Китайский «ракетный выбор» по пилотируемой лунной программе: три альтернативы
В самом конце ноября 2020 года в американском сетевом издании SpaceNews («Космические Новости») промелькнула статья журналиста Эндрю Джонса (Andrew Jones) о планах Китая всё-таки продолжать разработку ракеты сверхтяжёлого класса для полётов на Луну.
Первое официальное представление проекта CZ-9
Эта сверхтяжёлая ракета-носитель названа »Чанчжэн-9» Changzheng 9, CZ-9 (Long March 9, LM-9, по-русски: Великий Поход 9) — это та самая ракета-носитель, которая впервые была представлена общественности ещё в мае 2018 года на лекции в Пекине.
Лекцию читал Лун Лехао (Long Lehao), главный конструктор из CALT (China Academy of Launch Vehicle Technology) — Китайский исследовательский институт ракетной техники.
Главный конструктор Лун Лехао докладывает о новом проекте ракеты CZ-9 Тогда же им были озвучены основные параметры этой ракеты: общая масса 4000 (4140) тонн, стартовая тяга до 6000 тонн, высота ракеты 93 метра, центральная часть диаметром 10 метров, четыре боковых ускорителя диаметром 5 метров, поднимает 140 тонн полезной нагрузки (ПН) на низкую опорную орбиту (НОО) и отправляет 50 тонн ПН на траекторию к Луне.
Первые примерные схемы ракеты CZ-9 и её двух упрощенных вариантовГлавный конструктор показал и примерные схемы двух производных облегченных моделей CZ-9 — CZ-9A с двумя боковыми ускорителями (100 тонн на НОО) и CZ-9B вообще без боковых ускорителей (50 тонн на НОО).
Ожидалась эта сверхтяжёлая ракета лишь к 2030 году, так как требуется освоение и наладка технологий производства китайской промышленностью таких огромных (9–10 метров диаметром) корпусов ракеты и керосиновых двигателей тягой по 500 тонн, а также водородных двигателей тягой по 220 тонн.
Внешний вид ракеты CZ-9 и её двух упрощенных вариантов 24 ноября 2020 года главную новость насчёт продолжения проекта ракеты CZ-9 на международном космическом форуме (прошедшем на космодроме Вэньчан) преподнёс Сюй Хунлян (Xu Hongliang), генеральный секретарь CNSA, Китайского национального космического управления/агентства — это китайский аналог Роскосмоса и NASA.
Генеральный секретарь этой организации озвучил новость именно после запуска с этого же космодрома Вэньчан миссии «Чанъэ-5» с забором и возвратом лунного грунта. Тут уровень повыше лекции главного конструктора будет. Данный руководитель чётко сказал, что программа ракеты CZ-9 находится в стадии исследований и разработки с планируемым тестовым запуском в районе 2030 года.
Итак, программу строительства супертяжелой ракеты CZ-9 не закрыли.
Что же уже готово для CZ-9 в Китае?
Есть результаты по керосиновому двигателю тягой 500 тонн — названный предварительно как YF-130 двухсопловый двигатель был впервые собран в 2019 году и готов к тестам, заявил его конструктор Хуэй Чен (Hui Chen) из Сианьского аэрокосмического ракетного института (Xi«an Aerospace Propulsion Institute). Первая ступень CZ-9 будет иметь четыре таких двигателя.
Идут работы по освоению технологий 9-метровых алюминиевых деталей для корпуса и баков ракеты. https://alex-anpilogov.livejournal.com/159005.html
Видимо проект ракеты CZ-9 решили изменить, сменив 10-метровый диаметр корпуса на 9-метровый. Это подтверждает следующая схема двух вариантов ракеты (разница в двигателях и боковых ускорителях) с заметно подросшей общей высотой ракеты. На этой схеме обозначен диаметр основного корпуса — 9 метров:
Схемы двух новых альтернативных вариантов ракеты CZ-9 с корпусом диаметром 9 метровТо, что проект CZ-9 ещё не был окончательно утверждён, подтверждает и эта схема с таблицей разных вариантов конфигурации ракеты CZ-9 высотой в 103 метра:
Таблица вариантов/конфигураций ракеты CZ-9Кстати, CZ-9 пока официально не указана как многоразовая ракета, но у китайского космического агентства есть некая «дорожная карта развития космического транспорта» от 2017 года, в которой указано, что целью является переделка всех космических ракет Китая в многоразовые к 2035 году!
