| «Экспресс-АМ4» утрачен |
|
Новости космонавтики.-№10.-2011.-с.39-43.
18 августа в 00:25:01 ДМВ (17 августа в 21:25:01 UTC) со стартового комплекса №39 площадки №200 космодрома Байконур был выполнен пуск РН «Протон-М» (8К82КМ №93525) с разгонным блоком «Бриз-М» (14С43 №99524) и телекоммуникационным спутником «Экспресс-АМ4», изготовленным европейской компанией Astrium Satellites для российского национального оператора ФГУП «Космическая связь» (ГПКС).
В результате ошибки при подготовке циклограммы работы РБ «Бриз-М» аппарат был выведен на нерасчетную орбиту с параметрами (в скобках - для расчетной орбиты): наклонение-51.16 град. (20.5 град.); минимальная высота - 689 км (5210); максимальная высота - 20252 км (35786); период обращения - 362.7мин.
30 августа ГПКС официально объявило, что в результате выведения на нерасчетную орбиту спутника «Экспресс-АМ4» его использование по целевому назначению невозможно. Оператор констатировал полную потерю КА и в связи с этим направил в ОСАО «Ингосстрах» заявление о возмещении убытков. Размер страхового возмещения составляет более 7.5 млрд. рублей.
12 сентября президент и генеральный директор Astrium Satellites Эверт Дудок (Evert Dudok) сообщил, что «Зкспресс-АМ4» находится в исправном состоянии, в защитном режиме, с ориентацией на Солнце и частично развернутыми панелями солнечных батарей. Вместе с тем Э. Дудок подтвердил заявление заказчика КА о невозможности его использования по целевому назначению.
Как это было
19 июля самолетом Ан-124-100 авиакомпании «Полет» спутник «Экспресс-АМ4» был доставлен из Тулузы в Москву, а 22 июля - на Байконур. Автономная подготовка КА проходила в чистовом помещении МИК-50 площадки 92-А. Она включала серию функциональных и электрических проверок, а также заправку компонентами топлива. В работах участвовали инженеры Astrium, ГКНПЦ имени М.В.Хруничеа и ГПКС.
Носитель и разгонный блок разработаны и изготовлены в ГКНПЦ имени М.В.Хруничева. РБ «Бриз-М» привезли б июля, а «Протон-М» доставили еще раньше и к 25 июля проверили и перевели в режим хранения. Это была ракета третьего этапа модернизации, способная вывести на геопереходную орбиту с использованием РБ «Бриз-М» полезный груз массой более 6000 кг.
8 августа состоялась сборка космической головной части, а 10 августа началась общая сборка ракеты космического назначения. 15 августа после заправки РБ носитель был вывезен на старт. Вечером 17 августа Госкомиссия приняла решение на заправку РН и пуск. Старт состоялся в ночь на 18 августа в расчетное время, обеспечивающее отделение КА в 09:38 ДМВ вблизи апогея целевой орбиты в заданных светотеневых условиях, то есть на свету.
Расчетная циклограмма пуска, объявленная ГКНПЦ, предусматривала выведение головного блока на суборбитальную траекторию через 582 сек после старта с последующим падением третьей ступени в Тихий океан в районе 24 град.с.ш., 1б2 град.в.д. Далее следовали пять включений маршевого двигателя (МД) РБ: первое - для довыведения на опорную круговую орбиту, три следующих - для формирования большой оси орбиты в плоскости экватора и подъема апогея до 35 800 км и пятое - в апогее над Индийским океаном - для подъема перигея с одновременным уменьшением наклонения орбиты.
Следует отметить, что для всех пусков тяжелых КА на геопереходную орбиту циклограмма работы РБ строится по единой схеме с одинаковыми приращениями скорости и параметрами промежуточных орбит вплоть до четвертого импульса. Так, в результате первого включения формируется опорная орбита наклонением 51.55 град. и высотой 173 км, после второго - промежуточная орбита наклонением 50.3 град. и высотой 270x5000 км, после третьего и четвертого - переходная орбита наклонением 49.1 град. и высотой 430x35800 км.
Продолжительность и величина пятого импульса зависят от массы КА. Чем она выше, тем больше расход топлива РБ в четырех предыдущих включениях (при равных приращениях скорости) и тем меньше его остается на последний, пятый, импульс.
