18.07.2021

В Китае испытана крылатая первая ступень

16 июля 2021 г. Китай провел летные испытания так называемого многоразового суборбитального носителя, который стартовал в заданное время из Центра космических запусков Цзюцюань и после завершения запланированной программы полета выполнил мягкую горизонтальную посадку на аэродроме Алашань-Юци в 220 км юго-восточнее места запуска. Таким образом, первый испытательный полет в рамках программы летной демонстрации и верификации прошел полностью успешно.

Агентство Синьхуа сообщило вечером 16 июля со ссылкой на Китайскую корпорацию космической науки и техники CASC, что испытанное изделие разработано входящей в ее состав Китайской исследовательской академией ракетной техники CALT («1-я академия») и может использоваться в качестве ступени многоразовой космической транспортной системы, характеризуемой использованием ракетных двигателей и подъемной силы.

Агентство подчеркнуло, что достигнутый успех закладывает прочный фундамент для разработки технологий китайской многоразовой космической транспортной системы, создание которой, в свою очередь, будет важным символом превращения Китая из большой в великую космическую державу.

Сама академия CALT добавила к сказанному лишь один, но важный абзац: «Эта миссия представляет собой оригинальный передовой научно-технический исследовательский проект в области многоразового космического транспорта. Целью первого полета было подтвердить ключевые технологии полномасштабной системы наземного базирования с подъемной силой, вертикальным стартом, входом в атмосферу, возвращением и горизонтальной посадкой, изучить процессы инспекции и обслуживания перед повторным использованием, установить начальные критерии и методы оценки многоразовости».

Какие-либо характеристики изделия или его фотографии опубликованы не были. Все иллюстрации, которыми в Сети сопровождали сообщение о запуске, либо относятся к другим этапам программы, либо вообще не имеют к ней отношения.

Один из опубликованных проектных вариантов внешнего вида суборбитального носителя

В сообщении Синьхуа на китайском языке испытанное изделие было описано как 亚轨道重复使用运载器 (ягуйдао чунфу шиюн юньцзайци), то есть суборбитальный (ягуйдао) многоразовый (чунфу шиюн) носитель (юньцзайци). В англоязычном тексте использовался корректный перевод carrier, а вот в русскоязычном его заменили на «корабль», что явно неудачно: русский читатель воспринимает корабль как полезный груз, а не как носитель. Между тем и текст сообщения, и профиль полета говорят о том, что испытывалась крылатая первая ступень перспективной многоразовой системы.

Прежде чем продолжить рассказ, необходимо подчеркнуть два обстоятельства. Во-первых, проработки в области многоразовых систем идут в Китае с середины 1980-х годов, и за это время сменилось несколько концепций. Во-вторых, помимо CASC, аналогичные работы ведет и конкурирующая Китайская корпорация космической науки и промышленности CASIC, заявившая в сентябре 2016 г. планы создания двухступенчатой воздушно-космической системы «Тэнъюнь» (腾云, «Стремительное облако»). Определить, какое из сообщений последних лет к какому проекту относится, не так-то просто.

Итак, в 1986 году в Китае была принята общенациональная программа развития высоких технологий («программа 863»), одним из шести направлений которой являлась космическая техника. В рамках этого направления был образован проект 863-204 по созданию пилотируемого космического корабля. К 1988 г. различными научно-техническими учреждениями КНР было представлено шесть предложений, из которых к реализации был принят проект одноразового космического корабля «Шэньчжоу» со спускаемым аппаратом традиционного капсульного типа. В остальных пяти проектах предлагались системы с крылатой многоразовой верхней ступенью. Это были:

* Крылатый корабль «Чанчэн-1», запускаемый традиционным носителем с довыведением на собственных двигателях, который предложила Шанхайская исследовательская академия космической техники SAST совместно с 604-м институтом Министерства авиационной промышленности;

* Крылатый корабль «Тяньцзяо-1», запускаемый традиционным носителем прямо на орбиту и не имеющий собственных маршевых двигателей, который предложила CALT;

* Лицензионная копия разрабатывавшегося тогда французского крылатого корабля Hermes;

* Полностью многоразовая система V-2 с вертикальным взлетом и горизонтальной посадкой обеих ступеней от 11-го института Министерства авиационной промышленности;

* Полностью многоразовая система H-2 с горизонтальным взлетом и посадкой обеих ступеней с огромным самолетом-носителем на воздушно-реактивных двигателях и небольшой крылатой орбитальной ступенью от 601-го института Министерства авиационной промышленности.

