Чанчжэн-3A
- 1 year ago
- 0
- 0
« Чанчжэн-5 » ( кит. трад. 長征五号 , упр. 长征五号 , пиньинь Chángzhēng wǔ , палл. Чанчжэн у , буквально: «Великий поход–5» — CZ-5 или LM-5 , от Long March по-английски) — китайская тяжёлая ракета космического назначения, семейства « Великий поход », разработанная в Исследовательском институте ракетной техники (CALT) .
Проект CZ-5 нового поколения для недавно построенных космодромов Китая с современными экологическими ограничениями. В этих ракетах использование основного прежде, но очень ядовитого топлива НДМГ и АТ ограничено лишь небольшими верхними ступенями. На самых больших нижних ступенях применены безопасные керосин (боковые ускорители), твердотопливные смеси (нет на CZ-5), жидкий кислород и водород (две ступени центрального блока). Важная черта проекта — модульность . CZ-5 имеет несколько проектных вариантов с разным числом и типом модулей. В ней применяются модули уже испытанных ракет того же поколения CZ-6 , CZ-7 , CZ-8.
Из множества предложенных вариантов испытана четырёхступенчатая CZ-5 для запусков геостационарных спутников и межпланетных аппаратов и двухступенчатая CZ-5B для вывода на низкую околоземную орбиту кораблей с тайконавтами , орбитальной станции . Масса полезной нагрузки до 25 тонн на опорную орбиту для CZ-5B и до 14 тонн на геопереходную орбиту для CZ-5.
Первый запуск CZ-5 состоялся 3 ноября 2016 года . CZ-5 одна из самых мощных действующих ракет: превосходит европейскую Ariane-5 , российскую « Протон-М », лишь немного уступает американской Delta IV Heavy . С 2018 года самой мощной летающей ракетой стала Falcon Heavy , способная вывести до 63,8 тонны на НОО . В России и США ведутся разработки нескольких ещё более мощных носителей, а в Китае разрабатывают CZ-9 с грузоподъёмностью 130 тонн на НОО для лунной программы .
Необходимость в новых ракетах-носителях у Китая возникла в конце 1990-х — начале 2000-х годов. Развитие космической программы требовало вывода компонентов орбитальных станций, регулярных грузовых и пилотируемых миссий на низкую опорную орбиту , вывода тяжёлых спутников на геостационарную орбиту , а также запуска исследовательских аппаратов Солнечной системы . Целью было создание линейки безопасных, надёжных и экономичных ракет-носителей, покрывающих полный спектр полезных нагрузок, от лёгких до тяжёлых, которые впоследствии смогли бы полностью заменить действующие ракеты серий «Чанчжэн-2», 3 и 4 . Важным шагом стало решение перейти с высокотоксичной и дорогостоящей топливной пары гидразин и тетраоксид диазота на более безопасные, производительные и экономически выгодные керосин , жидкий кислород и жидкий водород .
Проект анонсировали в 2001 году, однако серьёзные работы по его развитию начались только в 2007 году. Изначальные планы включали в себя создание семейства модульных ракет «Чанчжэн-5», разные модификации которых могли бы доставлять на низкую опорную орбиту грузы от 1,5 до 25 т . Впоследствии, было проведено разделение на отдельные серии по выводимой полезной нагрузке: лёгкого класса — « Чанчжэн-6 », среднего класса — « Чанчжэн-7 » и тяжёлого класса — «Чанчжэн-5». Вся новая линейка ракет-носителей использует общие структурные компоненты, в том числе ракетные двигатели , что позволило существенно снизить как время, так и стоимость разработки и производства .
Носители используются в ходе работ по строительству « Китайской модульной космической станции » с 2021 года.
Носители этой серии используются для реализации китайской программы исследования Луны .
Также, китайские учёные в 2020 году, в рамках программы по исследованию Марса , вывели с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-5» на переходную орбиту Земли и Марса зонд « Тяньвэнь-1 » для исследования Красной планеты .
Генеральным конструктором ракеты-носителя (РН) «Чанчжэн-5» является Ли Дун ( Li Dong , кит. трад. 李东 ) из Академии технологии ракет-носителей (CALT). Ведущим разработчиком ракеты-носителя «Чанчжэн-5» является Лун Лэхао ( Long Lehao ). Основным назначением «Чанчжэн-5» будет удовлетворение потребности КНР в выводе грузов на низкую опорную орбиту и геостационарную орбиту в следующие 20—30 лет.
