Запуск ZQ-2 в миссии 2. Предоставлено LandSpace
LandSpace запустила свою ракету ZhuQue-2 на метановых двигателях в среду. Это был второй запуск ракеты после ее неудачного первого полета в декабре 2022 года. В заявлении компании отмечали успех миссии, отмечая первую ракету methalox, достигшую орбиты.
ZhuQue-2 (на английском языке Redbird 2) - ракета, разработанная китайской частной компанией LandSpace. Ее высота составляет 49,5 метра, а диаметр корпуса ракеты - 3,35 метра. Ракета-носитель среднего класса имеет грузоподъемность до шести тонн на 200-километровую низкую околоземную орбиту и до четырех тонн на 500-километровую солнечно-синхронную орбиту (SSO).
Одним из направлений разработки ZhuQue-2 было использование экологически чистого и экономически выгодного метана. Согласно веб-сайту LandSpace, цена на топливо была снижена на 50-90%, при сопоставлении с аналогичными китайскими пусковыми установками. Кроме того, метан обеспечивает нетоксичный, менее загрязняющий окружающую среду и более современный подход к заправке ракеты топливом по сравнению с самовоспламеняющимся топливом в ранних ракетах семейства Chang Zheng.
ZQ-2 на стартовой площадке. (Фото: LandSpace)
Кроме того, ZhuQue-2 использует стандартизацию и унификацию всей ракеты. Ракета изготавливается по возможности из готовых деталей, и благодаря этому LandSpace может еще больше снизить стоимость всего комплекса.
Первая ступень, на которой нанесен логотип red bird, оснащена четырьмя двигателями TQ-12 на жидком метане и жидком кислороде (methalox). Это первые метановые двигатели Китая, используемые на ракете-носителе. Это газогенераторные двигатели открытого цикла, которые проще, чем другие новые двигатели methalox, такие как Raptor от SpaceX или BE-4 от Blue Origin. В сочетании четыре двигателя TQ-12 называются блоком двигателей TQ-13.
При старте эти двигатели развивают тягу в 268 тонн. Масса всей ракеты-носителя составляет 219 тонн, что доводит общее отношение тяги к весу до 1,22. Двигатели имеют диаметр сопла 1,5 метра и работают на соотношении смеси 3,5 частей кислорода к 1 части метана по массе. Удельный импульс на уровне моря составляет 284,5 секунды.
Двигатели были первоначально испытаны в мае 2019 года в рамках подготовки к их сертификации для первого полета. В дальнейшем LandSpace планирует модернизировать этот двигатель в TQ-12A, обеспечивая улучшенную тягу, удельный импульс и массовую эффективность.
На второй ступени ракета по-прежнему оснащена двигателем TQ-12, которому помогают четыре двигателя управления TQ-11. Это изменится в одном из предстоящих полетов с обновлением двигателя TQ-15A и оснащением его карданным подвесом и удалением двигателей управления.
Четыре двигателя TQ-12 в нижней части ZQ-2. (Фото: LandSpace)
После завершения запуска второй ступени окончательное выведение будет осуществляться только двигателями управления TQ-11. В то время как основная камера выключается, четыре двигателя управления выводят ракету на конечную орбиту, используя более точное управление тягой.
Первая ступень ракеты также будет иметь возможность повторного использования в будущем. Хотя LandSpace пока подробно не освещала эту тему, было подтверждено, что двигатель первой ступени TQ-12A будет сконструирован с учетом многократной перезагрузки, что требуется для многоразовой первой ступени, если компания желает посадить ее с помощью реактивной посадки.
Первыми признаками кампании по запуску были наблюдения Гарри Стрейнджера, который использовал спутниковые снимки, чтобы увидеть, что транспортер ракеты вернулся на стартовую площадку LandSpace 96. Этот транспортер ZhuQue-2 использовался в прошлом для проверки соответствия транспортера и площадки и намекал на возвращение ракеты в ближайшее время.
В середине мая LandSpace продемонстрировала фотографии 3700-километрового маршрута ракеты через Китай для доставки к пусковой площадке. Этот также объясняет, почему диаметр китайских ракет, включая ZhuQue-2, составляет не более 3,5 метров. Все, что больше этого диаметра, ограничило бы способность ракеты перевозиться по железным и обычным дорогам.
После того, как в начале июня было замечено первоначальное развертывание, ракету вскоре откатили в ангар, предположительно, из-за неисправности спускового штифта второй ступени во время третьего полного предстартового теста.
