN, fiind lansată cu ajutorul unei rachete Atlas V (în configurația 401), avea să ajungă pe orbita marțiană în 22 septembrie 2014, în timp ce MOM a ajuns cu două zile mai târziu. Și mai există o diferență semnificativă între cele două sonde: dacă MAVEN a costat peste 670 de milioane de dolari, MOM a costat doar 71 de milioane de dolari, adică cu peste jumătate de miliard de dolari mai puțin. Ca să punem lucrurile într-o altă perspectivă, filmul Gravity din 2013, cu Sandra Bullock și George Clooney, a avut un buget de 100 de milioane de dolari. Sonda lunară Chandrayaan-1 a costat 60 de milioane de dolari. Atât MAVEN cât și MOM se află în acest moment pe orbita planetei Marte, alături de alte patru sonde (două europene și două americane).

În 15 februarie 2017, al 37-lea zbor operațional al lansatorului PSLV stabilea un record în materie de număr de sateliți lansați pe orbită simultan: nu mai puțin de 104! Racheta a reușit să urce în spațiu satelitul Cartosat 2D, dar și alți 103 sateliți de mici dimensiuni, dintre care 88 de sateliți fac parte din constelația Dove, parte a proiectului companiei Planet Lab Inc. de a avea acces la imagini în timp real, continue, cu suprafața Pământului. Cei 80 de sateliți s-au alăturat celor 56 deja existenți, completând astfel constelația, care va deveni funcțională în perioadă următoare. Rezoluția oferită este inferioară observatoarelor dedicate, dar acești sateliți pot oferi rapid imagini cu orice punct de pe suprafața planetei aproape imediat. Alți 8 sateliți (de câte 4.6 kilograme fiecare) sunt folosiți pentru validarea modelelor de previziuni meteorologice și aparțin companiei Spire Global. Restul sateliților aparțin diverselor universități sau altor instituții interesate de a avea o platformă cubesat pe orbită. Precedentul record i-a aparținut Rusiei, care în 2014 a reușit să lanseze, folosind o rachetă Dnepr, 37 de sateliți. Recordul NASA este de doar 29 de sateliți lansați simultan, record care datează din 2013.

Între 2013 și 2016, PSLV-XL a lansat 7 sateliți de geolocație, parte a sistemului regional IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System sau, mai recent, redenumit NAVICNAVigation with Indian Constellation), un sistem similar cu cel american (GPS), rusesc (GLONASS) sau european (Galileo), dar care spre deosebire de acestea, acoperă doar o suprafață redusă a globului, nefiind un sistem global de poziționare: Oceanul Indian, India, estul Africii, China și vestul Australiei, o zonă suficientă însă pentru nevoile Indiei și pentru ca aceasta să nu depindă de alte sisteme de poziționare prin satelit.

Forma și poziționarea Indiei fac ca orbitele polare să fie preferate în cazul misiunilor de observare, meteorologice sau de cartografiere, motiv pentru care PSLV, după cum îi spune și numele, are ca principale misiuni lansarea sateliților care folosesc acest tip de orbită. O orbită polară înseamnă că traiectoria satelitului face ca acesta să treacă pe deasupra celor doi poli. Un caz special de orbită polară este orbita heliosincronă, utilă atunci când satelitul trebuie să fie deasupra unui punct fix la aceași oră. Orbitele polare, heliosincrone, sunt de obicei la altitudini între 400-800 kilometri. Însă sateliții de telecomunicații trebuie să ajungă pe orbite geostaționare, care să le permită să fie mereu deasupra unui punct fix de pe Pământ și pentru acest lucru ei trebuie să urce până la altitudini de 30000 kilometri.

În septembrie 2002, o rachetă PSLV a lansat pentru prima dată un satelit pe o orbită geostaționară, dar satelitul avea doar 1 tonă. India avea nevoie de un lansator mai puternic, pentru a putea accesa și orbitele geostaționare.

GSLV

GLSV este o variantă mai puternică a PSLV, care poate transporta încărcături mai grele pe orbită, fiind în special folosită pentru orbite geostaționare, după cum îi spune și numele (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle).