Хочу особо отметить, что пока нет официальных новостных сообщений, ни от китайского правительства, ни от китайского космического агентства о том, что именно на ракету CZ-9 рассчитана вся китайская пилотируемая лунная программа.
Так что пока остаётся место и для альтернативных вариантов лунных ракет. С другой стороны, китайское руководство предпочитает держать свои планы в секрете и выкладывать их на стол только когда этого требует ситуация или когда есть полная уверенность в успехе, гарантии того, что эти планы уже не придётся менять.
Есть ли альтернативы CZ-9?
Да, есть.
Трехкорпусной сверхтяж а-ля Falcon Heavy
В ноябрьской американской статье того же Эндрю Джонса упомянут альтернативный вариант сверхтяжелой ракеты-носителя «полегче» тоже для пилотируемых полётов на Луну. О том, что параллельно программе CZ-9 идёт разработка такой промежуточной по массе ракеты было упомянуто в американской статье того же издания и автора от 30 октября 2020 года.
Имени/номера данной ракеты в статье не названо, но показана фотография макета ракеты и упомянуты её особенности: три корпуса 5-метрового диаметра в один ряд для первой ступени (как у Falcon Heavy или у Delta IV Heavy), все оснащенные усовершенствованными керосиновыми двигателями YF-100K (основанные на двигателях YF-100, уже применяемых на ракетах CZ-4, CZ-6 и CZ-7).
Макет альтернативной китайской промежуточной сверхтяжелой ракеты с тремя корпусамиЭту информацию о проекте ракеты озвучил заместитель генерального конструктора китайской программы пилотируемых космических полётов Чжоу Яньфей (Zhou Yanfei), в ходе своей презентации на Китайской космической конференции, прошедшей в сентябре 2020 года в городе Фучжоу.
Высота всей ракеты 87 метров, полная масса около 2000 тонн, что намекает нам на то, что полезная нагрузка на НОО будет примерно в два раза меньше той, что должна выводить сверхтяжёлая ракета CZ-9 — не 140, а около 70 тонн. Близко к показателям Falcon Heavy, но больше диаметр корпусов, вся ракета на 17 метров выше и на 500 с лишним тонн (на четверть) тяжелее. Есть самодельный ролик про эту ракету с полетом к какой-то неопознанной лунной орбитальной станции и с забавным многоразовым лунным модулем без отдельной взлётной ступени (только не надо воспринимать эту фантазию абсолютно серьёзно).
Да, такой ракетой (рисунок в сравнении с ракетой CZ-5B) можно слетать к Луне за один старт, но масса доставляемая к Луне будет сильно ограниченной (для сравнимой ракеты Falcon Heavy полезная нагрузка, отправляемая к Луне, равна 16–18 тоннам).
Эта сентябрьская новость об альтернативной сверхтяжелой ракете от заместителя генерального конструктора китайской программы пилотируемых космических полётов была воспринята в некоторых российских СМИ как полный отказ от разработки CZ-9.
Прошло всего около пары месяцев и выше упомянутое ноябрьское более веское слово от генерального секретаря Китайского космического агентства снова вывело проект CZ-9 в рабочие и перспективные. https://www.chinadaily.com.cn/a/202011/26/WS5fbee72fa31024ad0ba967a7.html
Похоже китайское руководство ещё не сделало окончательный выбор и поощряет конкуренцию между двумя проектами.
На Луну на китайской «Ангаре-А5» CZ-5B
В 2018 году специалистами Китайского исследовательского института ракетной техники также было упомянуто, что они изучают возможность использования ракеты-носителя CZ-5, точнее её «полутора-ступенчатого» варианта CZ-5B (без второй ступени, но с 4 боковыми ускорителями, отделяемыми раньше первой ступени), для запуска пилотируемого корабля к Луне. Там, на лунной орбите, этот космический корабль с китайскими космонавтами стыкуется с уже доставленным на лунную орбиту спускаемым/взлетным лунным модулем. При этом сам лунный модуль с разгонным блоком запущен как раз сверхтяжелой ракетой CZ-9.
Этот вариант применения CZ-5B косвенно подтверждается испытательным пуском на орбиту прототипа нового пилотируемого китайского корабля массой 14 или 20 тонн (второй это как раз скорее лунный вариант) успешно проведённым 5 мая 2020 года.
Фотография транспортировки ракеты CZ-5B к стартовому столу космодрома Вэньчан в мае 2020 годаВ принципе не исключено, что и очень экономный лунный модуль можно доставить на орбиту Луны двумя ракетами CZ-5 или CZ-5B.
