Первая метановая — пошла!

[fonzeppelin]

Неформальное соревнование среди стартапов «нового космоса» за запуск первой в мире ракеты на топливной паре жидкий метан/жидкий кислород выиграла китайская компания «LandSpace». Ее легкая ракета-носитель ZQ-2 (Zhuque-2) со второй попытки вывела на орбиту имитатор полезной нагрузки 12 июля 2023 года.

Жидкий метан в последнее время рассматривается как чрезвычайно перспективное направление в космонавтике. Хотя он и менее эффективен чем жидкий водород (удельный импульс метан-кислородной пары равен 377 секундам против 449 секунд у пары водород-кислород), но зато значительно проще в хранении и эксплуатации. Плотность жидкого метана значительно выше, чем у жидкого водорода, равно как и температура кипения: и жидкий метан не просачивается сквозь стенки резервуаров. Для многоразовой космонавтики, жидкий метан привлекателен еще и тем, что при сгорании оставляет очень мало сажи — в отличие от, например, керосина — и очистка метановых двигателей после полета значительно проще. Наконец, метан еще и прозаически дешевле как жидкого водорода, так и керосина.

Поэтому многие космические стартапы соревновались в разработке ракетных двигателей на жидком метане. И первой успеха добилась китайская «LandSpace Technology Corporation». Основанная в 2015 году Чангом Чанву, компания изначально работала над твердотопливной трехступенчатой ракетой-носителем ZQ-1 (возможно, на основе баллистической ракеты DF-26), запуск которой в октябре 2018 года стал первой попыткой китайской частной ракеты-носителя достичь орбиты. К сожалению, первый запуск ZQ-1 оказался и последним: первые две ступени отработали нормально, но третья не запустилась, и полезная нагрузка (телевещательный спутник Weilai-1) была потеряна.

Точно не известно, почему и в какой момент «LandSpace» прекратила работы над твердотопливной ракетой и переключилась на жидкое топливо. Согласно имеющимся данным, это было связано с отказом производителя твердотопливных двигателей (China Aerospace Science and Technology Corporation) продлевать контракт с «LandSpace». В итоге, компания изменила свои планы и переключилась на создание жидкотопливного двухступенчатого носителя среднего класса, на топливной паре жидкий метан-жидкий кислород (известной как металокс).

Ракета ZQ-2 представляет собой результат усилий «LandSpace» в этой новаторской области. Полная ее взлетная масса составляет 220 тонн. На первой ступени ракеты установлены четыре двигателя TQ-12 с узкими «атмосферными» соплами: работающие на металоксе, эти двигатели развивают тягу в 745 килоньютонов каждый. 

На второй ступени установлен один двигатель TQ-12 с «вакуумным» соплом, (тягой в 785 килоньютонов), и один небольшой маневровый двигатель TQ-11 (тягой в 80 килоньютонов) с четырьмя соплами. Все двигатели также работают на металоксе. В перспективе, «LandSpace» предполагает заменить комбинацию маршевого TQ-12 и маневрового TQ-11 на верхней ступени новым «единым» двигателем TQ-15A с отклоняемым соплом.

При ее разработке, фирма опиралась на опыт других космических стартапов: значительное внимание уделялось стандартизации компонентов (использованию на обеих ступенях одинаковых двигателей) и использованию проверенного и широко доступного коммерческого оборудования.  Объявлено, что ZQ-2 способна доставить до 6 тонн полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту высотой 200 км — или до 4 тонн на 500-километровую солнечно-синхронную орбиту.

Первоначально, первый запуск ZQ-2 планировался на 2020-ый год. Однако еще в 2019 году сроки первого запуска сместились на 2021-ый, и затем на 2022-ой. В итоге, первая попытка запуска состоялась 14 декабря 2022 года... и завершилась неудачей: подвел маневровый двигатель TQ-11 второй ступени. Маршевые двигатели TQ-12 как на первой, так и на второй ступени отработали штатно, но TQ-11 отключился раньше срока и ракета потеряла управляемость, так и не сумев выйти на орбиту. Некоторым утешением было то, что ZQ-2 (номер Y1) в этом запуске стала первой ментаново-кислородной ракетой, вышедшей в космическое пространство.