Dezvoltată oarecum în paralel cu PSLV, GSLV renunță la propulsoarele auxiliare cu combustibil solid, în favoarea celor cu combustibil lichid, de dimensiuni mai mari, în timp ce treapta a treia și a patra este înlocuită cu o singură treaptă propulsată de un motor alimentat cu oxigen și hidrogen lichid. Primul zbor, din 2001, a variantei GSLV Mk.I, nu este nici el unul de care indienii să fie mândrii, satelitul GSAT-1 ajungând pe o orbită mai joasă decât fusese planificat inițial. Al doilea și al treilea zbor GSLV, din 2003 și respectiv 2004, sunt un succes, dar urmează 4 eșecuri consecutive, între 2006 și 2010. Între timp, în 2010, motorul KVD-1M al celei de-a doua trepte, construit în urma unei colabărări dintre Rusia și India, este înlocuit cu un motor produs în intregime de către India. Acestă modificare face ca racheta să fie denumită GSLV Mark II, adică a doua iterație a rachetei.

Din 2014, GSLV Mark II a avut șase lansări fără probleme, aproximativ câte una în fiecare an, urcând pe orbită geostaționară sateliții indieni GSAT-14, GSAT-16, INSAT-3DR, GSAT-9, GSAT-6A și GSAT-7A (ultimele două lansări folosind o variantă îmbunătățită a motorului Vikas), fiecare cu o masă de aproximativ 2 tone.

Table 1: Lista lansărilor GSLV Mk.I și Mk.II. Toate lansările au fost spre GTO.
Dată Rampă Variantă Încărcătură Masa lansată Rezultat
18.04.2001 1 Mk.I GSAT-1 1540 kg Eșec parțial1
08.05.2003 1 Mk.I GSAT-2 1825 kg Succes
20.09.2004 1 Mk.I GSAT-3 1950 kg Succes
10.07.2006 2 Mk.I INSAT-4C 2168 kg Eșec2
02.09.2007 2 Mk.I INSAT-4CR 2160 kg Eșec parțial3
14.04.2010 2 Mk.II GSAT-4 2220 kg Eșec4
25.12.2010 2 Mk.I GSAT-5P 2310 kg Eșec5
05.01.2014 2 Mk.II GSAT-14 1980 kg Succes
27.08.2015 2 Mk.II GSAT-6 2117 kg Succes
08.09.2016 2 Mk.II INSAT-3DR 2211 kg Succes
05.05.2017 2 Mk.II GSAT-9 2230 kg Succes
29.03.2018 2 Mk.II GSAT-6A 2140 kg Success
19.12.2018 2 Mk.II GSAT-7A 2250 kg Success

GSLV Mk.III

Deși numele pare să indice o nouă iterație a rachetei GSLV Mark II, GSLV Mark III este un vehicul nou: două boostere cu combustibil solid (dotate cu motoare S200, alimentate cu HTPB) propulsează racheta în prima fază a zborului. Abia după 114 secunde după lansare pornește și motorul Vikas al rachetei centrale L110, (alimentat cu tetraoxid de azot), o variantă evoluată din motorul european Viking care propulsa rachetele Ariane 1, 2, 3 și 4. Cele două boostere laterale se consumă și se desprind de rachetă la 26 de secunde după ce motorul principal al rachetei centrale a pornit. După mai bine de 3 minute are loc o nouă separare și a treia treaptă, care arde oxigen și hidrogen lichid, este activată pentru mai bine de 10 minute.

Figure 2: Lansatorul indian GLSV Mk.III (sursa foto: ISRO)

Figure 2: Lansatorul indian GLSV Mk.III (sursa foto: ISRO)

GSLV Mark III a funcționat până acum fără probleme: nu a avut mai mult de patru zboruri, dar India a scăpat de blestemul primelor lansări eșuate ale unei rachete noi. Este de departe cel mai puternic lansator de care dispune India, putând lansa peste 3 tone pe orbită geostaționară (cu mult sub posibilitățile Ariane 5, de pildă, care poate lansa sateliți de trei ori mai grei) și până acum a avut două zboruri, amebele încheiate cu succes, deși primul, care a avut loc în 2014, a fost unul suborbital (încărcătura de la bord nu a ajuns să fie plasată pe orbită). Ritmul pe care ISRO speră să-l poată menține este de aproximativ o lansare GSLV Mark III pe an.

Table 2: Lista lansărilor GSLV Mk.III. Toate lansările au fost spre GTO, cu excepția lansării sondei Chandrayaan-2, care a avut ca țintă finală orbita selenară.
Dată Rampă Încărcătură Masa lansată Rezultat
05.07.2017 2 GSAT-19 3136 kg Succes
14.11.2018 2 GSAT-29 3423 kg Succes
22.07.2019 2 Chandrayaan-2 3850 kg Succes6

ULV

În viitor, India plănuiește să înlocuiască actualele rachete cu un lansator modular, denumit United Launch Vehicle (ULV). Acesta ar avea diverse versiuni, în funcție de încărcătură și destinația acesteia, diferențiate prin boosterele auxiliare (S13, S60, S139, S200), în timp ce partea centrală a rachetei va rămâne constantă.

