Het Japan Aerospace Exploration Agency bereikt een baan om de aarde met de tweede lancering van het H3-ruimtevaartuig

De Japanse H3-raket deed zaterdag een tweede poging om een ​​baan om de aarde te bereiken, elf maanden nadat deze tijdens zijn eerste vlucht faalde. De raket stuurde met succes een massasimulator en twee kleine satellieten in dezelfde 669 kilometer lange zonsynchrone baan waarop hij zich tijdens de vorige missie richtte. De lancering begon om 00:22 UTC (9:22 uur lokale tijd) vanaf lanceerplatform 2 in het Yoshinobu-lanceercomplex van het Tanegashima Space Center.

De Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) en Mitsubishi Heavy Industries (MHI) ontwikkelden de H3 als opvolger van de vorige generatie H-IIA- en H-IIB-voertuigen. De H-IIA, die voor het eerst vloog in 2001, vormde de ruggengraat van het Japanse ruimtevaartprogramma, maar heeft nog maar twee lanceringen te gaan en zal naar verwachting tegen het einde van het jaar buiten gebruik worden gesteld. De krachtigere H-IIB maakte zijn laatste vlucht in 2020.

H3 maakte zijn eerste vlucht op 7 maart 2023 met de Advanced Earth Observing Satellite 3 (ALOS-3) aan boord. De missie begon nominaal tijdens de eerste fase van de vlucht en de scheidingsfase zoals gepland. De tweede trap van de raket ontbrandde echter niet. Dertien minuten en 55 seconden na de lancering, toen duidelijk werd dat de raket de baan niet zou kunnen bereiken, kreeg het vluchtbeëindigingssysteem (FTS) de opdracht het voertuig te vernietigen.

Het onderzoek identificeerde drie mogelijke oorzaken van de storing, waarbij de nadruk lag op een abnormale vermogensmeting die werd gedetecteerd op het moment dat het ontstekingscommando naar de tweede trap werd gestuurd. De geïdentificeerde scenario's waren een kortsluiting in de ontsteker, een overstroom in de ontsteker of een overstroom in de regelmodule van het primaire voortstuwingssysteem van de tweede trap die zich voortplant naar de redundante regelmodule. De wijzigingen werden voorgesteld om ervoor te zorgen dat deze faalwijzen niet optreden bij toekomstige missies en werden geïmplementeerd voordat H3 terugkeerde naar de vlucht met de missie van zaterdag.

De lancering van zaterdag heette Testvlucht 2 of TF2. Na het mislukken van de eerste H3-vlucht was de primaire lading van TF2 Vehicle Evaluation Payload 4 (VEP-4). VEP-4 is een massasimulator die simuleert dat er een ruimtevaartuig aan boord van de raket is, zonder de kosten en projectimpact te riskeren van het verlies van nog een grote satelliet als TF2 niet succesvol is in zijn missie.

Om de best mogelijke indicatie te geven dat de problemen tijdens de eerste testvlucht waren opgelost, volgde TF2 een soortgelijk lanceerprofiel als TF1, en werd VEP-4 gebouwd met dezelfde massa als ALOS-3 – ongeveer 3.000 kilogram. VEP-4 volgt drie eerdere VEP's – aan boord van de eerste H-II-lancering in 1994, en de eerste en tweede H-IIA-lanceringen in 2001 en 2002 – die waren uitgerust om gegevens te verzamelen over de prestaties en werking van hun draagraketten.

Naast VEP-4 had de lancering van zaterdag ook een paar kleine satellieten – CE-SAT-1E en TIRSAT – als secundaire lading. Dit zijn goedkopere, minder risicomijdende missies die profiteren van het grotere laadvermogen van de H3 om een ​​baan om de aarde te bereiken. CE-SAT-1E, of Canon Electric Satellite 1E, maakt deel uit van een serie lichtgewicht beeldsatellieten ontwikkeld door Canon Electronics, waaronder beeldsensoren die zijn gebaseerd op Canons assortiment in de handel verkrijgbare camera's. Het primaire instrument is gebaseerd op een Canon EOS R5, met een reflectortelescoop van 40 cm, terwijl een secundaire beeldsensor is afgeleid van de PowerShot S110.

TIRSAT is een CubeSat met drie modules en een massa van ongeveer zes kilogram. In een partnerschap tussen Japan Space Systems, Seiren Corporation en verschillende andere organisaties en universiteiten zal de satelliet in een baan om de aarde de kleine, ongekoelde infraroodsensor verifiëren, een infrarood thermische beeldlading bedoeld voor toekomstige missies. Met infraroodbeeldvorming kunnen thermische emissies worden geïdentificeerd en bewaakt; Mogelijke toepassingen zijn onder meer industriële monitoring en rampenbeheer.

De twee secundaire ladingen zijn aan weerszijden van de VEP-4 gemonteerd en gescheiden in een lage baan om de aarde (LEO) tijdens de kustfase na het einde van de eerste motorverbranding van de tweede trap. De CE-SAT-1E wordt ingezet met behulp van de SimplePAF15M Payload Attachment Facility (PAF), terwijl de TIRSAT is gehuisvest in een standaard CubeSat-hub.

De H3 is een tweetrapsraket, waarbij beide trappen cryogene vloeibare waterstof en vloeibare zuurstofbrandstof verbranden. Het kan in verschillende configuraties vliegen, waarbij het aantal motoren van de eerste trap, het aantal solide raketaanjagers die de eerste trap vergroten, en de lengte van de stroomlijnkap van de lading variëren. Elke configuratie heeft een aanduiding van drie letters, waarbij het eerste cijfer het aantal motoren in de eerste fase aangeeft, het tweede het aantal solide boosters en de derde letter “S” of “L” het gebruik aangeeft. Van respectievelijk een kort of lang geschenk.

