Космонавтика китая

Так получилось, что пока я обрабатывал фото и видео с поездки на космодромы Восточный и Морской старт, Китай во второй раз запустил ракету-носитель Великий поход 11 с корабля, находящегося в море. Случайное совпадение является отличным поводом поговорить об этом проекте что мы о нем знаем, и похож ли он на российский Морской старт?


Фото: Синьхуа

Ракета

Очень многое в китайском Морском старте станет понятным, если мы сначала посмотрим на используемую ракету-носитель. Великий поход 11 (Чанчжэн-11, CZ-11) иногда называют первой твердотопливной ракетой-носителем Китая, но это неверно твердотопливная Куайчжоу-1 впервые полетела на два года раньше первого пуска CZ-11, а в начале нулевых было проведено два неудачных пуска твердотопливной Кайтюоже-1. Но вот в семействе Великий поход она, действительно, является первой, использующей твердое топливо. Также, говорят, что ракета базируется на технологиях межконтинентальной баллистической ракеты DF-31, и это, скорее всего, содержит зерна истины. По крайней мере механизм старта у нее типично военный минометный. Газогенератор под ракетой выталкивает ее из пускового контейнера, а двигатель ракеты-носителя включается, когда она уже находится в воздухе. Аналогичным образом стартует, например, ракета-носитель Днепр, являющаяся, по сути, адаптированной для запуска спутников межконтинентальной баллистической ракетой Р-36М.

На видео пуска это прекрасно видно. Черный дым от газогенератора, поддон, выталкивающий ракету, улетает вправо, а затем все окутывается белым дымом от маршевого двигателя первой ступени.



Возможное военное прошлое, похоже, повлияло и на очень высокую мобильность ракеты она собирается и устанавливается в контейнер, который затем перевозится автотранспортом. На фото ниже справа видно, что контейнер состоит из двух частей справа для ракеты, слева для полезной нагрузки.



На наземном космодроме установщик выполнен также на колесной базе.



А на морской платформе старт сделали неподвижным, но он остался очень компактным.



Конструкция ракеты-носителя позволяет запускать ее с самых разных стартовых комплексов. При желании, можно сделать в дополнение к стационарным наземным и морскому еще и мобильный на колесном шасси. Собственно говоря, Великий поход-11 и позиционируют как ракету быстрого запуска, способную стартовать в течение 24 часов.

Но, конечно, за высокую мобильность приходится платить CZ-11 относится к легкому классу ракет-носителей и при стартовой массе 58 тонн может вывести на низкую орбиту примерно 700 кг, а на солнечно-синхронную 500 кг. Сравнимая грузоподъемность из существующих у, например, РН Electron 300 кг на низкую орбиту и 200 кг на солнечно-синхронную, или Minotaur I 580 и 331 кг. Конструктивно CZ-11 немного напоминает Минотавр I у нее тоже четыре ступени.


Сборка ракеты-носителя в монтажно-испытательном комплексе

Морские пуски

Великий поход 11 впервые стартовала 25 сентября 2015, и с тех пор провели 10 запусков, все успешные, 7 с космодрома Цзюцюань, один с космодрома Сичан и два с морских платформ.

Первый морской пуск состоялся 5 июня 2019. Для него воспользовались построенной в 2013 полупогружной баржей (по сути, плавучим доком) Tai Rui и спасательным буксиром Bei Hai Jiu 101. Модификацию ракеты назвали CZ-11H, скорее всего от хайан океан



Ракета стартовала из Желтого моря (34,90 N, 121,19 E) и отправила на низкую околоземную орбиту семь спутников.



Второй раз с моря CZ-11H стартовала 15 сентября 2020 в 01:23 UTC. В этот раз стартовый комплекс установили на спущенное на воду в 2017 судно для перевозки тяжелых негабаритных грузов De Bo 3. Полезной нагрузкой стали девять спутников дистанционного зондирования Земли Jilin-1 Gaofen-3, которые отправились на орбиту также из Желтого моря (34,31 N, 123,76 E).

Заключение

Есть некоторая ирония в том, что Морской старт и CZ-11H практически во всем отличаются друг от друга. Два судна Морского старта строились по специальному заказу, для CZ-11H просто ставили стартовый стол на уже спущенные на воду суда для крупногабаритных грузов. Ракета Зенит-3SL относится к среднему классу грузоподъемности, использует жидкостные двигатели и три ступени, CZ-11H легкая, твердотопливная и четырехступенчатая. Морской старт использовал возможность выйти на экватор, чтобы запустить спутник на геостационарную орбиту с максимальной эффективностью (единственная попытка запуска на не-геостационарную орбиту закончилась неудачей), CZ-11H выводила аппараты из Желтого моря на низкую околоземную и солнечно-синхронную орбиты, и старт с моря давал только преимущество выбора удобных районов падения отработанных ступеней. По сути, китайский Морской старт является следствием высокой мобильности ракеты-носителя Великий поход 11, а не отдельным самобытным проектом. Но это не является недостатком, а, наоборот, расширяет возможности к ограниченным диапазонам доступных наклонений орбиты наземных космодромов теперь добавилась возможность выйти в нужную точку океана и запустить спутник практически в любом направлении.

