Китайская космонавтика вступает в эру возвращаемых ракет: эксперты анализируют особенности первого полета Чанчжэн-10Б

7 июля, еще один исторический момент китайской космонавтики «разыгрался» в Южно-Китайском море. В 12:15 по местному времени ракета-носитель «Чанчжэн-10B» (далее — Чанчжэн-10B) стартовала с коммерческого космодрома Хайнань, успешно выведя спутник на заданную орбиту. Первый полет завершился полным успехом. Через 6 минут после разделения первой и второй ступеней первая ступень вертикально вернулась и была успешно перехвачена с помощью сетевой системы на морской посадочной платформе, расположенной более чем в 300 км от космодрома. Миссия по возвращению первой ступени также увенчалась успехом.

Как стало известно корреспонденту газеты «Хуаньцю шибао», эта миссия стала первым в Китае успешным управляемым возвращением первой ступени ракеты-носителя, а также первым в мире возвращением с помощью сетевой системы. Ракета «Чанчжэн-10B» стала первой китайской ракетой-носителем многоразового использования, успешно осуществившей возвращение. Это знаменует собой исторический прорыв Китая в области технологий многоразовых ракет и закладывает прочную основу для ускоренного повышения возможностей доступа в космос. С этого момента китайская космонавтика вступила в эру возвращения ракет.

Возвращение — захватывающий процесс

Перед первым полетом корреспондент «Хуаньцю шибао» наблюдал за «Чанчжэн-10B» в вертикальном положении. Массивный корпус высотой примерно в 20-этажное здание и связка из семи мощных двигателей наглядно демонстрировали сложность первого успешного возвращения.

По имеющейся информации, «Чанчжэн-10B» разрабатывается под общим руководством Китайской академии технологии ракет-носителей (CALT), входящей в Китайскую аэрокосмическую научно-техническую корпорацию (CASC). Диаметр ракеты составляет 5 метров, она выполнена по двухступенчатой последовательной схеме. Первая ступень повторяет конфигурацию первой ступени ракеты «Чанчжэн-10A» и использует топливо «жидкий кислород + керосин». Вторая ступень использует топливо «жидкий кислород + метан». Стартовая тяга — около 890 тонн, стартовая масса — около 760 тонн, длина ракеты для первого полета — около 63 метров. В многоразовом состоянии грузоподъемность на низкую околоземную орбиту составляет 16 тонн.

«Диаметр 5 метров — это основное решение для современных крупных ракет-носителей, позволяющее размещать более мощные двигатели и больше топлива для обеспечения высокой грузоподъемности», — отметил в интервью «Хуаньцю шибао» эксперт по ракетной технике CALT Кан Лэй. Он добавил, что «Чанчжэн-10B» может удовлетворять различным задачам, включая развертывание группировок низкоорбитальных спутниковых интернет-сетей и запуски крупных коммерческих спутников. В многоразовом режиме значительно снижается стоимость запуска, что обеспечивает преимущества высокой грузоподъемности и экономической эффективности.

В ходе первой миссии «Чанчжэн-10B» после зажигания непрерывно поднималась в течение 3000 секунд. Как рассказал Кан Лэй, на этапе подъема семь двигателей первой ступени на жидком кислороде и керосине выполнили разгон. После разделения ступеней один двигатель второй ступени на жидком кислороде и метане продолжил работу, пройдя через этапы однократного включения, планирования с коррекцией ориентации и повторного зажигания, чтобы точно вывести спутник на заданную орбиту, одновременно выполнив пассивацию корпуса ракеты.

Этап возвращения и посадки был ключевым для проверки в данной миссии. Как стало известно корреспонденту «Хуаньцю шибао», после отделения от второй ступени примерно через 150 секунд после старта первая ступень «Чанчжэн-10B» начала падать с высоты более 100 км, входя в фазу возвращения со скоростью, в несколько раз превышающей скорость звука.