Кроме того, от массы КА зависит соотношение между третьим и четвертым импульсом. В сумме по суммарной длительности они эквивалентны второму включению: МД работает 1064 и 1046 сек соответственно. Однако их приходится выдавать раздельно, так как на этом этапе полета кончаются компоненты в дополнительном топливном баке (ДТБ) разгонника - и он сбрасывается для облегчения головного блока. Опять-таки при более тяжелых КА это происходит раньше, то есть третий импульс получается короче, а четвертый - длиннее.
Заметным отличием циклограммы запуска «Экспресса-АМ4» является сдвиг начала импульса довыведения с 706-й на 676-ю секунду полета. Дальнейшие включения, однако, планировались в те же сроки, что и при запуске более тяжелого КА Sirius ХМ5.
Прием сигналов РБ осуществлялся в зонах радиовидимости после доразгона, второго и четвертого импульса. В последнем случае сеанс продолжался лишь 12 минут, после чего сигнал пропал - и траекторные измерения провести не удалось. Сигнал всенаправленного передатчика КА также отсутствовал. Информация о пятом импульсе, об отделении КА и уводе РБ в реальном времени доступна не была, средства радиоконтроля не обнаружили объект на расчетной орбите. Сигнал с КА после расчетного времени отделения получен не был.
Роскосмос сформировал комиссию по расследованию обстоятельств и причин нештатной ситуации и межведомственный оперативный штаб с целью нахождения КА и выяснения его состояния. Подготовка к следующему коммерческому запуску «Протона» с КА QuetzSat, запланированному на 14 сентября, была приостановлена.
Около 11:00 ДМВ Стратегическое командование США выдало элементы на один объект от состоявшегося пуска - на орбите наклонением 49.47 град. и высоте 147x11338 км. Логично было предположить, что это сброшенный ДТБ; наклонение его орбиты соответствовало ожидаемому, но высоты были явно нештатными. Это было первое указание на то, что нештатная ситуация в ходе выведения развилась не позднее момента окончания третьего импульса.
Вычисления также дали расчетное время прохождения ДТБ через перигей орбиты -04:05:02 ДМВ, через 13201 сек после объявленного момента старта и примерно через полторы минуты после восходящего узла. Этот расчетный момент почти точно совпал с выключением МД РБ по окончании третьего импульса, которое было зарегистрировано на 27 секунд позже. А это значит, что измеренная американцами орбита ДТБ неплохо описывает реальные обстоятельства прохождения связки через перигей - это произошло за считанные секунды до окончания 3-го импульса и действительно на высоте порядка 150 км и при скорости около 9450 м/с.
Сравнение с предыдущими пусками показало, что типовое значение аргумента перигея ДТБ - 353-354 град. Это означает, что в норме отделение бака происходит на восходящем участке орбиты РБ примерно через четыре минуты после условного перигея, который остается в нескольких градусах южнее экватора. А вот в пуске 18 августа аргумент перигея оказался равным 8.5 град., то есть «переполз» экватор и оказался севернее его.
Суммируя сказанное, можно было предположить наличие в векторе тяги ДУ РБ во время третьего включения значительной вертикальной составляющей, которая привела, с одной стороны, к недобору продольной составляющей скорости, а с другой - к смещению точки перигея вперед вдоль орбиты и к «зарыванию» его в атмосферу.
Поскольку начала 4-го и 5-го импульсов были жестко заданы циклограммой, а фактический период обращения головного блока уже после третьего включения значительно отличался от заданного (221 мин вместо ожидаемых 298 мин), отработка двух последних импульсов не позволяла сформировать штатную орбиту отделения КА. В частности, пятый импульс был бы неминуемо выдан не в апогее переходной орбиты над экватором, а далеко на нисходящем витке.
В 13:00 стало известно, что измерительный пункт на Байконуре зафиксировал пятое включение маршевого двигателя РБ и отделение КА «Экспресс-АМ4». Оперативный анализ принятой телеметрии привел к тем же результатам, что и наши расчеты по американским данным на ДТБ: разгонный блок и спутник выведены на нерасчетную орбиту.
