PopularEditorialNewBest

H3 чекає на завершення сертифікації двигуна

1В закладки

Японська ракета третього покоління на рідкому водневому паливі, H3, впевнено наближається до свого першого запуску. H3 є спільною розробкою JAXA (японського Агенства аерокосмічних досліджень) та компанії Mitsubishi Heavy Industries. Ця нова ракета стане заміною сімейства H-II, яке протягом двох десятиліть забезпечувало запуски супутників та доставку вантажів для Міжнародної космічної станції (МКС).

Як ви побачите далі, назви попередніх моделей дуже схожі з наступниками. Але навіть коли читаєш, буває складно відокремити де саме назва, а де скорочення. Будьте уважні.

Першою японською ракетою на рідкому водневому паливі була HI (ейч-ван, а не «хай» або «ніт»), яка використовавалась з 1986 по 1992 рік. Тоді носій використовував в якості першого американський ступінь ELTT (Extended Long Tank Thor) з шістьма або дев’ятьома прискорювачами Caster-2 (SRB, Solid Rocket Booster).

Це була перша японська ракета, яка складалась з побудованого в Японії кріогенного другого ступіня, на який було встановлено новий двигун LE-5. HI мала діаметр 2,44 метри та була 42 метри заввишки. Вона виконала дев’ять успішних місій, показавши стовідсоткову надійність.

HI було замінено у 1994 році на H-II, першу японську ракету на рідкому паливі. Перший ступінь ELTT замінили на ступінь японського виробництва, який мав один воднево-кисневий двигун LE-7. Другий ступінь H-II складався з модернізованого двигуна LE-5A. Пара прискорювачів японського виробництва дозволяла ракеті жваво досягати мети. Друга ступінь також був воднево-кисневий (hydrolox/H2L в оригіналі, рідке ракетне паливо, яке складається з рідкого кисню в якості окисника та рідкого водню в якості пального).

Бачите, тут зберіглись «римськи цифри» в якості індекса моделі, але в назві з’явився «дефіс». До того ж, щоб позначити, що відбулась модернізація двигуна второго ступіню, в його назву додали літеру «А». LE в назвах обох двигунів я собі представляв як «liquid engine».

Ракета H-II мала діаметр 4 метри при висоті 49 метрів. Вона літала сім разів з 1994 по 1999 рік, маючи тільки п’ять успішних запусків. Пізніше, використання цієї ракети було припинено на користь двох її наступників — ракет H-IIA та H-IIB.

H-IIA є головним носієм, який зараз використовується в Японії. Вона складається з одного двигуна LE-7A в першому ступіні, одного LE-5A на другому та двох або чотирьох прискорювачів SRB-A. Носій має той самий чотирьохметровий діаметр що й H-II, але вища за нєї — 53 метри. Свій перший політ ракета здійснила у 2001 році і наразі має 42 успішних запуски при 43 спробах.

Запуск H-IIA місії IBUKI-2 (супутник спостереження за парниковим ефектом GOSAT-2) та KhalifaSat (JAXA)

H-IIB стала більш потужною версією H-IIA. Вона використовувалася для підтримки тепер вже відправленого у відставку транспортного засобу Kounotori (HTV) . Ракета використовувала два двигуни LE-7A на першому ступені та однакову з H-IIA другий ступінь. H-IIB була ширша за H-IIA, її діаметр складав 5,2 метра, та трохи вища зща нії — 56,6 метрів заввишки. За допомогою цієї ракети з 2009 по 2020 рік було запущено дев’ять місій поповнення МКС зі 100% успіхом.

Програма H3 розпочалася у 2014 році, щоб замінити старіючу лінійку ракет H-II та з метою зниження загальної вартісті запуску. Більш схожа на H-IIB, ніж на H-IIA, H3 — це двоступенева невідновлювана система запуску, яка може використовуватися в трьох основних конфігураціях. H3 буде мати діаметр 5,2 метра і висоту приблизно у 63 метри — вона стане найбільшою ракетою, яка будь-коли будувалась в Японії.

Ціна запуску H3 складе 45 мільйонів доларів, що становить приблизно половину ціни запуску носія H-IIA.

На першому ступені H3 будуть використовуватися два або три новітніх двигуни LE-9. Ці двигуни також розроблені в Японії та працюють на рідкому паливі, яке складається з кисню і водня. Нащадок LE-5, двигун LE-9 зможе генерувати 1472 кілоньютони тяги з питомим імпульсом 425 секунд. До того ж, цей двигун буде використовувати відкритий цикл з фазовим переходом, подібний тому, що реалізовано в американському двигуні BE-3U, розробленому команією Blue Origin.

