Одноразовый конкурент Falcon 9: Япония завершила разработку ракеты H3
На днях со второй пусковой установки LP2 комплекса «Йосинобу» космического центра Танэгасима стартовала новая двухступенчатая тяжелая ракета-носитель H3 Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). Вывод на орбиту полезной нагрузки прошел успешно. Буква "H" в названии означает водород, который является частью топлива этого космического аппарата. О технических характеристиках новейшей японской ракеты - сегодня наш рассказ.
Еще в апреле 2014 года компания Mitsubishi Heavy Industries (MHI) по заказу JAXA приступила к разработке замены ракеты H2A, эксплуатируемой с 2001 года. Целью проекта, основанного на исследованиях рынка запусков на период от 2020 года и дальше являлось создания доступного средства выведения, нацеленного на достижение высокой надежности, гибкости и экономической эффективности.
Проектанты предполагали продлить линию надежного носителя H2A, наследуя высокий показатель успешных запусков. Для обеспечения гибкости использования планировалось предлагать заказчикам различные конфигурации ракеты при стоимости пуска ниже, чем у предшественницы, а также «оперативно отвечать на запросы клиентов о запуске их полезных нагрузок, сокращая период подготовки к пуску».
Для повышения характеристик и снижения затрат на запуск в конструкцию носителя вносились многочисленные улучшения. На ближайшую перспективу новая ракеты должна была стать основным японским средством выведения полезных грузов в космос.
Для оптимизации характеристик под заказчика предполагалось осуществлять пуски в нескольких конфигурациях. Базой выступал двухступенчатый кислородно-водородный центральный блок («ядро»), на который навешивается разное число стартовых твердотопливных ускорителей (СТУ), получивших обозначение SRB-3 (solid rocket boosters) – 0, 2 или 4 – тягой по 220 тонн. Кроме того, первая ступень «ядра» могла комплектоваться двумя или тремя маршевыми двигателями LE-9 тягой по 150 тонн в вакууме. На вторую ступень поставили один двигатель LE-5B-3 тягой 14 тонн в вакууме. Ракету увенчивали три типа головных обтекателей: короткий (S), длинный (L) или широкий (W).
Из обозначения каждого пуска можно понять компоновку H3. Первая цифра указывает на число маршевых двигателей первой ступени, вторая – число стартовых ускорителей, а последняя литера – вид обтекателя. В частности, в первом испытательном пуске участвовал вариант H3-22S, с двумя маршевыми двигателями: двумя ускорителями и коротким обтекателем.
Маршевый двигатель первой ступени LE-9 работает по безгазогенераторной схеме – расширительному циклу с фазовым переходом. Жидкий кислород, проходящий по "рубашке" охлаждения камеры сгорания, нагревается, газифицируется, используется для раскрутки газовой турбины насосного агрегата, а затем сбрасывается через кольцевой коллектор в закритическую часть сопла.
По сравнению с привычной отечественным специалистам замкнутой схемой, при которой отработанный на турбонасосе газ дожигается в основной камере сгорания, расширительный цикл не столь экономичен, но за счет уникальных свойств водорода позволяет достичь сравнительно высоких показателей тяги и надежности при невысоком давлении в камере и низких затратах на создание двигателя.
JAXA получила опыт в области расширительного цикла при разработке и эксплуатации двигателя LE-5А для второй ступени ракеты-носителя H2A. К настоящему времени метод позволяет повысить устойчивость процесса горения, сократить число деталей двигателя и использовали новые технологии, такие как 3D-печать, для упрощения конструкции, повышения надежности, снижения стоимости создания и отработки.
H3 стала первой ракетой, использующей маршевый двигатель расширительного цикла на первой ступени. На второй ступени установлена модификация упомянутого выше LE-5А.
В зависимости от варианта носитель может выводить полезную нагрузку от не менее 4 тонн на солнечно-синхронную орбиту до 6.5 тонн на геопереходную. В дальнейшем возможно появление конфигураций, аналогичных американским носителям Delta IV Heavy компании United Launch Alliance или Falcon Heavy (SpaceX). С их помощью должны запускаться транспортные корабли снабжения HTV-X для окололунной станции Gateway.
Через год после начала разработки менеджером проекта был назначен Окада Масаси, ранее в составе специалистов по проекту H2A занимавшийся разработкой жидкостных ракет.
Компания MHI сфокусировалась на цене H3, ставя планку в 51 млн долларов для базовой конфигурации, что позволяло удвоить частоту пусков с четырех до восьми в год. Так даже без многоразового использования Япония хотела получить носитель, конкурентоспособный по цене с Falcon 9.
Тем не менее, привлечь заказчиков было трудно: к первому пуску носитель имел мало коммерческих заказов: в начале декабря 2018 года лишь оператор спутниковой связи Inmarsat согласился «оседлать» H3.
Основными заказчиками ракеты стали государственные структуры: по состоянию на декабрь 2022 года первую миссию по пополнению запасов МКС до 1 апреля 2024 года или даже позже должен был совершить усовершенствованный автоматический «грузовик» HTV-X.
На H3 JAXA возлагало и другие надежды, но при наземной отработке двигателя LE-9 специалисты столкнулись с усталостными трещинами в турбине, из-за чего пришлось переделать турбонасос и сдвинуть проектный график. Затем были выявлены вибрация и флаттер турбины, что заставило внести очередные изменения в конструкцию двигателя, и вновь отодвинуть срок первого пуска.
Дату начала летных испытаний назначили сначала на 12 февраля 2023 года, затем перенесли на день из-за «неблагоприятных погодных условий» и «необходимости проверить системы, обновляющие бортовой план полета». Затем – снова переносы, а 19 февраля пуск не состоялся (включились маршевые двигатели LE-9, а ускорители SRB-3 - нет). Контроллер, управляющий работой первой ступени, зафиксировал аварийный сигнал. Автоматика заблокировала зажигание SRB-3 и перевела систему в безопасный режим. По словам представителей JAXA, «система продемонстрировала отказоустойчивость – сохранила работоспособность после выявления неисправности одной из ее частей».
Новой датой старта назначили 6 марта 2023 года, затем из-за метеоусловий перенесли на 7 марта. Ракета стартовала, нормально отработала первая ступень, но двигатель второй ступени не включился. JAXA сообщило: «Сделав вывод, что ракета не выполнит поставленных задач, на борт отправили команду на уничтожение». Не долетев до орбиты, носитель упал в море, похоронив с собой и полезную нагрузку – спутник оптического наблюдения за Землей ALOS-3.
Проведенное расследование установило, что виновником незапуска LE-5B-3 стал сбой в системе энергоснабжения. На устранение неполадок ушел еще почти год.
Самое популярное