Около 19:00 была предпринята попытка приема сигнала со спутника, который, как показывали имеющиеся на тот момент расчеты, должен был пройти семиминутную зону радиовидимости с угловой скоростью до 5 град. в минуту. Используемая антенна для этого вообще-то не подходила, так как имела низкую скорость поворота и ограниченный сектор по азимуту.
Выбора, однако, не было: российские станции с полноповоротными антеннами не были оснащены для управления спутником на платформе Eurostar 3000. Слабый сигнал временами регистрировался, но уровень его был недостаточным для полноценной работы. Повторная попытка утром 19 августа также не принесла успеха. (Как стало известно позднее, целеуказания не соответствовали фактической орбите КА.)
19 августа около 21:30 ДМВ Стратегическое командование США выдало в открытый доступ орбитальные элементы еще на два объекта от состоявшегося пуска - разгонный блок и спутник. К сожалению, оно идентифицировало их «с точностью до наоборот» и изменило обозначения на правильные лишь 22 августа.
По элементам на КА и РБ определялся примерный момент, когда описываемые ими объекты находились на минимальном расстоянии; получилось - 18 августа в 12:46 ДМВ. Так как после отделения «Экспресса» «Бриз-М» должен был сделать два импульса увода - первый продолжительностью 12 сек и второй 100 сек, - считать полученное время моментом разделения было нельзя. Тем не менее, оно удовлетворительно совпало с расчетным моментом второго импульса увода РБ (12:53 ДМВ), что косвенно подтверждало полную отработку «Бризом» своей циклограммы. Иначе говоря, РБ просто «не подозревал», что делает что-то не так, и выполнил все заложенные в программу операции до конца.
Как только орбиты КА и РБ были определены, стало ясно: перевод «Экспресса» на геостационар потребовал бы суммарного приращения скорости около 2800 м/с - вдвое больше, чем нужно при переходе с целевой орбиты. Для подъема перигея с доведением наклонения до нуля и выхода в рабочую точку бортового запаса топлива (2900 кг) не хватало. Сообщение ГПКС от 30 августа о невозможности вывода КА на стационар и использования по назначению базировалось именно на этих обстоятельствах.
Таким образом, оставалось всего два разумных варианта работы с «Экспрессом»: свести с орбиты изделие, превратившееся в космический мусор, сразу или - после тестирования и, возможно, проведения каких-то экспериментов в области космической связи. Для этого, однако, нужно было вступить со спутником «в диалог», а связи с ним не было. Более того, ни заказчик, ни «Хруничев» как официальный подрядчик, ни Astrium в течение трех недель (!) не сообщали ничего о фактическом состоянии «Экспресса».
Моделирование движения объектов позволило установить, что КА отделился от РБ не на свету, как предусматривалось штатной программой, а в тени и вышел на освещенную сторону лишь через 25 минут после этого. А поскольку аппараты класса Eurostar 3000 при построении начальной ориентации полагаются в первую очередь на солнечные датчики, «Экспресс-АМ4», не обнаружив Солнца, должен был перейти в защитный режим и работать по запасной программе. Этот факт в сочетании с ошибкой американских аналитиков при идентификации объектов, вероятно, не позволил Astrium Satellite быстро установить контакт со спутником.
Только 12 сентября из публикации в Space News стало известно, что специалисты Astrium примерно через неделю после старта сумели найти «Экспресс-АМ4» и начать управлять им. «Через неделю или около того мы имели достаточно точные данные для того, чтобы войти в связь со спутником, - заявил Э. Дудок. - Он имеет электропитание, он имеет обогрев, он может вести связь. Но... он находится на бесполезной орбите».
Только после этого заявления стало ясно, что небольшие, но заметные изменения орбиты КА начиная с 1 сентября были вызваны не неконтролируемым истечением бортовых запасов топлива, а, судя по всему, тестированием его двигательной установки.
Эверт Дудок сообщил, что права собственности на спутник переданы ГПКС, которое должно совместно со страховщиками решить его дальнейшую судьбу. 13 сентября ГПКС еще раз подтвердило невозможность использования спутника по целевому назначению. «ГПКС, межведомственная комиссия и EADS Astrium констатируют полную потерю космического аппарата «Экспресс-АМ4», в связи с чем ГПКС направило в ОСАО «Ингосстрах» заявление о возмещении убытков», - заявил заказчик и собственник КА.