Во второй этап конкурса проектов прошли «Шэньчжоу» и «Тяньцзяо-1», и в июле 1989 года было принято решение о реализации проекта «Шэньчжоу» на базе советского корабля «Союз ТМ» как наиболее проработанного и имеющего минимальный срок реализации.

Исследования в области крылатых кораблей возобновились после начала полетов «Шэньчжоу», и в 2006 г. академия CALT представила трехэтапную программу создания многоразовой системы. На первом этапе предполагалось создать систему на базе ракеты CZ-5 с орбитальной ступенью в виде аппарата с несущим корпусом. Вторым этапом была названа двухступенчатая система горизонтального взлета и посадки, а третьим – одноступенчатый космический самолет с комбинированной двигательной установкой.

Какое место в этой (или какой-то другой) программе занимал крылатый демонстратор «Шэньлун», фотография которого под днищем самолета-носителя H-6K появилась в Сети в 2007 году, неизвестно, достоверной информации о его летных испытаниях нет.

16 ноября 2017 г., в день своего 60-летия, академия CALT представила еще одну версию перспективной программы создания многоразовых систем до 2045 года.

Первый этап был рассчитан на срок до 2025 г., когда планировалось завершить разработку многоразового суборбитального носителя и обеспечить тем самым возможность суборбитальных пилотируемых полетов для обычных граждан. К этому же сроку должна была быть создана частично многоразовая система воздушного запуска, обеспечивающая быстрый старт по запросу. Основой ее являлся уже упомянутый суборбитальный носитель, а выход на орбиту обеспечила бы одноразовая «интеллектуальная» верхняя ступень на криогенном топливе.

Примерный профиль полета китайской частично многоразовой системы первого этапа

На втором этапе к 2035 году предполагалось создать и ввести в эксплуатацию двухступенчатое полностью многоразовое средство выведения, а на третьем, к 2040 г., завершить разработку крылатого одноступенчатого многоразового носителя с двигательной установкой комбинированного типа. Таким образом, глобальная цель программы осталась той же, что и в плане 2006 года, но путь к ней изменился весьма существенно.

Три этапа создания китайской многоразовой системы в программе 2017 года

Дополнительные детали привел руководитель проектного отдела CALT Чэнь Хунбо (陈洪波) в интервью «Кэцзи жибао» («Научно-техническая газета»), опубликованном 31 октября 2017 г., еще до представления программы в целом. В основном он описывал систему второго этапа, выполненную по классической двухступенчатой схеме вертикального старта и горизонтальной посадки. На старте две крылатые ступени с ЖРД располагаются «брюхом к брюху». Первая ступень – гиперзвуковой разгонщик – отделяется на суборбитальной траектории. Вторая ступень с полезным грузом в грузовом отсеке выходит на орбиту высотой 300-500 км и после выполнения программы полета выполняет сход с орбиты и посадку на аэродром. Желаемый показатель многоразовости – не менее 20 полетов, их заявленная частота – раз в сутки, а стоимость выведения должна составить 20% по отношению к традиционным РН тандемной схемы с последующим снижением до 10%.

Чэнь Хунбо подчеркнул, что китайская система выйдет на летные испытания в 2020 г. одновременно с американской XS-1, которую в то время разрабатывала компания Boeing на средства DARPA. Это была частично-многоразовая система с возвращаемым гиперзвуковым разгонщиком и одноразовой верхней ступенью, которая способна доставить на орбиту полезный груз массой 1360-2270 кг при расходах на уровне 5 млн $.

Американский аналог -- XS-1 на старте в представлении художника

Сегодня мы видим, что США прекратили работы по XS-1 в январе 2020 г., а вот китайцы довели свою разработку до испытаний первой ступени, хотя и с задержкой на год относительно заявленных сроков.

Старт 16 июля является первым летным испытанием китайского гиперзвукового разгонщика по плану 2017 года – это очевидно уже потому, что разработчиком изделия является CALT и что тогда и сейчас оно описывалось одними и теми же словами.

Никаких данных о массо-габаритных характеристиках разгонщика и о примененных на нем двигателях пока нет. Поскольку китайские разработчики обозначили свою систему как ответ на XS-1, стоит напомнить, что американский разгонщик по проекту имел высоту 30 м при размахе крыла 19 м и стартовую массу около 110 тонн. Он должен был стартовать на двигателе AR-22 – одном из вариантов 170-тонного двигателя RS-25 системы Space Shuttle – и достигать скорости, соответствующей числу Маха M=10, то есть свыше 3 км/с.