Sunt planificate patru variante pentru ULV:

  • șase boostere S13, va putea lansa 1.5 tone pe GTO și 4.5 tone pe LEO;
  • două boostere S60, va putea lansare 3 tone pe GTO și 10 tone pe LEO;
  • două boostere S138, va putea lansa 4.5 tone pe GTO și 12 tone pe LEO;
  • două boostere S200, va putea lansare 6 tone pe GTO și 15 tone pe LEO.

După ce noua rachetă va deveni operațională, India dorește și o versiune grea a acesteia, denumită HLV, care va fi capabilă să lanseze 10 tone pe GTO

Sonde interplanetare

Chandrayaan-1

În 22 octombrie 2008, sonda Chandrayaan-1 pornea spre Lună, la bordul unei rachete PSLV-XL. Câteva zile mai târziu, în data de 8 noiembrie, 2008, Chandrayaan-1 intra pe orbita selenară. Moon Impact Probe, un proiectil de 35 de kilograme, desprins din sonda orbitală, a pornit spre suprafața Lunii 6 zile mai târziu și a lovit Luna în apropierea craterului Shakelton. Solul ejectat în urma impactului a fost analizat de sonda aflată pe orbită.

Designul sondei s-a făcut după satelitul meteorologic Kalpansat: un cub cu latura de 1.5 metri cu masa de peste 500 de kilograme și cu o putere disponibilă de 750W, generată de două panouri solare. Cele trei instrumente științifice indiene de la bord cântăreau 55 de kilograme: Terrain Mapping Camera (TMC – cu o rezoluție de 5 metri/pixel, folosită pentru cartografierea Lunii), Lunar Laser Ranging Instrument (LLRI – pentru topografia suprafeței Lunii), Hyper Spectral Imager (HySi – folosit pentru mapare mineralogică). Chandrayaan-1 avea însă și alte instrumente științifice: un spectrometru cu fluorescență de raze X, un instrument pentru analiza mineralelor de la sol, un spectrometru în infraroși și dozimetru (furnizat de agenția spațială bulgară).

Din păcate, contactul cu sonda a fost pierdut brusc în 28 august 2008, însă deja o bună parte din datele științifice au fost colectat și transmise spre Pământ. Printre acestea, cercetătorii au descoperit dovezi că există apă în solul selenar7. Costul total al programului a fost de 83 milioane dolari.

Mangalyaan

Mars Orbiter Mission (MOM) sau Mangalyaan este o sondă derivată din Chandrayaan-1 și lansată spre Marte în 5 noiembrie 2013, cu ajutorul unei rachete PSLV. După 6 manevre de ridicare a orbitei, Mangalyaan pornește spre Marte în 1 decembrie 2013 și după 300 de zile sonda ajunge pe orbita marțiană (366 x 80000 km) în 24 septembrie 2014.

Sonda are o masă de 1340 km, din care 852 de kilograme este combustibil, iar panourile solare generează 800W, putere necesară pentru instrumentele științifice de la bord. Acestea sunt în număr de 5 și cântăresc 15 kilograme: Mars Color Camera, Lyman Alpha Photometer, Thermal Imaging Spectrometer, Mars Exospheric Neutral Composition Analyzer și Methane Sensor for Mars.

Chandrayaan-2

Lansată în 22 iulie 2018 de cea mai puternică rachetă indiană GSLV Mk.III, sonda Chandrayaan-2 a intrat pe orbită polară selenară în 20 august 2018. În 2 septembrie, landerul Vikram s-a despărțit de sonda aflată la 100 km altitudine și s-a pregătit pentru aselenizare. Apoi, 4 zile mai târziu, Vikram (1471 kg) a pornit spre suprafața selenară, însă legătura radio cu acesta s-a pierdut cu câteva secunde înainte de contactul cu solul, la o altitudine de 2.1 kilometri. După 2 zile, sonda rămasă pe orbită a reușit identificarea landerului, la doar 500 de metri de locul planificat inițial pentru aselenizare, însă imaginile în infraroșu nu au putut determina integritatea structurală a acestuia. În următoarele zile, sonda orbitală își va reduce altitudinea, pentru a reuși să observe mai bine locul unde se află Vikram.