Несчастливый «гастарбайтер»
«Экспресс-АМ4» стал первым зарубежным КА, заказанным ГПКС - национальным оператором спутниковой связи России. Правда, сегодня в орбитальном флоте компании имеется один «иностранец» - КА Bonum-1, но он уже работал на орбите, когда достался ГПКС в 2001 г. при распродаже имущества компании ЗАО «Бонум-1» (дочерняя структура ЗАО «НТВ Плюс», входившего тогда в группу «Медиа-Мост» Владимира Гусинского).
Контракт на поставку КА «Экспресс-АМ4» - первого «высокоэнергетичного» КА для Российской Федерации - был подписан 14 марта 2008 г. между ГПКС (заказчик) и ГКНПЦ имени М.В.Хруничева (подрядчик) с расчетным сроком запуска во втором полугодии 2010 г. Контрактом предусматривалось, что поставщиком спутникового оборудования для АМ4 выступит европейская компания Astrium (космическое подразделение корпорации EADS), а сам КА должен быть собран на базе уже хорошо зарекомендовавшей себя спутниковой платформы Eurostar 3000. На ее основе к тому моменту уже были построены и успешно эксплуатировались КА Inmarsat 4F1 и F2, Hot Bird 8, Eutelsat W3A, Intelsat 10-02 и др.
Другой участвовавший в конкурсе тандем - ОАО «Информационные спутниковые системы» (ИСС) и Thales Alenia Space (TAS) предлагал свой проект АМ4 на основе новой платформы «Экспресс-4000», использовавший наработки TAS по платформе Spacebus 4000. Однако ГПКС предпочло уже испытанную в космосе платформу.
«Экспресс-АМ4» стал 50-м аппаратом на основе платформы семейства Eurostar и самым мощным на данный момент спутником, построенным в Европе. Финальная сборка КА прошла на заводе компании Astrium в Тулузе (Франция). Его стартовая масса составила 5755 кг, габариты при запуске 4.5x3.2x2.8 м. После развертывания на ГСО антенн и панелей солнечных батарей габариты КА должны были составить 39.4x8.3x4.5 м.
Система электропитания включала две четырехсекционные солнечные батареи мощностью не менее 16 кВт в конце расчетного срока службы, составлявшего 15 лет, из которых 14 кВт предназначалось для полезной нагрузки.
Аппарат был оснащен апогейной ДУ, состоящей из двигателя и четырех топливных баков, каждый вместимостью 549 л. Топливо ДУ двухкомпонентное: горючее - монометилгидразин, окислитель - смесь окислов азота. Для поддержания трехосной ориентации КА на геостационарной орбите и для удержания спутника в намеченной точке стояния с точностью ±0.05 град. по широте и по долготе имелась плазменная двигательная установка, работающая на ксеноне.
Модуль полезной нагрузки «Экспресса-АМ4» имел массу 1465 кг. Он включал в общей сложности 12 антенн и 63 транспондера, а именно: -30 - С-диапазона (с полосой пропускания 40 МГц); -28 - Ки-диапазона (16 по 54 МГц и 12 по 36 МГц); -два - Ка-диапазона (112 МГц); -три - L-диапазона (два с полосой 0.5 МГц и один с полосой 1 МГц).
Аппарат «Экспресс-АМ4» предназначался для предоставления услуг фиксированной связи, цифрового телерадиовещания (включая телевидение высокой четкости), доступа в Интернет, передачи данных, видеоконференцсвязи, создания мультисервисных сетей VSAT, а также подвижной связи (в том числе в интересах государственного руководства России).
«Экспресс-АМ4» должен был заменить в точке 80 град.в.д. ограниченно работоспособный КА «Экспресс-АМ2». Фиксированные антенны С- и Ku-диапазонов обеспечили бы как глобальный охват всей видимой из этой позиции территории Земли, так и обслуживание практически всей территории России, за исключением лишь Чукотки, Камчатки и части Курильских островов.