Проект был анонсирован в феврале 2001 года с началом развития в 2002 году, первый запуск РН предполагался в 2008 году. Однако финансирование было выделено только в 2007 году, как было сообщено разработчиками проекта в ходе выставки в Дунбэе .
Завод для производства «Чанчжэн-5» был построен (строительство начато 30 октября 2007) в городе Тяньцзинь около порта Тяньцзин , который предполагалось использовать при доставке крупных блоков РН к стартовым площадкам (доставка центрального блока 5-метрового диаметра возможна только водным транспортом). Ракеты оттуда будут транспортироваться на космодром Вэньчан на острове Хайнань . Этот завод имеет площадь более полумиллиона квадратных метров, стоимость строительства составит более 4,5 млрд юаней (650 млн долл.). Первую очередь строительства было намечено завершить в 2009 году; завершение строительства предприятия планировалось на 2012 год .
Разработка двигателей началась в 2000—2001 годах, испытания проводились Китайским национальным космическим управлением (КНКУ) в 2005 году. Модели двигателей и были успешно испытаны в середине 2007 года; на июль 2008 года разработка двигателей первой ступени была завершена.
20 сентября
2015 года
РН «Чанчжэн-5» была отправлена из
порта Тяньцзиня
в порт Цинлань города
Вэньчан
, на остров Хайнань, где расположен космодром
Вэньчан
, для испытаний вместе с полезной нагрузкой (запланированной на 2017 год миссии «
Чанъэ-5
» к Луне)
.
В феврале
2016
завершены испытания «Чанчжэн-5», они проходили на космодроме Вэньчан, продолжались 130 дней и показали хорошие результаты
.
26 августа два судна, «Юаньван-21» и «Юаньван-22», повезли контейнеры с деталями
[
уточнить
]
очередной
[
прояснить
]
ракеты «Чанчжэн-5»
.
1 сентября ракета была доставлена в порт Цинлань города Вэньчан, где находится космодром
.
28 октября ракету в вертикальном положении доставили в зону старта космодрома Вэньчан; для проведения этой операции понадобилось около двух часов
.
Первый запуск самой мощной китайской ракеты-носителя «Чанчжэн-5» (полезной нагрузкой являлся экспериментальный китайский спутник «Шицзянь-17», для проведения демонстрации работы
электрических двигателей
на орбите
) был запланирован на 10:00 UTC 3 ноября 2016 года
; в день старта запуск был отложен до 11:01 UTC
; запуск был произведён в 12:43 UTC.
В качестве компонентов топлива используется жидкий водород ( горючее ) и жидкий кислород ( окислитель ), с температурой −252°С и −183°С соответственно . CZ-5-500 — первая полностью криогенная китайская ракетная ступень , которая используется в качестве первой ступени ракеты-носителя. До этого подобный опыт в Китае имели только с третьей ступенью ракет-носителей « Чанчжэн-3A » и « Чанчжэн-3B », а соответственно — со значительно меньшими объёмами топливных баков и более низкими показателями производительности двигателей .
Высота ступени составляет 33,2 м, диаметр — 5 м, сухой вес — около 18 т. Стенки топливных баков (вместимость топлива — 175 т) выполнены из алюминиевого сплава, бак для окислителя расположен над баком для горючего. Баки с раздельными переборками, окислитель попадает к двигателями по топливной магистрали, проходящей сквозь бак для горючего. Для нагнетания в баках рабочего давления используются сами компоненты топлива в газообразном состоянии, которые образуются в процессе работы двигателей .
На ступень установлены два жидкостных ракетных двигателя ; это двигатель открытого цикла , первый китайский криогенный двигатель с высоким уровнем тяги , существенный технологический шаг от двигателя , используемого на третьей ступени ракет серии « Чанчжэн-3 » . Суммарная тяга двигателей первой ступени — 1020 кН на уровне моря и 1400 кН в вакууме, удельный импульс — 310 с и 426 с, соответственно .
Каждый двигатель может индивидуально отклоняться от центральной оси в двух проекциях, обеспечивая управление вектором тяги по тангажу , рысканию и вращению .
Время работы ступени — до 520 секунд .
После запуска полезной нагрузки первая ступень остаётся на орбите и, не имея средств активного манёвра по сходу с орбиты, постепенно теряет высоту и в течение недели падает на Землю; точное место и время падения предсказать невозможно .
