РН «Long March-5»

Великий Поход 5A

РН «Long March-5» с КА Shijian-18

«Чанчжэн-5» (кит. трад. 長征五, упр. 长征五, пиньинь: Chángzhēng wǔ, палл.: Чанчжэн у, буквально: «Великий поход–5» или ВП-5 или CZ-5) — китайская ракета-носитель тяжёлого класса семейства Чанчжэн, разработанная Исследовательским институтом ракетной техники Китайского объединения космических технологий. Третий представитель (после «Чанчжэн-6» и «Чанчжэн-7») новой линейки китайских ракет-носителей, использующий экологически чистое ракетное топливо: жидкий водород, жидкий кислород и керосин. Это серийная универсальная многоступенчатая ракета, способная доставлять на орбиту грузы массой до 25 тонн.

Ракету планируют использовать для запуска компонентов будущей китайской орбитальной станции, автоматических межпланетных станций к Луне и Марсу, а также тяжёлых геостационарных спутников.

«Чанчжэн-5» будут использовать в двух версиях: CZ-5 для запусков геостационарных спутников и межпланетных зондов, и CZ-5B, оптимизированную для запуска на низкую околоземную орбиту тяжёлых модулей космических станций. В зависимости от версии ракеты-носителя масса выводимой полезной нагрузки составит до 25 000 кг на НОО и до 14 000 кг на ГПО.

Первый запуск ракеты-носителя состоялся 3 ноября 2016 года. Более мощный вариант, CZ-5B, планируют запустить не ранее 2018 года.

На момент запуска в 2016 году, «Чанчжэн-5» является одной из наиболее мощных действующих ракет-носителей, лишь немного уступая американской Delta IV Heavy и опережая европейскую «Ариан-5» и российскую «Протон-М» по показателями выводимой полезной нагрузки.

Предпосылки создания

Необходимость в новых ракетах-носителях у Китая возникла в конце 90-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. 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: легкого 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.

История создания и первый запуск

Генеральным конструктором РН «Чанчжэн-5» является Ли Дун (Li Dong) из 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.
  • 30 октября 2007 года было начато строительство завода для ракеты-носителя «Чанчжэн-5» 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 будут транспортироваться в Вэньчан, остров Хайнань, где расположен космодром Вэньчан. Новый завод будет иметь площадь более полумиллиона квадратных метров, стоимость строительства составит более 4 500 млн.юаней(650 млн.USD), 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 YF-100 and YF-77 были успешно испытаны в середине 2007 года. На июль 2008 года развитие двигателей первой ступени было завершено.
  • 20 сентября 2015 года, ракета-носитель «Чанчжэн-5» была отправлена из порта Тяньцзинь в порт Цинлань города Вэньчан, на остров Хайнань, где расположен космодром Вэньчан, для испытаний вместе с полезной нагрузкой, для запланированной на 2017 год миссии «Чанъэ-5» к Луне.
  • В феврале 2016 года Китай завершил испытания ракеты-носителя «Чанчжэн-5». Испытания проходили на космодроме Вэньчан, продолжались 130 дней и показали хорошие результаты.
  • 26 августа 2016 года, два судна Юаньван-21 и Юаньван-22 повезли контейнеры с деталями очередной ракеты-носителя «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 в провинции Хайнань (Южный Китай). Для проведения этой операции понадобилось около двух часов.

Первый запуск самой мощной китайской ракеты-носителя «Чанчжэн-5» был запланирован на 3 ноября 2016 года, 10:00 UTC с космодрома в Вэньчане на острове Хайнань. С её помощью планируется вывести на орбиту экспериментальный китайский спутник Шицзянь-17, для проведения демонстрации работы электрических двигателей на орбите. В день старта запуск был отложен до 11:01 UTC. Запуск был произведён в 12:43 UTC.

Планы применения ракеты

Исследование Луны

Носители этой серии планируется использовать для реализации заключительной части китайской программы исследования Луны. Китай намерен отправить на спутник Земли аппараты «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6», основной задачей которых станет получение образцов лунных пород. Запуск «Чанъэ-5» намечен на 2017 год.

Исследование Марса

Также, китайские ученые планируют в 2020 году в рамках программы по исследованию Марса вывести с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-5» на переходную орбиту Земли и Марса зонд для исследования Красной планеты.

Орбитальная станция

Ракеты «Чанчжэн-5» также будут использоваться в ходе работ по строительству китайской модульной орбитальной станции «Тяньгун-3», которую планируется вывести на орбиту к 2020 году.

Конструкция

Первая ступень

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 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.

В качестве компонентов топлива используется жидкий водород (горючее) и жидкий кислород (окислитель), с температурой −252°С и −183°С соответственно. Вместимость топлива — 175 т.

На ступень установлены 2 жидкостных ракетных двигателя YF-77. Это двигатель открытого цикла, первый китайский криогенный двигатель с высоким уровнем тяги, существенный технологический шаг от двигателя YF-75, используемого на третьей ступени ракет серии CZ-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 отклонятся от центральной оси в двух проекциях, обеспечивая управление вектором тяги по тангажу, рысканию и вращению.

Время работы ступени — до 520 секунд.

Боковые ускорители

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 2 двигателя закрытого цикла YF-100, 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 вакуум.

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.

Вторая ступень

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 YF-75D. 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.

Третья ступень (опция)

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 Yuanzheng-1, 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 YF-50D 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.

Головной обтекатель

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 большую полезную нагрузку, такую как модуль космической станции.

Варианты ракеты-носителя

Cz5 Великий поход 5

Предлагаемые изначально версии ракеты-носителя Чанчжэн-5: CZ-5-200, CZ-5-320 и CZ-5-504

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.

В последствии 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.

CZ-5

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.

CZ-5B

Версия ракеты-носителя для вывода тяжелых грузов (модулей космической станции) на низкую околоземную орбиту.

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.

Эта версия позволит выводить на НОО полезную нагрузку весом до 25 т.

Первый запуск планируется не ранее 2018 года.

По материалам Wikipedia