Кроме того, планировалось, что многолучевые антенны Кu-диапазона будут дополнительно покрывать ту же территорию четырьмя лучами, нацеленными на Европейскую часть. Уральский регион и Западную Сибирь, Восточную Сибирь и Дальний Восток. Антенны Ка-диапазона, судя по карте покрытия на сайте ГПКС, обеспечивали бы также глобальный охват территории России, имея максимумы мощности сигнала на юге Европейской части и на юге Дальнего Востока.
«Экспресс-АМ4» позволил бы ГПКС присутствовать и на рынках других регионов. В частности, перенацеливаемую антенну С-диапазона планировалось использовать для предоставления услуг связи в Центральной Африке, а перенацеливаемую антенну Кu-диапазона - на Аравийском полуострове.
ГПКС: ресурсы и перспективы
Неудача с АМ4, конечно, не станет катастрофой для ГПКС, крупнейшего российского оператора спутниковой связи, однако неизбежно приведет к ряду проблем и потребует срочных внеплановых мер.
Сегодня ГПКС предоставляет услуги по всему миру, однако основное внимание уделяет проектам создания спутниковых сетей связи в России и странах СНГ. ГПКС обладает самой крупной орбитальной группировкой геостационарных КА связи и вещания в России и разветвленной наземной инфраструктурой телепортов и волоконно-оптических линий связи. На данный момент в состав орбитального флота ГПКС входят 11 КА, работающих в С-, Кu- и L-диапазонах в точках от 14 град.з.д. до 140 град.в.д.
Однако из этих 11 спутников два (AM1 и АМ2) требуют срочной замены, а третий (Bonum-1) находится уже в «предпенсионном» возрасте. Таким образом, перед ГПКС стоит очевидная задача сравнительно быстрого обновления группировки.
Bonum-1 в точке 56 град. в. д. используется для предоставления услуг непосредственного телевещания. Он был запущен 23 ноября 1998 г. и введен в штатную эксплуатацию 22 января 1999 г. Гарантированный срок активного существования (САС) по контракту составлял 11 лет и вышел в январе 2010 г.
Учитывая текущее техническое состояние и фактический остаток топлива на КА, специалисты ГПКС разработали специальный алгоритм оптимальной коррекции наклонения орбиты Bonum-1. Он позволит экономить топливо и удерживать КА в рабочей точке до конца 2013 г. - начала 2014 г. с точностью не хуже чем ±0.1 град. по долготе, что позволит обеспечить устойчивый прием телевизионных сигналов на абонентские антенны диаметром 0.55-0.6 м.
Для замены Bonum-1 в позиции 56 град. в.д. ГПКС планирует использовать КА «Экспресс-АТ1». По контракту с ИСС спутник должен быть запущен в конце 2012 г., однако, согласно сообщению ГПКС от 20 апреля 2011 г., расчетный срок начала эксплуатации AT1-не позднее 1 ноября 2013 г.
На «Экспрессе-AM1» в связи с неисправностью системы управления с 24 апреля 2010 г. стала невозможна коррекция наклонения орбиты. ГПКС пока не планирует вывод КА из эксплуатации или перевод в другую орбитальную позицию и намерено продолжать его использование в позиции 40 град. в.д. Пользователи AM1, имевшие антенны без автосопровождения, с июня-сентября 2010 г. (в зависимости от диаметра антенн) оказались в ситуации, когда они не могли обеспечить круглосуточную работу систем спутниковой связи.
Из-за роста наклонения орбиты КА у таких пользователей ежедневно возникают два периода с пониженным качеством работы вплоть до пропадания связи (во время прохождения верхней и нижней точек «восьмерки» траектории КА). По этой причине часть пользователей перешли на другие КА, в частности на «Экспресс-АМ22» в 53 град. в.д.
В значительно худшем состоянии оказался КА «Экспресс-АМ2» в точке 80 град.в.д. Из-за проблем в системе энергообеспечения в мае-июне 2008 г. происходили практически ежедневные отключения транспондеров на КА длительностью от 3 до 8 часов. 24 декабря 2008 г. «Ингосстрах», застраховавший КА, признал частичную неработоспособность АМ2 и подтвердил готовность перечислить ГПКС в 1-м квартале 2009 г. страховую сумму 1.71 млрд. руб.