Эта неудача, хоть и досадная, нисколько не задержала «LandSpace». Компания немедленно начала подготовку ко второму пуску. И 12 июля 2023 года ее усилия увенчались полным успехом: вторая ракета ZQ-2 (номер Y2) успешно вывела на низкую околоземную орбиту макет-имитатор полезной нагрузки.

Этот запуск имеет большое значение для мировой космонавтики. Впервые, китайская космонавтика опередила западную в перспективной (возможно, ключевой!) технологии металоксовых двигателей. Также, это первая китайская жидкотопливная ракета-носитель , созданная частной корпорацией. Предыдущие китайские частные ракеты-носители — «Hyperbola-1» от «I-Space», «Ceres-1» от «Galactic Energy», «Kuaizhou» от «ExPace» — были легкими твердотопливными, разработанными (предположительно) на основе китайского опыта создания военных твердотопливных ракет. С этим запуском, «LandSpace» вырвалась в лидеры «внутренней» китайской гонки космических стартапов.

«Новая космическая гонка» между космическими стартапами — теперь уже интернациональная! — набирает обороты. И ее ход наглядно демонстрирует эффективность рациональной конкуренции и свободного экспериментирования в разработке новых технологических решений. «Молодой» стартап за счет удачных идей вполне может обогнать гигантов (включая даже такого исполина как «SpaceX»!)

Comments

[prostak-1982.livejournal.com]

Учитывая имеющиеся работающие ВоКи двигатели, в чем возникли проблемы с созданием металоксового двигателя?

По идее, тот бак который должен держать жидкий водород, должен с запасом удерживать в себе жидкий метан.

Температура горения метановой смеси, по идее, ниже, чем у водорода, поэтому тепловые режимы будут мягче.

По идее, развитие должно было идти по пути керосин — метан — водород, а не наоборот.

[fonzeppelin.livejournal.com]

По идее, развитие должно было идти по пути керосин — метан — водород, а не наоборот.

В том и дело, что "естественный" ход развития нарушился еще в 1960-ых. "Лунная гонка" потребовала более радикальных решений, и был сделан скачок сразу к водороду. А затем после успеха "Сатурн-5" — очень долго царила этакая "водородная эйфория", все пытались делать водородные ракеты, и идея использовать топливо с меньшим удельным импульсом воспринималась как шаг назад. Только после успеха Маска с его старомодной парой керосин-кислород, конструкторы, наконец, убедились: жидкий водород НЕ оптимален с точки зрения коммерческой эксплуатации.

Фактически, принципиальных проблем с метаном не было — просто никто не интересовался этим направлением десятилетиями (!).

[paskin.livejournal.com]

Там по факту надо все делать — "точно такое же, но не совсем". Другие сопла с другими каналами охлаждения, другие турбонасосы и так далее. Двигатель и баки будут иметь другую массу — то есть надо крепления переделывать уже на самой ступени, перенастроить ее систему управления полетом, будут другие частоты вибрации и так далее. То есть — изобретать особо нечего, но чисто инженерной работы — прилично.

[suvorow-.livejournal.com]

Температура горения метановой смеси гораздо выше, чем у водорода, а у керосиновой — ещё выше. Но удельный импульс ниже, а всё почему? потому что больше средняя молекулярная масса.

[timkaru.livejournal.com]

Ну ура, что ли

[thagastan.livejournal.com]

Ай, молодцы!

[ecoross1.livejournal.com]

Поздравляю китайских товарищей :)

Клевещут -и ценник отличный.

[vakhnenko.livejournal.com]

> Плотность жидкого метана значительно выше, чем у жидкого водорода, равно как и температура кипения: и жидкий метан не просачивается сквозь стенки резервуаров

Еще очень большой плюс в том, что температура хранения у жидкого метана куда ближе к жидкому кислороду, что упрощает дизайн межбаковых переборок.

> Впервые, китайская космонавтика опередила западную в перспективной (возможно, ключевой!) технологии металоксовых двигателей.

Да ну, в чем опережение в создателей двигателей-то? То, что первыми смогли что-то вывести на орбиту на ракете с метановым двигателем приоритет, молодцы, но чем сами движки лучше рапторов?

[jr0.livejournal.com]

Скорее так: нет никакой ключевой технологии MethaLOX. Метан с ЖК испытывал в 1920ые Годдард. И он же тогда объявил это наилучшей парой, наиболее выгодной.