Три ракетные альтернативы китайской лунной программы
Итого у китайцев сейчас есть три альтернативы пилотируемых полётов к Луне:
1. Освоить новые технологии и построить к 2030 году на космодроме Вэньчан новый большой стартовый стол, сборочный цех и всю инфраструктуру для сборки и запуска сверхтяжелой ракеты CZ-9 (включая причал/порт поближе к космодрому Вэньчан). Летать к Луне, как летали к Луне американцы на сверхтяжёлой ракете Saturn V с похожими показателями полезной нагрузки. Постепенно делать эту ракету многоразовой. Или запускать на CZ-9 к Луне в автоматическом режиме большой безлюдный лунный модуль (с разгонным блоком), а космонавтов возить к Луне в корабле, запускаемым уже проверенным CZ-5B с с соседнего стартового стола на том же космодроме.
2. Использовать уже проверенный китайской аналог нашей «Ангары-А5» — CZ-5 (LM-5) в варианте CZ-5B. Первый раз одна/две ракеты CZ-5 выводит на НОО лунный посадочный/взлётный модуль плюс разгонный блок — они летят к Луне и автоматически выходят на её орбиту (разгонный блок там отцепляется). Потом ракета CZ-5B выводит на НОО космический корабль с экипажем — они летят к Луне и выходят на её орбиту (применяя отдельный разгонный блок или используя собственный корабельный запас топлива). На орбите Луны космонавты стыкуются с ждущим их там лунным модулем, переходят в него, спускаются на Луну, выполняют там свою программу, взлетают на взлётной части модуля на орбиту Луны. Стыкуются с кораблём, переходят в него и используя его топливо, отправляются обратно к Земле. Очень экономно, скромно, без всяких запасов по массе, но требует либо двух стартовых столов для CZ-5 на космодроме, либо быстрой подготовки и запуска второй ракеты CZ-5, чтобы лунный модуль не ждал корабля с экипажем на орбите Луны месяцами. Есть дополнительные риски в процессе стыковки и от увеличения общего количества систем в миссии.
3. Сделать вместо дорогой и сложной сверхтяжелой ракеты CZ-9 нечто среднее между CZ-5 и CZ-9, по виду похожее на Falcon Heavy, со сравнимой полезной нагрузкой около 70 тонн (ровно половина от полезной нагрузки CZ-9). Летать к Луне по двухракетной схеме: лунный модуль к Луне доставляет эта новая ракета, а пилотируемый корабль взлетает на другой такой же ракете или на CZ-5B с соседнего стартового стола, со стыковкой с лунным модулем уже на орбите Луны. Опять же придётся делать на космодроме Вэньчан новый стартовый стол и сборочный цех для новой ракеты. Но при этом новый порт/причал не нужен, так как пятиметровые корпуса первой ступени можно разгрузить в порту Вэньчан и перевозить по улицам города Вэньчан на космодром по обычным автодорогам, как это и происходит сейчас с корпусами ракет CZ-5 (видео перевозки). И все основные технологии: пятиметровые корпуса, двигатели, насосы, управление ими уже хорошо освоены на ракете CZ-5. Потому время внедрения может быть по-китайски рекордным, примерно к 2025–26 годам.
Какой же вариант выберут китайские руководители?
Вопрос непростой, но можно попробовать угадать.
После успеха миссии китайской лунной миссии «Чанъэ-5» космонавтика в Китае на подъёме, народ воодушевлён. Китаист Алексей Маслов в эфире радио «Вести ФМ» даже сказал, что в китайских соцсетях в дни полета «Чанъэ-5» лидировала такая нехарактерная для России и США общественная позиция:»Мы же богатая страна! Почему мы не можем тратить на космос, на Луну больше средств? »
Китайские ракетчики и конструкторы космических аппаратов (КА) зарекомендовали себя талантливыми и уверенными профессионалами, имеющими свои собственные идеи и подходы, достигающими последовательно, не торопясь одну цель за другой. Уровень доверия власти к ним и к их проектам явно растёт. В такой ситуации, с учётом как богатства Китая, так и уверенного преодоления им пандемии коронавируса, отсутствия крупных проблем внутри и внешних конфликтов, вполне можно ожидать от руководства Китая одновременного развития даже двух вариантов из трёх описанных выше лунных альтернатив.
Здесь определяющим будет то, на что поставит китайское руководство.
Если поставит на скорость достижения Луны, то будут одновременно развиваться варианты 2 (CZ-5) и 3 (промежуточный сверхтяж): полёты к Луне (облёт Луны) на двух-четырех CZ-5 и потом переход на вариант 3 (на промежуточный сверхтяж с ПН в 70 тонн), с увеличением частоты полетов этого промежуточного сверхтяжелого носителя.