«Процесс возвращения включает четыре этапа: этап планирования с коррекцией ориентации, этап торможения с помощью двигателей, этап аэродинамического торможения и этап посадки», — пояснил корреспонденту конструктор ракет CALT Ван Цун. На этапе планирования с коррекцией разворачиваются решетчатые рули, выполняется корректировка угла входа в атмосферу. Кроме того, синхронно работает система управления остатками топлива, которая осаждает топливо на дно баков, готовя его к последующему зажиганию двигателей. На этапе торможения двигатели первой ступени снова запускаются, создавая «тормозной эффект» перед входом в плотные слои атмосферы, снижая скорость, чтобы избежать повреждения корпуса неблагоприятными факторами, такими как тепловые потоки. Затем первая ступень входит в этап аэродинамического торможения — ключевой этап проверки теплозащиты. На этом этапе ракета замедляется за счет аэродинамического сопротивления решетчатых рулей, а нижняя часть корпуса подвергается суровым аэродинамическим нагрузкам и нагреву. Наконец, на этапе посадки применяется стратегия управления «квази-зависание», используются все средства управления: решетчатые рули и двигатели работают совместно, обеспечивая оптимальную последовательность управления в режиме реального времени для приведения высоты и скорости первой ступени к относительному нулю, после чего она успешно перехватывается сетевой системой на морской платформе.

В ходе первого полета 7 июля примерно через 8 минут после старта первая ступень была точно захвачена морской платформой. Этот процесс был захватывающим. Корреспондент видел, как многие китайские специалисты, участвовавшие в разработке «Чанчжэн-10B», плакали от радости, увидев в реальном времени плавное приземление первой ступени. Китай наконец-то пережил исторический момент успешного возвращения, став второй страной в мире, освоившей технологию вертикального возвращения ракет.

Мировая инновация: сетевое возвращение

В настоящее время большинство многоразовых ракет в мире используют схему возвращения с посадочными опорами. Команда разработчиков «Чанчжэн-10B» оригинально применила собственную технологию сетевого захвата на морской платформе, предложив китайское решение для массового возвращения корпусов ракет, демонстрирующее восточную мудрость.

7 июля, когда первая ступень «Чанчжэн-10B» «спустилась с неба», в Южно-Китайском море уже ждало судно для сетевого возвращения ракет «Линханчжэ» (Linghangzhe). Это гигантское судно длиной 144 метра, шириной 50 метров, с осадкой 5,5 метра и водоизмещением 25 тыс. тонн, оснащено системой динамического позиционирования DP2, позволяющей компенсировать воздействие ветра, волн и течений, сохраняя заданное положение или курс. В сочетании с сетевым захватным устройством оно становится стабильной и точной мобильной посадочной площадкой в открытом море.

«Когда первая ступень “Чанчжэн-10B” оказывается над сетью на морской платформе, она продолжает замедляться. Сетевое устройство с помощью тележек приводит в движение тросы, которые захватывают ступень. Навигационная и локационная система на корпусе ступени в реальном времени передает данные о скорости и положении в систему управления, которая корректирует ориентацию и скорость ступени. Одновременно сетевое устройство платформы непрерывно отслеживает состояние ступени и через наземную систему управляет движением тросов», — описала этот процесс технический специалист CALT Сунь Чжэньлянь, назвав его точным «встречным движением» ракеты и морской платформы, где оба объекта скоординированы для точного попадания в сеть.

Когда корпус ступени входит в сеть, заранее разворачиваются крюковые механизмы, которые затем контактируют с четырьмя тросами, расположенными в форме решетки. Как пояснила Сунь Чжэньлянь, ступень медленно опускается и точно захватывается. Весь процесс занимает очень короткое время, требуя тесного взаимодействия корпуса, тросов и крюковых механизмов. Мгновенные нагрузки создают огромные вызовы для крюкового механизма, который должен выдерживать сложные нагрузки при контакте с сетью, скольжении и натяжении. «Крюковый механизм действует как мощные руки, надежно удерживающие ракету, после чего с помощью сетевой системы платформы ракета замедляется и амортизируется».

После захвата корпуса система возвращения платформы должна его дополнительно зафиксировать. «Из-за воздействия волн и ветра корпус может раскачиваться внутри сетевой платформы. Система фиксирует его в два этапа: сначала вспомогательные фиксирующие тросы предварительно фиксируют корпус с четырех сторон; затем автоматическая платформа с зажимами перемещается под корпус и зажимает его, фиксируя и поддерживая. Это как пристегнуть ракету ремнем безопасности, чтобы она оставалась устойчивой даже в море. Таким образом ракета полностью стабилизируется», — добавила Сунь Чжэньлянь.

Сетевое возвращение имеет уникальные преимущества. Технический эксперт CALT Чэнь Муе пояснил, что по сравнению с текущими основными схемами возвращения, сетевое возвращение более мягко относится к посадочным параметрам ракеты. «Сетевое возвращение упрощает конструкцию ракеты: ей не нужны сложные посадочные опоры, что снижает вес корпуса, увеличивая грузоподъемность и эффективность. Кроме того, этот метод обладает высокой адаптивностью к отклонению точки посадки — за счет координации сети можно “расширить” окно захвата. Система сетевого захвата также может быть серийно спроектирована под разные размеры ракет», — отметил Чэнь Муе.

