Япония. S-520-34 с жидкостным детонационным двигателем

14 ноября ровно в 11:30 по японскому времени (02:30 UTC) со стартовой площадки Центра KS (KSセンター), или «плато KS» (KS台地), космодрома Утиноура (преф. Кагосима, регион Кюсю) специалисты Группы эксплуатации зондирующих ракет ISAS (観測ロケット実験グループ, Sounding Rocket Research and Operation Group) выполнили пуск одноступенчатой твёрдотопливной зондирующей ракеты S-520-34 для летной демонстрации детонационной жидкостной двигательной системы.

S-520-34 полетела

В графике JAXA старт новой S-520 стоял на 11 августа, но 8 августа в море Хюга-Нада, входящем в Филиппинское море и расположенном к югу от префектуры Миядзаки (регион Кюсю), прогремело землетрясение, и все сорвалось.

Испытания аппаратуры и электрики S-520-34 на разрушение и воздействие вибрации

Потом на некоторое время установилась «неподобающая» погода, и так как для полетов зондирующих ракет и H-IIA используется еще и некоторая общая часть инфраструктуры и оборудования КЦ, то было решено осуществить пуск зондирующей уже после 49-й H-IIA (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/205597/). По факту S-520-34 дождалась своего часа только после 4-й Н3 (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/205915/).

S-520-34

В стартовый день небо было ясное, с севера дул ветер со скоростью 3.3 м/с, а ртуть показывала 22.2 °C. На 236 сек полета зондирующая ракета, пущенная под углом 76°, достигла максимальной высоты в 217 км, и на 459 сек упала в воды к юго-востоку от Утиноуры.

S-520-33 в масштабе 1:3. Крайний слева – глава группы и КЦ Утиноура, Хабу Хирото

Что касается Sounding Rocket Research and Operation Grp., то в октябре 2017 г. ее возглавил Хабу Хирото (羽生宏人), а с апреля 2024 г. он стал совмещать еще и должность начальника Космического центра Утиноура USC (内之浦宇宙空間観測所, Uchinoura Space Center). Профессор руководит также Habu Laboratory (羽生研究室) for Chemical Rocket Propulsion System, в которой занимаются разработками топлива для ракет и межпланетных станций.

Хабу Хирото

На борту S-520-34 инженеры поместили Детонационную двигательную систему DES-2 (Detonation Engine System-2) и Модуль для записи информации с развертываемым аэродинамическим обтекателем RATS-2 (Reentry and recovery module with deployable Aeroshell Technology for Sounding rocket experiment-2).

Раньше такие установки использовались для пусков S-310 и S-520

Основные характеристики S-520-34

Полная длина, м	9.6
Диаметр, м	0.52
Стартовая масса, т	2.4
Масса ПН, кг	218
Место пуска	«Плато KS» космодрома Утиноура

27 июля 2021 г. система DES была опробована на S-520-31 (https://novosti—kosmonavtiki.ru/articles/80821/). Это были первые в мире испытания ротационного детонационного двигателя RDE (Rotating detonation engine) в космическом пространстве. Смесь газов горючего и окислителя в таких двигателях в ходе взрывной реакции порождает ударную (детонационную) волну. Задача ученых и инженеров – безопасно и эффективно «конвертировать» ее в тягу. Три года назад в качестве горючего, как нам стало ведомо, использовался метан, а окислителя – кислород, то есть использовали газообразное топливо.

Помнится, мы писали и про стартовавшую 24 июля 2022 г. S-520-RD1, однако вопреки смутившему нас названию благодаря первому появлению RD в номере ракеты, детонационным двигателем она оснащена не была (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/85590/), поэтому S-520-34 помогла испытать японский RDE в космосе лишь во второй раз.

RD было всего лишь сокращением от НИОКР (Research and Development, 研究開発), так как в то время Отдел исследований и разработок JAXA (研究開発部門) получил заказ от Агентства по оборонным разработкам, закупкам и логистике ATLA (防衛装備庁, Acquisition, Technology & Logistics Agency), подведомственного Министерству обороны Японии (防衛省). И чтобы его как-то отделить от пусков по программам ISAS, изменили название ракеты.