Landerul Vikram conținea și un mic rover, Pragyaan (27 kilograme, 50W putere), care ar fi putut străbate o distanță de 500 metri, cu o viteză de 1 cm/s. Pragyaan a fost dotat cu camere foto, un spectrometru cu raze X și un spectrometru cu ablație laser. Vikram și Pragyaan nu au fost proiectate să supraviețuiască nopții selenare, așa că și în cazul în care aselenizarea ar fi decurs cu bine, nu ar fi funcționat mai mult de 2 săptămâni. La bordul lui Vikram s-au aflat și o cameră, un seismometru, o sondă Langmuir și o oglindă retroreflectorizantă (livrată de NASA).

Însă chiar și dacă aselenizarea nu e reușit, misiunea Chandrayaan-2 este departe de a fi un eșec: sonda urmează să petreacă 1 an pe orbita Lunii, iar 95% din datele științifice urmau să provină de pe sonda orbitală. Aceasta are o masă de 3850 kilograme și panourile solare generează o putere electrică de 1000W. Obiectivele științifice ale misiunii includ studiul topografiei selenare, a mineralogiei, a abundenței elementelor chimice în solul lunar, studiul exosferei Lunii și identificarea apei și a gheții în solul lunar.

Figure 3: Racheta GSLV Mk.III înainte de lansarea sondei Chandrayaan-2 (sursa foto: ISRO)

Figure 3: Racheta GSLV Mk.III înainte de lansarea sondei Chandrayaan-2 (sursa foto: ISRO)

RLV-TD

Dincolo de rachete și sonde marțiene și selenare, ISRO lucrează și la un vehicul orbital reutilizabil. Aflat deocamdată în faza de teste, la scară redusă, primul zbor al Reusable Launch Vehicle-Technology Demonstrator (RLV-TD) a avut loc în 23 mai 2016, când vehiculul fără echipaj la bord, a fost lansat până la o altitudine de 65 kilometri, folosind un propulsor HS9 (deci nu a ajuns în spațiu, convenția este că spațiul începe după 80 sau 100 de kilometri). De aici, acesta a revenit spre apele Oceanului Indian, testând revenirea prin atmosferă la o viteză de cinci ori mai mare decât cea a sunetului. Zborul vehicului de 1.5 tone a durat 12 minute și a fost considerat un succes, fiind testate sistemul de ghidare și control, scutul termic și navigarea autonomă. Forma acestuia seamănă cu cea a navetei OTV a forțelor aeriene ale SUA, însă dimensiunile vehiculului indian sunt mai reduse și acesta nici nu a mai fost recuperat în urma zborului.

Zboruri cu echipaj uman (programul Gaganyaan)

În august 2018, premierul Indiei anunța că în mai puțin de 4 ani, primii astronauți indienii vor fi lansați pe orbită folosind capsule și rachete (GLSV Mk.III) proprii.

Planul este ca în 2021, o capsulă de 3.7 tone să poată lansa la o altitudine de 400 km un echipaj format din doi sau trei astronauți și care să revină cu bine în Oceanul Indian. Pentru acest lucru, racheta GSLV Mk.III trebuie să fie certificată pentru zbor uman, dar deocamdată lucrurile arată excelent pentru cel mai puternic propulsor indian, care nu a suferit deocamdată nici o lansare eșuată.

Sunt programate două teste, primul în decembrie 2020 și al doilea în iulie 2021, iar dacă acestea vor decurge conform planului, s-a putea ca în decembrie 2021 să vedem primul echipaj indian pe orbită, lansat de o rachetă indiană.


  1. Satelitul GSAT-1 plasat pe orbită mai joasă decât cea planificată [return]
  2. Racheta a deviat de la traiectoria planificată și a fost distrusă [return]
  3. Satelitul INSAT-4CR plasat pe orbită mai joasă decât cea planificată [return]
  4. Satelitul nu a ajuns pe orbită datorită unor probleme la treapta superioară [return]
  5. Racheta a deviat de la traiectoria planificată și a fost distrusă [return]
  6. Lansatorul a funcționat mai eficient decât se anticipase și a plasat sonda pe o primă orbită intermediară la o altitudine cu 6000 km mai mult decât cea planificată, ceea ce înseamnă o economie de combustibil pentru sonda orbitală Chandrayaan-2 și astfel o viață mai lungă, https://www.hindustantimes.com/india-news/isro-launches-chandrayaan-2-india-shoots-for-the-moon/story-t2PN0GAFBhTedbVjamIFyH.html [return]
  7. https://science.sciencemag.org/content/326/5952/568 [return]