В США метаном занимались в TRW, в том числе, Мюллер, но и до него для Apollo. Взяли на ядах, чтоб совсем не беспокоиться о зажигании, иметь единое топливо Apollo и Lander. Были разработки и вне TRW, а Мюллер испытывал и пропан, выгодный для одноразовых.

+ Важная поправка: эта ракета ничего не вывела на орбиту. Макет груза, разумеется, суборбитальный. В прошлое неудачное испытание могли вывести какие-то кубсаты, но их потеряли.

[eugene-gu.livejournal.com]

Очень приятно наблюдать этот переход космоса из государственных рук (престиж, война, за ценой не постоим) в частные (польза, рентабельность)!

[savechenkov.livejournal.com]

Больше военной нагрузки за меньшие деньги налогоплательщиков! :)

[vasyapoopkin.livejournal.com]

Raptor («Раптор») — жидкостный ракетный двигатель (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C), разрабатываемый компанией SpaceX (https://ru.wikipedia.org/wiki/SpaceX). Двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%BA%D0%BD%D1%83%D1%82%D0%BE%D0%B9_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D1%8B#%D0%97%D0%B0%D0%BC%D0%BA%D0%BD%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D1%81_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2), работающий на жидких метане (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BD)[6] и кислороде (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4)[7], применяется на космическом корабле Starship (https://ru.wikipedia.org/wiki/Starship_(%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8C)) и ускорителе Super Heavy (https://ru.wikipedia.org/wiki/Super_Heavy).

[fonzeppelin.livejournal.com]

И?

[lilibay.livejournal.com]

доблестные китайские разведчики своровали небось западные технологии? как то шустро от твёрдотопливных ракеток перебежали на металокс))

[paskin.livejournal.com]

Скорее — у них просто не было "наследства". Когда у вас уже есть ракета, и она вполне себе летает — покажите мне менеджера, который согласится вложить кучу денег в разработку в общем-то не сильно лучшей альтернативы.

[suvorow-.livejournal.com]

нет, они осознанно взяли простую открытую схему и приняли достаточно скромные параметры, поэтому движок отладили сравнительно быстро.
Вообще-то, наше КБХМ инициативно выходило несколько раз с метановыми движками, но они жаловались, что метан нужной чистоты дороже керосина, а сжиженный природный газ, который действительно дёшев, хуже керосина по сажеобразованию.

[lkazarian.livejournal.com]

Поздравляю.

[waryag72.livejournal.com]

«Молодой» стартап за счет удачных идей вполне может обогнать гигантов (включая даже такого исполина как «SpaceX»!)

За счет удачных идей, а также американской бюрократии )

[polovtsev2.livejournal.com]

Не означает ли это то, что в ближайшее время будет возбуждено очередное уголовное дело по факту шпионажа очередного российского учёного в пользу Китая?

[y-a-noname.livejournal.com]

Разве в России есть двигатели на метане?

[unklemike.livejournal.com]

Стартовый вес ракеты — 200 тонн.
Масса полезной нагрузки — 6 тонн.
И это даже ещё не настоящий космос, я НОО таковым не считаю. Ну то есть километров до трёхсот действие атмосферы по прежнему присутвует и от радиации защищает.
Вот как с такими вводными покорять планеты, расположенные хотя бы в одном световом годе от нас?

[fonzeppelin.livejournal.com]

...Вообще-то от радиации в основном защищает магнитосфера, а не атмосфера...

[prosto-dok.livejournal.com]

А еще метан довольно распространён в космосе и его легко синтезировать, к примеру из углекислого газа и водорода. По этому топливо для метановой ракеты можно найти во многих уголках Солнечной системы или синтезировать. Это тоже, сильный плюс к метановым ракетам.

[jr0.livejournal.com]

Маск желал сделать завод синтеза метана прямо в Старбазе. Для запусков Starship потребуются миллионы т в год.

Но заявку завернули, она только задержала получение разрешения на пуски. Однако все еще хотят, переговоры начаты снова.

[johnleehooker.livejournal.com]

На Титан!!!

[bash-m-ak.livejournal.com]

Им бы FAA и американских экологов, они бы до сих пор сусликов пересчитывали и заполняли на них поименные формуляры, а также оценивали потенциальное влияние запуска на соседний национальный парк Гоби.