Если поставит на основательность и мощь прихода на Луну, то можно одновременно развивать варианты 3 (промежуточный сверхтяж) и 1 (CZ-9), отбросив вариант 3 (промежуточный сверхтяж) после первых облетов Луны, пробной посадки, автоматических посадок там грузовых лунных модулей с техникой и материалами для базы.
Выбирать нужно сейчас, но при этом торопиться особо некуда. И американская и российская программа по Луне сейчас в довольно неопределенных состояниях.
Что у конкурентов?
Американская лунная программа под вопросом из-за смены президента, команды и общего курса США, что по традиции очень сильно, просто кардинально влияет на программы NASA. Настолько кардинально, что республиканец Джим Брайденстайн (Jim Bridenstine) еще в ноябре просто решил уйти в отставку, не мучаясь сам и не мучая других. Денег в NASA под лунную программу уже выделено много, но они быстро поглощаются новыми активными субподрядчиками, бюджетной бездной под названием ракета-носитель SLS.
Сравнения ракет для лунной программы США и Китая: SLS Block 1 в пилотируемом варианте, SLS Block 2 и CZ-5B в пилотируемом варианте, CZ-9Огромные суммы и ресурсы уйдут на создание ненужной для высадки и строительства базы на Луне лунной орбитальной станции (ЛОС), которая изначально, исторически, была неуклюжим компромиссом между разрабатываемыми в правление Обамы окололунным (якобы астероидным) проектом ARM, желанием толпы «лететь на Марс» (исключая длинную задержку на Луне, где «мы уже были») и собственно строительством лунной базы с добычей там ресурсов, что до сих пор как цель запрещается американским парламентом. Также ЛОС выполняла и выполняет в лунной программе NASA роль приманки для международного сотрудничества (которая отлично работала в отношении Роскосмоса до 2020 года!).
Возможное наличие на неопределенном временном горизонте революционного (доставка на Луну сразу до 100 тонн груза) лунного варианта Starship от SpaceX всю эту и так непростую ситуацию ещё больше запутывает. NASA уже выделила в апреле 2020 года 135 миллионов долларов на Starship «отметив серьезный риск нарушения графика связанный с системой Starship»: https://spaceflightnow.com/2020/05/01/nasa-identifies-risks-in-spacexs-starship-lunar-lander-proposal/
Лунный посадочный вариант Starship без аэродинамических поверхностей, с дополнительными двигателями посадки в верхней части корпуса, в представлении художникаРоссийская лунная программа пребывает в уже обыденной своей неопределенности из-за наконец озвученной нехватки денег (около пяти-шести годовых бюджетов Роскосмоса) на первый пробный сверхтяжелый носитель «Енисей» и из-за его кардинального пересмотра в сторону метановых двигателей. И денег больше не станет из-за многочисленности разнообразных эпохальных программ/целей Роскосмоса, которые непрерывно озвучиваются Рогозиным последние два года: и работу на МКС надо продолжать (модуль «Наука» ждёт своего часа), и туристов туда возить, и свою орбитальную станцию на орбите Земли надо придумать, и беспилотные исследования Луны отстают от графика, и к Луне «Орлом» нужно хоть на «Ангаре» лететь (иначе зачем они оба?), и совершенно необходимый разгонный блок КВТК к ним непонятно когда будет, и свою орбитальную станцию у Луны тоже зачем-то хотят создать, и перспективный «Нуклон» нужно запустить и до ума его довести, и новые ракеты Союз-5/Союз-6 надо запустить в производство, и «Морской старт» вдруг надо использовать (и ему тоже своя ракета нужна!), и метановый многоразовый «Амур» тоже вдруг резко потребовался (хотя еще недавно утверждали, что многоразовость якобы невыгодна), и даже над каким-то космопланом для низких орбит в ЦНИИМаш работают… От такого широкого выбора у любого голова кругом пойдёт. Очевидно, что денег в бюджете России на всё это разнообразие точно не хватит.
Потому у Китая есть время на выбор своей схемы полётов на Луну и на свой хитрый манёвр с ракетами для Луны — с такими задумчивыми соперниками можно и потянуть…
Для страны с такой долгой историей опоздание на какие-то 5 лет, это вообще не опоздание.
Главное прийти на Луну всерьез и навсегда, осознать, что некоторые геополитические соревнования это далеко не спринтерский забег, а освоение Луны это не втыкание в неё государственного флага.
