Первая метановая - пошла!
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.
Click to viewЖидкий 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»!)