Известно, что в дальнейшем команда разработчиков «Чанчжэн-10B» будет постоянно оптимизировать характеристики ракеты, ускорять итерационное совершенствование технологии многоразового использования, и планирует завершить повторный полет первой ступени до конца этого года.

Создание новой системы космического транспорта Китая

На фоне того, что коммерческая космонавтика, спутниковый интернет и глубокий космос включены в план «15-й пятилетки», значительный прорыв в технологии многоразового использования в китайской космической транспортной системе имеет огромное значение.

«Техническая зрелость и уровень индустриализации многоразовых ракет напрямую определяют технологические возможности и стоимость доступа Китая в космос», — отметил Кан Лэй. С точки зрения спроса, в настоящее время в Китае несколько гигантских спутниковых интернет-группировок вступили в фазу практических запусков. «Спрос на запуски таких группировок велик, растет взрывными темпами, характеризуется высокой концентрацией временных окон и высокой частотой запусков. Это делает все более заметными “ограничения” традиционных одноразовых ракет-носителей в стоимости и производственных мощностях, которые не успевают за текущими требованиями по быстрому и плотному развертыванию».

Он добавил, что значение успешного первого полета и возвращения «Чанчжэн-10B» для развития коммерческой космонавтики Китая заключается в прорыве в технологии недорогих многоразовых ракет большой грузоподъемности, заполнении соответствующего пробела в стране. В будущем это позволит значительно снизить стоимость коммерческих запусков и повысить конкурентоспособность китайской коммерческой космонавтики на международном рынке. «В будущем “Чанчжэн-10B” будет выполнять задачи по развертыванию низкоорбитальных спутниковых группировок и другие коммерческие запуски, обеспечивая потребности в масштабном развертывании низкоорбитальных спутниковых интернет-сетей и среднеорбитальных коммуникационных спутников».

Известно, что в будущем «Чанчжэн-10B» также сможет использовать возвращенную первую ступень ракеты «Чанчжэн-10A» для выполнения пусковых задач, что накопит полетные данные для пилотируемых миссий «Чанчжэн-10A», повысив надежность. «Чанчжэн-10A» в качестве нового поколения китайской низкоорбитальной пилотируемой ракеты в основном предназначена для пилотируемых и грузовых миссий на низкой орбите. Ее называют «усовершенствованным воплощением» ракет «Чанчжэн-2F» и «Чанчжэн-7». В будущем она станет «лестницей жизни» для космонавтов, совершающих рейсы между Землей и космической станцией.

Кроме того, на базе 5-метрового диаметра «Чанчжэн-10B» в Китае разрабатывается более крупная первая ступень на жидком кислороде и метане, которая в сочетании со второй ступенью «Чанчжэн-10B» на том же топливе создаст полностью метано-кислородную ракету «Чанчжэн-10C». Ван Цун отметил, что эта ракета позиционируется как основная коммерческая ракета, обладающая большей грузоподъемностью и способная лучше удовлетворять различные потребности коммерческих запусков. «В настоящее время “Чанчжэн-10C” активно разрабатывается и в будущем будет способствовать индустриализации китайского космического транспорта».

«Успешный летный тест ракеты “Чанчжэн-10B” имеет большое историческое значение», — подчеркнул Кан Лэй. С одной стороны, как полномасштабная летная проверка ракеты «Чанчжэн-10A», это значительно ускорит процесс разработки нового поколения пилотируемых ракет Китая. С другой стороны, как первая успешно возвращенная ракета в Китае, это знаменует вступление китайских ракет-носителей в новую эру многоразового использования, что значительно ускорит формирование способности к регулярным запускам многоразовых ракет. Кроме того, в ходе теста были проверены функциональные характеристики двигателя на жидком кислороде и метане, что обеспечило надежную поддержку для преодоления ключевых технических трудностей при разработке «Чанчжэн-10C».

Источник: Global Times

Предупреждение о рисках и отказ от ответственности

Рынок несет риски, инвестиции требуют осторожности. Данный материал не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией и не учитывает конкретные инвестиционные цели, финансовое положение или потребности отдельных пользователей. Пользователи должны самостоятельно оценить, соответствуют ли любые мнения, точки зрения или выводы в данном материале их конкретной ситуации. Инвестируя на основе этой информации, вы принимаете на себя полную ответственность за последствия.