Можна нескінченно дякувати Вікіпедії за чудові малюнки. На цьому показано РРД з відкритим циклом з фазовим переходом

Перший двигун LE-9 був зібраний та встановлений на випробувальному ракетному двигуні космічного центру Танехасіма в березні 2017 року. Розроблений JAXA, цей двигун виробляється компанією Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

Модель з порядковим номером 1-1 успішно завершила всі 11 запланованих випробувань, які проходили з квітня по липень 2017 року. Більшість тестів було проведено під час повноцінних запусків двигуна тривалістю від 2 до 78 секунд. Але деякі тести, наприклад, третій, восьмий та дев’ятий завершилися довчасно завдяки проблемам зі швидкістю обертів турбонасосу.

За період з 2017 по 2019 роки також було успішно випробовано ще чотири поступово модифіковані двигуни LE-9. Всі ці випробування також пройшли успішно.

На початку 2020, MHI та JAXA розпочали перші сертифікаційні випробування двигуна для використання на ракеті Н3. Під час восьмого з 14 запланованих випробувань було виявлено проблему зі стінкою камери згоряння та турбонасосом рідкого водню. З’ясувалося, що стінка камери згоряння та турбонасос мають сліди руйнування та пошкодження від втоми матеріалу.

Ці проблеми були вірішені, але призвели до перенесення першого запуку ракети з 2020 на 2021 рік. В 2021 році було продовжено сертифікаційні випробування двигунів LE-9, наразі вже другий побудований двигун пройшов три з десятьох запланованих випробувань.

Бак тестового H3 з двигуном LE-9 під час «Battleship» test (JAXA). Цей тип випробування започатковано за часів розробки Saturn V і на відміну від простіших статичних тестів передбачає досягнення майже реальних характеристик. Ми ще зустрінемося також з Dry/Wet тестами далі в тексті.

Двигун LE-9 завершив кілька важливих етапів на протязі 2019-20 років за допомогою «бетлшип-тестів». Перші випробування були завершені у січні 2019 року з використанням двох двигунів на випробувальному баку першого ступеня. У 2020 році було проведено випробування трьох двигунів, також з використанням випробувального баку першого ступеня. Завдяки отриманим даним, ці випробування надали MHI та JAXA змогу побачити, як двигуни будуть поводитись, реагуючи на навантаження при одночасному старті.

Пам’ятаємо, що в залежності від конфігурації, два або три двигуни LE-9 будуть встановлені на першому ступіні ракети Н3. Конфігурації з двома двигунами будуть використані, якщо для запуску також задіяні прискорювачі, тоді як три двигуни будуть використовуватися, якщо ракета не має прискорювачів (SRB). На першому ступіні планується досягти 2942 кН або 4413 кН тяги, в залежності від того, скільки двигунів встановлено.

Прискорювач, який має бути використаний разом з H3 — це SRB-3 (сподіваюся, ви вгадали?). Конструкція SRB-3 має багато спільного з SRB-A, який використовується на ракетах H-IIA та Epsilon . Цей прискорювач є дещо коротшим за свого попередника, але має більше твердого палива і генерує більшу тягу в 2158 кН. Перший ступінь може не мати прискорювачів або на ній може бути встановлено два або чотири прискорювачі.

Статичне вогневе випробування першого готового SRB-3 пройшло у серпні 2018 року. Ще два випробування відбулися у 2019 та 2020 роках під час сертифікаційних випробувань SRB-3 для використання на H3. Крім того, у 2019 році було завершено повномасштабне випробування на відділення від першого ступеня.

Перший ступінь ракети та додаткові SRB прискорять другий ступінь, обтікач корисного навантаження та корисне навантаження під час запуску. Другий ступінь, що працює на єдиному двигуні LE-5B-3 (думаю, не вгадали) на рідкому паливі з кисню і водню, доправить корисне навантаження на замовлену орбіту.

LE-5B-3-це найбільш досконала версія двигуна LE-5. Цей новий варіант призначений для підвищення продуктивності та одночасного зниження вартість двигуна. LE-5B-3 зможе забезпечити тягу 137 кН з питомим імпульсом приблизно 448 секунд. Він побудований з використанням того ж видкритого циклу з видаленням газу, як і двигун LE-9 (посилання на сайт JAXA, де серед іншого можно побачити еволюцію двигунів LE).

LE-5B-3 вперше провів власні сертифікаційні випробування в 2017 році і успішно пройшов 20 запусків двигунів. Другий двигун був випробуваний протягом 2018 та 2019 років для завершення сертифікації двигуна.

Другий ступінь матиме обтікач корисного навантаження, щоб захистити його корисне навантаження. Обтікач буде виготовлятися в двох варіантах — короткому та довгому, але обидва будуть мати той самий діаметр — 5,2 метра. Випробування на розділення частин обтікача було успішно проведено у грудні 2019 року.