В одной из спекулятивных версий относительно китайского суборбитального носителя утверждается, что он использует два многоразовых кислородно-метановых двигателя тягой по 60 тс, созданных на базе кислородно-водородных ЖРД YF-77 от носителя CZ-5. Если это так, то стартовая масса изделия вряд ли превышает 90 тонн.

Кислородно-метановый ЖРД тягой 60 тс

Следует заметить, что ракеты на криогенном топливе не стартовали с полигона Цзюцюань уже много десятилетий, и до недавнего времени инфраструктура для них отсутствовала. Однако в 2018 и 2019 гг. на спутниковых снимках европейских КА Sentinel были обнаружены две обширные зоны нового строительства, одна в 17 км, а другая в 8 км южнее города Дунфэн, к юго-западу от существующей площадки 43 со стартовым комплексом ракеты CZ-2F. Хотя доступные снимки не слишком детальны, на них угадываются монтажно-испытательные корпуса и стартовые площадки в разных стадиях строительства и оснащения. Ранее предполагалось, что с этих новых объектов будут запускаться ракета CZ-8 и новые коммерческие носители на ЖРД – ZQ-2, Hyperbola и т.д.

Предполагаемое место старта 16 июля 2017 г.

Имеется также описание объекта неизвестного назначения в 5.5 км от магистральной дороги «Хантянь лу», соединяющей город Цзюцюань с космодромом, на ответвлении под названием «Куайчжоу лу», появившееся в китайских СМИ 4 ноября 2019 г. Главным его сооружением была названа башня обслуживания высотой около 50 м и массой более 1600 тонн. Описанию и фотографиям соответствует площадка, расположенная в точке с координатами 40.8365°с.ш., 100.1747°в.д. Не исключено, что именно она используется для подготовки к старту гиперзвукового разгонщика.

Башня обслуживания на новой площадке Цзюцюаня (опубликовано 27 сентября 2019 г.)

Имеет ли отношение к обсуждаемой программе таинственный старт ракеты CZ-2F, выполненный 4 сентября 2020 г. с объектом под названием 重复使用试验航天器 (чунфу шиюн шиянь хантяньци), то есть многоразовый экспериментальный космический аппарат? Мы не знаем достоверно, как выглядел этот аппарат, успешно приземлившийся в заданном районе Китая после двухсуточного полета, но можем прикинуть, пригоден ли он в качестве орбитальной ступени.

Если мы спроецируем данные XS-1 на его китайский аналог, то при стартовой массе 90 тонн даже с учетом довольно высокого удельного импульса метановых двигателей к моменту разделения на скорости M=10 изделие будет иметь массу около 26 тонн. Пусть из этой массы 10 тонн приходится на конструкцию разгонщика, тогда заправленная верхняя ступень имеет массу 16 тонн, а к моменту достижения орбитальной скорости останется порядка 4 тонн. Маловато для того, чтобы оставить на орбите существенный полезный груз и затем вернуться на Землю. Скорее всего, китайская система второго этапа будет иметь значительно большую стартовую и орбитальную массу, нежели частично многоразовая система первого этапа.

Между тем грузоподъемность CZ-2F близка к 8500 кг, так что аппарат, который она вывела на орбиту, скорее всего, значительно тяжелее, чем полученная нами оценка. Примерно такой и могла быть, наверно, орбитальная ступень с минимальным запасом топлива на маневрирование и сход с орбиты, но не видна целесообразность выхода ее на летные испытания за несколько лет до готовности разгонщика второго этапа.

Более вероятно, что CZ-2F запустила в сентябре 2020 г. что-то не имеющее прямого отношения к перспективной многоразовой системе, например, китайский аналог американского X-37B.

Добавим для полноты картины, что 3-я академии CASIC заявила намерение провести не позднее 2030 г. первый пуск двухступенчатой воздушно-космической системы «Тэнъюнь». В ее состав по проекту входят аэрокосмический самолет с горизонтальным взлетом и комбинированной двигательной установкой, позволяющей достичь высоты 30-40 км, и крылатая орбитальная ступень.

В сентябре 2020 г. сообщалось о первом летном испытании демонстратора с двигателем комбинированного типа, создание которого велось в течение 10 лет в Сианьском институте космических двигательных установок 6-й академии.

Автор: Liss

Поделиться в соц. сетях
2286