Однако 8 марта 2009 г. произошел более серьезный инцидент: опять же из-за аварии системы энергообеспечения на КА возникла нештатная ситуация, в результате которой спутник не мог использоваться по целевому назначению в полном объеме. Лишь к 11 марта специалистам ГПКС и ИСС совместно удалось восстановить работоспособность АМ2. Из-за проблем с энергообеспечением (по неофициальным данным - из-за отказа основной и резервной систем ориентации солнечных батарей) на АМ2 было сокращено количество работающих транспондеров до трех и время вещания - до 12 часов в сутки. (Частично эту проблему решил малый КА «Экспресс-МД1», запущенный 11 февраля 2009 г. и введенный в эксплуатацию в точке 80 град. в.д. 12 мая 2009 г.)
В середине 2010 г. ряд телекомпаний объявили о прекращении предоставления услуг с АМ2 и переходе на другие КА (например, компания «Континент ТВ» стала вещать с Intelsat 15 в точке 85.15 град.в.д.). На данный момент АМ2 находится в точке 80 град.в.д. и числится среди действующих КА ГПКС. Однако «Космическая связь» постаралась при первой возможности его заменить, поскольку позиция 80 град.в.д. является одной из основных для космической связи в России. Потому именно она и была выбрана для «Экспресса-АМ4».
Стоит отметить, что, заключив один контракт с тандемом «Центр Хруничева – Astrium», в дальнейшем ГПКС вернулось к заказу КА у своего традиционного поставщика - ИСС. 12 августа 2009 г. с Железногорском был заключен контракт на поставку КА «Экспресс-АМ5» (планируемый срок запуска - 1-й квартал 2012 г.) и -АМб (3-й квартал 2012 г.). Год спустя, 22 сентября 2010 г., был подписан контракт на поставку малого телекоммуникационного КА «Экспресс-АМ8» (запуск по контракту в 2013 г.) и пары малых КА непосредственного телевещания «Экспресс-AT1» и -АТ2 (совместный запуск в конце 2012 г.). Анонсирован, но пока не законтрактован КА «Экспресс-АМ7» для позиции 40 град. в.д.
Единственным исключением пока остается малый телекоммуникационный КА «Экспресс-МД2», изготавливаемый Центром Хруничева. Контракт на поставку МД1 и МД2 был подписан 28 ноября 2006 г. со сроком запуска первого КА в конце 2007 г., а второго - в 2008 г., фактически же старт МД1 совместно с «Экспрессом-АМ44» состоялся лишь в феврале 2009 г. Долгое время не находился попутчик для парного запуска с МД2, а выведение его одного обошлось бы слишком дорого. Сейчас запуск МД2 совместно с индонезийским КА Telkom 3 (изготавливается ИСС) намечен на 1-й квартал 2012 г. Это позволит вновь занять точку 145 град.в.д., не используемую ГПКС с весны 2008 г., когда ее покинул «Горизонт» №45Л.
Потеря «Экспресса-АМ4», очевидно, заставит компанию скорректировать эти планы. Вероятно, будут изменены планируемые орбитальные позиции, хотя это может потребовать корректировки состава и конфигурации полезной нагрузки. Другим выходом из сложившейся ситуации может стать аренда ресурсов у других операторов спутниковой связи.
ГПКС уже имеет опыт аренды транспондеров на чужих КА, как в случае со спутником W4 компании Eutelsat Communications. Еще до аварии АМ4, 10 мая 2011 г., ГПКС и Eutelsat подписали новый меморандум о взаимопонимании, предусматривающий запуск в 2015 г. нового КА в российскую позицию 36 град.в.д. Там уже работает W4, а в ноябре 2009 г. в эту точку Eutelsat запустил еще и W7. Новый совместный КА в 36 град.в.д. предназначен для оптимизации пропускной способности и обеспечения дополнительных ресурсов как для ГПКС, так и для Eutelsat. Финансирование нового спутника обеспечит европейский оператор, а его запуск будет произведен в рамках текущей Федеральной космической программы России. Управление на орбите новым КА будет осуществлять ГПКС из своего Центра космической связи «Дубна».
По данным Роскосмоса, ГПКС, ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, Astrium, ИСС, Thales Alenia Space и Hughes
(с сокращениями)
И.Лисов, Ю.Журавин |