Після завершення та успішного подолання усіх етапів випробувань було зібрано ракету-носій H3 Test Flight No. 1 (TF1). У 2020 році на ній були встановлені двигуни обох ступенів. Це дозволило ракеті TF1 пройти функціональні випробування на заводі Тобісіма в префектурі Айті.

У січні 2021 року всі випробування були завершені і ракету відправили ​​до Космічного центру Танегасіма. Через місяць ракету разом з двома SRB-3 розмістили на рухомій пусковій установці 5 (ML-5) та залишили у будівлі вертикальноого складання носіїв H-IIB (VAB, так само як і на мисі Канавєрал — Vertical Assembly Building). Операція, відома як Vehicle On Stand (VOS), стала останньою важливою подією до того, як з ракетою мають провести випробування, зване як Wet Dress Rehearsal (WDR, ні це не вологі маєчки, а повна заправка всіх компонентів рідкого палива та інше). Макет обтікача корисного навантаження був розміщений зверху другого ступеня (цікава гра слів, але ні — саме макет обтікача, а не корисного навантаження був використаний під час цих випробувань).

Тож у березні 2021 року ракету Н3 було виведено на площадку №2 стартового комплексу Йосінобу (LC-Y). Після прибуття на площадку 2 ракета була завантажена рідким киснем та рідким воднем для WDR. Ракета була заправлена, відбулися всі відліки та на моменті Т-8 сек відлік було зупинено (як і було заплановано). Після проведення тесту паливо було вивантажене. Згодом, ракета було знову відтранспортована у будівлю вертикального складання. Всі перевірки виконані після тесту довели, що носій у повному порядку.

Н3 з макетом обтікача на площадці №2 готовий до проведення WDR (JAXA)

З того часу H3 чекае на майбутні випробування та остаточну сертифікацію двигуна LE-9. Планується, що TF1 має бути запущено в першому кварталі 2022 року з місією виведення супутника розширеного спостереження за сушею (ALOS-3).

Носій TF1 буде запущений у конфігурації H3-22S. Перша цифра конфігурації показує, скільки двигунів LE-9 знаходиться на першому ступені (два або три). Друга цифра показує, скільки SRB-3 буде забезпечувати місію. Остання позиція зазначає, який тип обтікача використовується — короткий (S — short) чи довгий (L — long).

Тож для ALOS-3 він буде запущений з двома двигунами LE-9, двома SRB-3 та коротким обтічником корисного навантаження. H3 повинна забезпечити доправлення ALOS-3 на сонячно-синхронну орбіту висотою 669 з нахилом 97,8 градусів.

Завдяки такому розмаїттю конфігурацій ракет, Н3 зможе поднімати до 3 тон на сонячно-синхронну орбіту або ж 6,5 тон на так звану 1.5 км/с гео-перехідну (GTO). Ця характеристика орбіти визначає, що супутнику для переходу до сонячно-синхронної орбіти знадобиться прискорення від ще одного ступеня або власних двигунів еквівалентне імпульсу ΔV близько 1,5 км/с.

Як тільки H3 буде введено в експлуатацію, використання носіїв попереднього покоління H-IIA буде припинено у 2023 році. Пізніше H3 зможе підтримувати комерційні запуски супутників зв’язку, наукові та дослідницькі місії, включаючи доставлення вантажів на МКС за допомогою нового вантажного корабля HTV-X.

HTV-X (Kotonotori) — це корабель нового покоління, розроблений JAXA, для доправлення вантажів для МКС. Kotonotori розроблений з метою зниження загальної маси корабля, з одночасночасним збільшенням зовінішнього відсіку для доставки на МКС вантажу, які не потребують спеціальних умов щодо тиску. Він також зможе бути пристикований до МКС до шести місяців або окремо перебувати на орбіті до 18 місяців. Перший його запуск планується наприкінці 2022 року на ракеті H3-24L.

Також обидва компоненти (H3 та Kotonotori) матимуть можливість підтримувати космічну місячну станцію NASA Gateway. Майбутнім варіантом H3 буде трьохступенева ракета H3 Heavy для виведення варіанта HTV-XG на місячну орбіту. HTV-XG також, можливо, зможе використовувати інші конфігарації H3 або американські ракети-носії, такі як Falcon Heavy. HTV-XG може бути запущений вже в 2025 році, а H3 Heavy 2030 році.

(Рендер на початку статті — так митець уявляє Н3 в польоті – via Mack Crawford for NSF/L2)

Цей матеріал є перекладом оригінальної статті на NSF.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

27
Войдите, чтобы видеть ещё 1 комментарий, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Коррозийная Лея С.
Вечность назад

Дякую, цікава стаття.

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.