Четыре жидкостных ускорителя , CZ-5-300, закреплены по бокам первой ступени и обеспечивают основную тягу ракеты-носителя во время старта. Общая тяга первой ступени и ускорителей в момент запуска достигает 10 565 кН .
Диаметр ускорителя — 3,35 м, высота — 27,6 м, сухой вес составляет 12 т. Вмещает до 147 т компонентов топлива, которыми являются керосин и жидкий кислород .
На ускоритель установлены два двигателя закрытого цикла , обеспечивающие ему тягу 2400 кН на уровне моря, с повышением до 2680 кН в вакууме. Удельный импульс составляет 300 с на уровне моря и 335 с в вакууме . (такой же двигатель используется на первой ступени и боковых ускорителях ракеты-носителя « Чанчжэн-7 »; модифицированная (укороченная) версия ускорителя с одним двигателем YF-100 используется в качестве первой ступени ракеты-носителя « Чанчжэн-6 »).
Ускорители работают в течение 173 секунд после запуска ракеты-носителя, после чего, на высоте около 72 км, отсоединяются при помощи пироболтов . Для большей стабильности отделения в верхней и нижней частях ускорителя установлены небольшие твердотопливные двигатели, отводящие его в сторону от первой ступени .
Используется для высокоэнергетичных запусков на высокие орбиты. По своему строению напоминает вторую ступень ракеты-носителя « Дельта-4 », с топливными баками разных диаметров. Бак для горючего (жидкий водород) имеет тот же диаметр, что и первая ступень (5 м), в то время как диаметр расположенного под ним бака для окислителя (жидкий кислород) составляет менее 4 м и, вместе с двигателями, скрыт промежуточной секцией первой ступени .
Высота ступени составляет около 11,5 м, сухой вес — 3400 кг. Вмещает 26,5 т компонентов топлива.
Ступень оборудована двумя двигателями с циклом фазового перехода D. Эта более мощная версия двигателя YF-75 получила систему повторного зажигания, позволяющую перезапускать двигатели многократно во время полёта. Общая тяга ступени — 176,52 кН , удельный импульс — 442 с .
Время работы ступени — до 780 секунд .
Для вывода полезной нагрузки прямо на геостационарную орбиту или на среднюю околоземную орбиту (для спутников системы навигации, высота около 22 000 км) может быть использован разгонный блок Yuanzheng-2 (YZ-2). Это увеличенная версия разгонного блока * , который начали использовать в 2015 году на ракетах серии CZ-3. Изготовленная специально для использования на ракете-носителе «Чанчжэн-5», версия YZ-2 имеет бо́льшие диаметр и вместимость топливных баков, а также оборудована двумя двигателями D вместо одного .
Использует самовоспламеняемые компоненты топлива — несимметричный диметилгидразин и тетраоксид диазота .
Ступень может быть запущена повторно для точного вывода спутников на необходимую орбиту в течение многочасового полёта.
Для защиты полезной нагрузки во время полёта в атмосфере используется композитный обтекатель с внешним диаметром 5,2 м. Для базовой версии CZ-5 длина обтекателя составляет 12,27 м, для версии CZ-5B будет использоваться обтекатель длиной 20,5 м, позволяющий вместить бо́льшую полезную нагрузку , такую как модуль космической станции .
В процессе разработки предлагалось реализовать до шести различных конфигураций ракеты-носителя, предполагающие использование ступеней и боковых ускорителей различных диаметров и характеристик, собранных в различных комбинациях, с целью обеспечить вывод на орбиту полезной нагрузки в широком диапазоне, от 1,5 до 25 тонн .
