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.

[timkaru.livejournal.com]

Ну ура, что ли

[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 (!).

[prostak-1982.livejournal.com]

Забавно, как проседает "прогрессивная" составляющая развития техники. В 60-е ВЯРД считали возможным и допустимым, а теперь... Этак скоро на Луну на паровозе Стефенсона покатим, "потому что дешевле".

[fonzeppelin.livejournal.com]

Да нет, просто оказалось, что законы экономики и законы физики далеко не всегда удачно взаимодействуют) Водородные ракеты эффективны, но для дешевого массового вывода на орбиту они оказались слишком дороги. Метан же выглядит как экономический оптимум.

[thagastan.livejournal.com]

Ай, молодцы!

[ecoross1.livejournal.com]

Поздравляю китайских товарищей :)

Клевещут -и ценник отличный.

[john-jack.livejournal.com]

Дракон. Только морской. Возможно электрический, не зря же киви ступени булькают.

[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?

[vakhnenko.livejournal.com]

Если на Луну дешевле на условном паровозе, значит надо на паровозе.

Хватит уже искать предельные "прогрессивные" решения дабы сделать покрасивше. Делать надо — максимально эффективно с точки зрения экономики, и никак иначе.

> ВЯРД считали возможным и допустимым, а теперь...

И теперь считают возможным и допустимым.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-darpa-will-test-nuclear-engine-for-future-mars-missions

Кстати, а как там у Китая с атомными двигателями? Или пока у американцев не получится, они копировать не начнут?

[eugene-gu.livejournal.com]

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

[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).

[prostak-1982.livejournal.com]

"Делать надо — максимально эффективно с точки зрения экономики, и никак иначе."

Тогда, лучше, вообще не летать.

[vakhnenko.livejournal.com]

Извините, не улавливаю связи.

По-вашему космос надо либо колонизировать задорого, на пределе сил, либо не колонизировать вовсе?

[fonzeppelin.livejournal.com]

И?

[prostak-1982.livejournal.com]

Дело в том, что колонизировать "задешево", по-любому, не получится. Так что, лучше бы одним рывком и сразу, нежели создавать видимость бурной деятельности.

[vakhnenko.livejournal.com]

Понятно же, что экономичность подразумевает возможность достижения целей. Если цели не могут быть достигнуты — то все ресурсы потрачены впустую, экономичностью тут и не пахнет.

> лучше бы одним рывком и сразу

Прогресс так не работает.

[vasyapoopkin.livejournal.com]

Неформальное соревнование среди стартапов «нового космоса» за запуск первой в мире ракеты на топливной паре жидкий метан/жидкий кислород выиграла китайская компания «LandSpace»

[lilibay.livejournal.com]

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

[lkazarian.livejournal.com]

Поздравляю.

[john-jack.livejournal.com]

[fonzeppelin.livejournal.com]

Хехекс) Да, Freefall продолжает быть великолепным)

[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.

[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.

[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 )