In alle configuraties wordt de eerste trap aangedreven door LE-9-motoren, terwijl de tweede trap een enkele LE-5B-3-motor gebruikt. In configuraties waarbij gebruik wordt gemaakt van solide raketmotoren, worden de SRB-3 boosters van IHI Aerospace (niet te verwarren met de SRB-A3 die op de H-IIA wordt gebruikt) diagonaal rond de basis van de eerste trap bevestigd om voor extra stuwkracht te zorgen.

De driemotorige versie van de H3 eerste trap zal zonder boosters worden gebruikt in 30S- en 30L-configuraties. De 22S en 22L hebben tweemotorige eerste trappen met twee solide raketmotoren, en de 24S en 24L gebruiken dezelfde eerste trap met vier boosters. De korte lading heeft een lengte van 10,4 meter, terwijl de lange lading een lengte heeft van 16,4 meter. Beide typen stroomlijnkappen hebben dezelfde diameter: 5,2 meter.

De TF2-missie maakte gebruik van een H3-22S, dezelfde configuratie die de eerste vlucht uitvoerde. Het werd gelanceerd vanaf Launch Pad 2 (LP2) in het Yoshinobu Launch Complex, onderdeel van JAXA's Tanegashima Space Center op het eiland Tanegashima, voor de zuidkust van Kyushu.

De LP2 werd begin jaren 2000 gemaakt als back-upplatform voor H-IIA-lanceringen, maar werd nooit door de H-IIA gebruikt. In plaats daarvan kwam de eerste lancering in 2009 met het debuut van de H-IIB-raket, die alle negen werden gelanceerd vanaf LP2. Vorig jaar werd ook de eerste vlucht van de H3 gemaakt vanaf LP2. Het nabijgelegen Launch Pad 1 is ouder, gebouwd vóór de eerste lancering van de H-II in 1994, en wordt nog steeds gebruikt door de H-IIA.

Ondanks dat hij dezelfde configuratie heeft, wijkt de raket die op de TF2-missie vliegt enigszins af van de raket die op de TF1-missie vloog. Er werden in de tweede fase wijzigingen aangebracht aan de motorontstekings- en aandrijfsysteemregeleenheden op basis van de resultaten van het TF1-storingsonderzoek, terwijl een van de motoren van de eerste fase de LE-9 Type 1A was, die upgrades omvatte ten opzichte van de standaard LE- 9 motor. Type 1 om de betrouwbaarheid te verbeteren.

De eerste trap van de H3 TF2-raket wordt tijdens integratieoperaties in verticale positie gebracht (Credit: JAXA)

Voor Japanse lanceringen werd de start van de missie aangeduid als X0, in plaats van T0, zoals vaker voorkomt bij westerse lanceringen. De twee LE-9-motoren van de eerste trap startten een paar seconden vóór X0, waarbij de SRB-3-boosters ontbrandden en de raket opsteeg bij de nulmarkering in de telling. De SRB-3's verbrandden en scheidden zich van het voertuig één minuut en 56 seconden na het opstijgen, waarbij de lading met succes werd gescheiden na drie minuten en 34 seconden verstreken missie.

De eerste etappevlucht duurde tot X+4 minuten en 58 seconden, toen er een hoofdmotorstoring, oftewel MECO, plaatsvond. De LE-9-motoren werden vervolgens uitgeschakeld, nadat ze hun rol in de missie hadden voltooid, en het podium werd na zeven seconden MECO gescheiden.

De volgende vluchtgebeurtenis en het punt waar de vorige lancering van de H3 was mislukt – de ontsteking van de tweede trap – werd 12 seconden na de lancering met succes voltooid. Dit markeerde het begin van een 11 minuten en 19 seconden durende verbranding voor de LE-5B-3-motor die de H3-tweede trap van de LEO injecteerde. CE-SAT-1E werd vervolgens 21 seconden na het einde van de verbranding in de tweede fase ingezet, terwijl TIRSAT ongeveer 500 seconden later werd gescheiden.

Na bijna een volledige baan te hebben voltooid, werd de tweede fase hervat voor deorbit en VEP-4 naar een veilige terugkeer boven de Indische Oceaan. De ontsteking begon om X+1 uur 47 minuten en 13 seconden en de verbranding duurde 26 seconden.

Het uiteindelijke doel van de missie was het testen van het scheidingsmechanisme om VEP-4 naar de tweede fase te brengen. Om er zeker van te zijn dat VEP-4 niet als ruimteschroot in een baan om de aarde bleef, werd deze test ongeveer 40 seconden na het einde van het deorbitale verbrandingsproces uitgevoerd.

Naast het scheidingsmechanisme is de lading ook met stopschroeven aan de raket bevestigd, waardoor deze ongeveer een centimeter kan bewegen en niet kan wegdrijven zodra de scheidingstest is uitgevoerd.

Deze succesvolle testvlucht zal de weg vrijmaken voor H3 om operationele ladingen te gaan vervoeren, en er staan ​​nog een aantal missies op stapel voor het einde van het jaar. Deze zullen de ALOS-4-satelliet voor het monitoren van hulpbronnen, de militaire communicatiesatelliet en de QZS-5-navigatiesatelliet aan boord hebben. De komende jaren zal H3 verschillende HTV-X-vrachtruimtevaartuigen inzetten om het internationale ruimtestation te bevoorraden en missies naar de maan en Mars te lanceren.

(Hoofdafbeelding: H3-lancering vóór VEP 4-missie. Afbeelding tegoed: MHI)