Таблица характеристик предлагаемых вариантов ракеты-носителя | |||||
---|---|---|---|---|---|
Вариант | CZ-5-200 | CZ-5-320 | CZ-5-504 | CZ-5-522 | CZ-5-540 |
Ускорители
(двигатели) |
-- | 2xCZ-5-200, (2xYF-120t) | 4xCZ-5-300, (8xYF-120t) | 2xCZ-5-200 2xCZ-5-300, (6xYF-120t) | 4xCZ-5-200, (4xYF-120t) |
Первая ступень
(двигатели) |
CZ-5-200, (YF-120t) | CZ-5-300, (2xYF-120t) | CZ-5-500, (2xYF-50t) | CZ-5-500, (2xYF-50t) | CZ-5-500, (2xYF-50t) |
Вторая ступень
(двигатели) |
CZ-YF-73, (YF-73) | CZ-5-KO, | CZ-5-HO, (2xYF-75) | CZ-5-HO, (2xYF-75) | CZ-5-HO, (2xYF-75) |
Третья ступень
(для НОО не используется) |
-- | CZ-5-HO, (YF-75) | -- | -- | -- |
Тяга (у земли) | 134 тс (1.34 МН ) | 720 тс (7,2 МН) | 1064 тс (10,64 МН) | 824 тс (8,24 МН) | 584 тс (5,84 МН) |
Полная масса | 82 т | 420 т | 800 т | 630 т | 470 т |
Высота (макс.) | 33 м | 55 м | 62 м | 58 м | 53 м |
Масса выводимой ПН ( НОО 200 км) | 1,5 т | 10 т | 25 т | 20 т | 10 т |
Масса выводимой ПН ( ГПО ) | -- | 6 т | 14 т | 11 т | 6 т |
Впоследствии произошло разделение на отдельные классы по массе выводимой полезной нагрузки, с выделением ракет-носителей серий « Чанчжэн-6 » и « Чанчжэн-7 », и для ввода в эксплуатацию оставлены только 2 наиболее мощных варианта.
Базовая версия ракеты-носителя, которая будет использоваться для вывода тяжёлых спутников на геопереходную орбиту и запуска исследовательских зондов к Луне и Марсу.
Высота составляет 57 м, стартовая масса — 867 т. Состоит из первой ступени, второй ступени и четырёх боковых ускорителей. Опционально может быть использована третья ступень для вывода спутников на геостационарную и среднюю околоземную орбиты.
Данная версия позволяет выводить до 14 т на геопереходную орбиту, до 15 т на солнечно-синхронную , а при использовании третьей ступени — до 4,5 т на геостационарную орбиту .
Версия ракеты-носителя для вывода тяжёлых грузов (модулей космической станции) на низкую околоземную орбиту . Самая мощная в настоящее время китайская ракета-носитель с 10 двигателями (работающими на жидком водороде и керосине ).
Высота — 53,7 м, стартовая масса — 837 т. Состоит из первой ступени и четырёх боковых ускорителей. Вторая ступень не используется. Оборудована более длинным головным обтекателем, около 20,5 м.
Эта версия позволит выводить на
НОО
полезную нагрузку весом до 25 т.
№ | Дата, время ( UTC ) | Версия | Стартовый комплекс | Полезная нагрузка | Орбита | Результат |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 3 ноября 2016 , 12:43 | CZ-5/ * | Вэньчан , LC-101 | ГСО | Успех | |
Дебютный запуск ракеты-носителя. Запущен экспериментальный спутник « Шицзянь -17» для демонстрации технологий ионного двигателя . Для вывода спутника непосредственно на геостационарную орбиту впервые был использован разгонный блок Yuanzheng-2 . | ||||||
2 | 2 июля 2017 , 11:23 | CZ-5 | Вэньчан, LC-101 | ГПО | Неудача | |
Запуск 7-тонного спутника связи «Шицзянь-18», построенного на новой спутниковой платформе , завершился неудачей из-за аномалии в работе одного из двигателей YF-77 первой ступени на 346 секунде полёта . | ||||||
3 | 27 декабря 2019 , 12:45 | CZ-5 | Вэньчан, LC-101 | ГПО | Успех | |
Успешный запуск 8-тонного спутника «Шицзянь-20», на замену потерянного спутника «Шицзянь-18». Для возвращения к полётам был переработан турбонасос двигателя YF-77, отказ которого стал причиной аварии предыдущего запуска. Также были упрощены некоторые конструкции ракеты-носителя, что позволило снизить массу и повысить производительность . | ||||||