RD1

Итак, на перспективной установке DES-2 был установлен модернизированный после полета S-520-31 двигатель RDE. Ответственный за испытания – профессор Касахара Джиро (笠原次郎) из Нагойского университета (名古屋大学), преф. Айти, регион Тюбу. В эксперименте также участвовали ученые токийского Университета Кэйо (慶應義塾大学), Технологического университета Муроран (室蘭工業大学), губернаторство Хоккайдо, и специалисты JAXA.

DES-2

Работы по RDE, как уверяется, помогут внести вклад в усовершенствование апогейных импульсных двигателей (kick motor) для доставки спутников с геопереходной на целевые орбиты, а также двигателей, коими оснащают первые и вторые ступени ракет, мелкие спутники и АМС.

DES-2 в работе

В отличие от S-520-31, «газы» заменили на этанол и сжиженный оксид азота, и получили жидкостное топливо. Чтобы проверить характеристики, RDE «включили» на орбите, таким образом испытали новую его версию в «рабочих условиях», то есть не в лабораториях, а на орбите.

RATS-2 – это блок сбора данных, ранее устанавливавшийся под названиями RATS—L и RATS на S-520-33 (https://novosti—kosmonavtiki.ru/articles/203046/) и S-520-31 (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/80821/).

RATS-L сразу после отделения. Декабрь 2023 г.

Обтекатель RATS-L развернут

RATS-L подобран

Восходя ко времени пуска S-520-33, скажем, что тогда все цели полета были выполнены. Чего не скажешь о S-520-34…

DES-2, по сообщениям, «вела себя» так, как и хотели разработчики, но 19 ноября JAXA не замедлило сообщить, что, к великому сожалению, вертолет JAXA хотя и кружил над предполагаемой зоной приводнения RATS-2, но за отведенное ему время не сумел поймать сигнал от капсулы, и не увидел объект «своими глазами», поэтому розыскные мероприятия пришлось свернуть, что означает потерю записанных в ходе полета данных – подчас и Японию настигают неудачи…

В 2030 ф.г. планируется провести орбитальную демонстрацию работы RDE на импульсных или других двигателях. RATS в ближайшие годы продолжит летать на S-520.

В начале 80-х гг. прошлого века зондирующие ракеты S-520 пришли на смену сериям K-9M/K-10. Они имеют, как правило, длину 8 м, диаметр 0.52 м и стартовую массу 2.1 т. RD1, летавшая в 2022 г., несколько отлична – она состоит из первой ступени S-520 и блока для летных испытаний, и поэтому ее длина была 9.15 м, диаметр – 0.52 м, а стартовая масса – 2.6 т.

Пуски S-520 в 2010-2020-х гг.

Номер ракеты	Дата	Цель полета
S-520-34	14.11.2024	Летная демонстрация детонационного жидкостного ротационного двигателя
S-520-33	02.12.2023	Отработка технологий для создания ракеты нового поколения и совершенствования межпланетных станций
S-520-32	11.08.2022	Изучение структуры вертикальной/горизонтальной плотности электронов при ионосферных возмущениях
S-520-RD1	24.07.2022	Проверка технологии сверхзвукового горения в космосе
S-520-31	27.07.2021	Первая в мире демонстрация на орбите работы детонационного двигателя для полетов в дальнем космосе (газообразное топливо)
S-520-30	11.09.2015	Изучение процесса нуклеации космической пыли на основе оксидов
S-520-29	17.08.2014	Стереоскопические наблюдения спорадической пространственной структуры E-слоев (тонкие слои повышенной ионизации в ионосфере на высотах 90-130 км)
S-520-27	20.07.2013	Изучение полной картины электромагнитных взаимодействий, возникающих в ионосфере, и взаимодействий в ионизированной/нейтральной атмосфере
S-520-28	17.12.2012	Эксперимент с гомогенной нуклеацией в условиях микрогравитации
S-520-26	12.01.2012	Прояснение процессов соединения плазмы с нейтральной термосферой
S-520-25	31.08.2010	Эксперимент по развертыванию в ионосфере электропроводящего троса EDT (Electrodynamic tether), и по управлению им в условиях микрогравитации