Затем LandSpace подтвердила вывоз и подъем ракеты в видеоролике, опубликованном в китайских социальных сетях в начале июля. С тех пор ракета-носитель находилась в вертикальном положении на стартовой площадке #96 в центре запуска спутников Цзюцюань в Китае.
Полезная нагрузка второго полета ZhuQue-2
Пока полезная нагрузка для этого запуска остается неизвестной. Неясно, получила ли LandSpace другую полезную нагрузку на эту ракету после первоначального первого полета или они запускают фиктивную полезную нагрузку для этой миссии. Несмотря на это, обтекатель полезной нагрузки находится на верхней части ракеты, так что ракета совершила полет в конфигурации, сопоставимой с обычным эксплуатационным полетом.
Обновление миссии этой миссии также посвящено ракете и не дает никаких указаний на потенциальную полезную нагрузку. На сайте ракеты опубликован девиз полета «Воплощение в жизнь зеленой энергии».
ZQ-2 стартует впервые. (Фото: LandSpace)
В отчете о расследовании, опубликованном несколько месяцев назад, LandSpace подробно описала проблемы первого полета. Корпус насоса низкого давления жидкого кислорода (LOX) для двигателя управления второй ступени сломался под воздействием силы удара при выключении основного двигателя второй ступени.
В тот момент ракета уже двигалась со скоростью пять километров в секунду, согласно телеметрии, показанной в китайских социальных сетях. При этом ей не хватало около двух километров в секунду для успешного выхода на орбиту.
Это было во время события, в ходе которого вторая ступень должна была отключиться и позволить четырем двигателям управления вывести ступень на орбиту. В это время разорвалось соединение на впускной трубе LOX, которая не была должным образом спроектирована. LandSpace провела серию наземных испытаний, подтвердив виновника сбоя.
Это будет последний полет разгонного блока TQ-12. После второго полета его заменит усовершенствованный TQ-15A, устраняющий проблему с двигателями управления. Первая ступень первого полета, включая четыре двигателя TQ-12, выполнила полет безупречно.
Гонка за метаном на орбиту
После того, как ZhuQue-2 провалил первую попытку в конце 2022 года, и Starship, и Terran-1 Relativity Space не выполнили свои миссий для первого запуска, «метановая гонка» осталась открытой.
Starship, ULA's Vulcan и ZQ-2 от LandSpace остались в гонке, а Relativity Space больше не проводит операции с Terran-1. Ожидается, что другие метановые ракеты, такие как New Glenn от Blue Origin и Terran-R от Relativity Space, в ближайшее время не полетят.
Из-за химических и инженерных проблем метановые ракеты не рассматривались всерьез на протяжении всей истории космических полетов. Но с учетом того, что больше внимания уделяется экологичному топливу и возможности повторного использования, метан внезапно демонстрирует преимущества перед традиционными видами топлива.
Двигатель BE-4 от Blue Origin был запущен на испытательном стенде. (Фото: Blue Origin)
Одной из главных проблем, связанных с метаном, является стабильность горения, поскольку температура кипения метана очень близка к температуре его окислителя. Следовательно, агрегатное состояние вещества, в котором находятся молекулы кислорода и метана во время сгорания, менее очевидно, чем в случае с водородом или ракетным топливом 1 (RP-1). Это может привести к нестабильности в форсунках и основных камерах.
Другим важным фактором является все более экономичная гонка за созданием более дешевых ракет. Метан является самым дешевым из трех более «традиционных» видов топлива, превосходя керосин RP-1 и водород. Особенно для ракет многоразового использования, стоимость топлива является гораздо более важным фактором в общей экономике. Снижение цен на топливо может принести огромные преимущества.
Одним из последних преимуществ метана перед RP-1 является то, что в нем отсутствует проблема коксования при сгорании. Поскольку RP-1 сгорает не полностью, остаются вещества, которые застревают на сопле и со временем могут засорить трубопровод двигателя. Хотя это не было проблемой для ракет, используемых только один раз, это может стать проблемой для ракет многоразового использования в будущем.
LandSpace была основана в июне 2015 года, и ее первой разработанной ракетой была ZhuQue-1. Планировалось, что ракета будет трехступенчатой твердотопливной ракетой и совершит свой первый полет в октябре 2018 года. После этого полета компания полностью перешла к разработке ZhuQue-2, своей ракеты-носителя средней грузоподъемности.
В последние несколько недель появились слухи о тяжелом финансовом положении LandSpace. Следовательно, полет ZhuQue-2 может стать важной вехой в будущем компании, поскольку они могут стремиться занять рынок полезных нагрузок SSO дл ракет средней грузоподъемности, которые в настоящее время используются ракетами раннего поколения Chang Zheng.