4 | 5 мая 2020 , 10:00 | CZ-5B | Вэньчан, LC-101 | НОО | Успех | |
Первый испытательный запуск РН в такой конфигурации . Запущен прототип китайского пилотируемого космического корабля нового поколения. При возврате корабля будет испытан тепловой щит и остальные посадочные системы . | ||||||
5 | 23 июля 2020 , 04:41 | CZ-5 | Вэньчан, LC-101 | Тяньвэнь-1 | к Марсу | Успех |
Автоматическая межпланетная станция к Марсу с орбитальным аппаратом, посадочным аппаратом и марсоходом . | ||||||
6 | 23 ноября 2020 , 20:30 | CZ-5 | Вэньчан, LC-101 | Чанъэ-5 | к Луне | Успех |
Миссия по забору и возврату на Землю лунного грунта . | ||||||
7 | 29 апреля 2021 , 3:23 | CZ-5B | Вэньчан, LC-101 | Тяньхэ | НОО | Успех |
Базовый модуль Китайской модульной космической станции . | ||||||
8 | 24 июля 2022 | CZ-5B | Вэньчан, LC-101 | Вэньтянь | НОО | Успех |
Второй модуль Китайской модульной космической станции . | ||||||
9 | 31 октября 2022 , 07:37 | CZ-5B | Вэньчан, LC-101 | Мэнтянь | НОО | Успех |
Экспериментальный модуль № 2 Китайской модульной космической станции. | ||||||
Планируемые запуски | ||||||
2024 | CZ-5B | Вэньчан, LC-101 | Сюньтянь | НОО | ||
Автономный орбитальный модуль с оптическим телескопом. | ||||||
2024 | CZ-5 | Вэньчан, LC-101 | Чанъэ-6 | к Луне | ||
Миссия по забору и возврату на Землю лунного грунта. |
Сравнение характеристик РН тяжёлого класса (данные на 10.2012 или позднее) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ракета-носитель | Страна | Первый пуск | Кол-во пусков в год (всего) | Широта СК | Старт. масса, т | Масса ПН , т | Диам. ГО , м | Успех пусков, % | Цена пуска, млн $ | ||
НОО | ГПО ( ΔV до ГСО 1500 м/с) | ГСО | |||||||||
Чанчжэн-5 | 2016 | 1−3 (8) | 19,6° | 687 | 20 | 14 | 11 | 3,35 | 75 | ||
«Протон-М» — «Бриз-М» | 2001 | 8 — 12 (98) | 46° | 705 | 23 | 6,35 | 3,25 | 4,35 | 90 | 65-70 | |
Ангара-А5 | 2014 | 1 (2) | 63° | 773 | 24 | 5,4 | 2,8 | 4,35 | 100 | ||
Ariane 5 ECA | 2002 | 6 (36) | 5° | 780 | 20 | 10 | 5,4 | 97,2 | 220 | ||
Зенит-3SL
( Морской старт ) |
1999 | 4—5 (33) | 0° | 473 | 13,7¹ | 6,06 | 2,6² | 4,15 | 91 | 80 | |
Delta IV Heavy | 2004 | 1 (6)⁴ | 35° и 28° | 732 | 23³ | 10,75 | 6,57 | 5,1 | 95⁵ | 265 | |
Delta IV Medium+ (5,4) | 2009 | 2—3 (2)⁴ | 35° и 28° | 399 | 13,5³ | 5,5 | 3,12 | 5,1 | 95⁵ | 170 | |
Atlas V 551 | 2006 | 1 (3)⁴ | 35° и 28° | 541 | 18,8 | 6,86 | 3,90 | 5,4 | 97⁶ | 190 | |
Atlas V 521 | 2003 | 2 (2)⁴ | 35° и 28° | 419 | 13,49 | 4,88 | 2,63 | 5,4 | 97⁶ | 160 | |
Falcon 9 Full Thrust | 2015 | 11—60 (210) | 35° и 28° | 549 | 22,8 | 5,5—8,3 7 | 5,2 | 100 | 67 | ||
Falcon Heavy | 2018 | 2 (9) | 28° | 1421 | 63,8 | 26,7 | 5,2 | 100 | 97 | ||
H-IIB | 2009 | 2 (5) | 30° | 531 | 19 | 8 | 5,1 | 100 | 182 | ||
Чанчжэн-3B | 1996 | 4 (22) | 28° | 426 | 11,2 | 5,1 | 2 | 4,2 | 91 | 50-70 | |
(¹) Зенит-2SLБ и (²) Зенит-3SLБФ , старт с Байконура; (³) орбита МКС (407 x 407 км); (⁴) всего было произведено 33 пуска РН Atlas V и 21 Delta IV различных модификаций; (⁵), (⁶) — рассчитано на основе данных пусков всех вариантов РН Delta IV и Atlas V соответственно; ( 7 ) — для ГПО-1800 — 27,5° — для ГПО-1500 вес будет ~ 4.5-7 тонн соответственно. |