В ночь с 23 на 24 ноября к Луне отправится межпланетная станция Чанъэ-5, которая должна будет совершить мягкую посадку, взять образцы грунта и вернуть их назад на Землю. Если все пройдет успешно, Китай станет третьей страной, доставившей грунт с Луны, после США (программа Аполлон) и СССР (автоматические станции Луна-16, "-20", "-24"). Станция состоит аж из четырех аппаратов и имеет сложный план полета с первой в истории автоматической стыковкой на орбите Луны, так что ближайшие двадцать три дня обещают быть волнительными.


Фото: Синьхуа

Еще один большой шаг

Лунная программа Китая рационально состоит из последовательных все более сложных шагов. Началось все с орбитальных аппаратов. Чанъэ-1 был запущен 24 октября и прибыл на орбиту Луны 5 ноября 2007. Аппарат был оснащен стереокамерой и собрал данные, по которым построили точную трехмерную карту нашего естественного спутника. Спустя чуть меньше, чем два года, станция была управляемо сведена с орбиты и разбита о Луну 1 марта 2009. Чанъэ-2 запустили 1 октября 2010. Станция вышла на орбиту высотой от 15 до 100 км и позволила составить карту Луны с разрешением до 1,3 метра на пиксель. Интересной особенностью аппарата оказалось то, что его не разбили и не оставили на орбите Луны. 8 июня 2011 Чанъэ-2 начал переход в точку Лагранжа L₂ системы Солнце Земля (расположена за Землей), прибыв туда 25 августа и став первой межпланетной станцией в истории, совершившей подобный маневр. Миссию продлили еще, и аппарат покинул точку L₂, вышел из гравитационного колодца Земли и 13 декабря 2012 пролетел мимо астероида (4179) Таутатис. О завершении миссии до сих пор официально не объявлено, и сейчас станция используется для отработки связи на больших расстояниях.


Большой путь маленького Чанъэ-2

Следующим логичным шагом стала мягкая посадка. Чанъэ-3 отправился в полет 1 декабря 2013 и успешно прилунился четырнадцатого. Кроме посадочного аппарата (начальная масса 3800 кг, сухая 1200 кг) на борту также был небольшой ровер Юйту (нефритовый заяц, в честь силуэта зайца, который можно разглядеть на Луне) массой 120 кг. Ровер проехал всего 114,8 метра, но до 2016 года работал неподвижной научной лабораторией. Чанъэ-3 функционирует до сих пор.


Панорама места посадки

Чанъэ-4 тоже состоял из посадочного аппарата и ровера, но впервые в истории прилунился на обратной стороне Луны. Стартовав 7 декабря 2018, он успешно совершил посадку в кратере фон Кармана 3 января 2019. А для того, чтобы с ним была возможна связь, предварительно, в 2018, в район точки L₂ системы Земля Луна был выведен спутник Цюэцяо (Сорочий мост, по легенде, соединивший влюбленных).


Фрагмент панорамы места посадки

Следующий очевидный шаг возвращение грунта. Но предварительно стоило испытать технологии. И специальный тестовый аппарат Чанъэ-5Т1 отправился в полет 23 октября 2014, облетел Луну и успешно вернулся на Землю 31 октября.


Спускаемый аппарат после посадки

По размерам и пропорциям спускаемый аппарат является уменьшенным СА корабля Союз (или во многом основаннsм на нем СА китайского корабля Шэньчжоу). Успешное возвращение Союзов от Луны в беспилотном варианте проверили еще в СССР (Зонды 4-8), но еще одно испытание делу не вредило. А летевший вместе с ним разгонный блок ракеты-носителя вышел на орбиту вокруг Луны, где провел два сближения с расчетной точкой для проверки будущей стыковки Чанъэ-5.

Ракета

В первоначальных планах Чанъэ-5 должен был отправиться в полет еще в 2017 году, но главным тормозящим фактором оказалась ракета-носитель. Аппарат неизбежно получался довольно тяжелым и требовал самую тяжелую из доступных ракет-носителей Китая, Великий поход-5 (25 тонн на низкую орбиту, 9,4 тонны к Луне). Однако во втором пуске, 2 июля 2017, произошла авария на одном из двигателей центрального блока (второй ступени), из-за чего ракета и полезная нагрузка были потеряны. После доработки двигателя были обнаружены новые проблемы, что затянуло возвращение к полетам, и Великий поход стартовал снова только 27 декабря 2019. Чанъэ-5 будет всего лишь шестым пуском для этой ракеты-носителя.


Вывоз ракеты на старт

План полета

К сожалению, о точном времени старта и этапов миссии нам не известно. Судя по объявленным опасным для судоходства и авиации районам пуск состоится 24 ноября с 04:00 до 07:00 по пекинскому времени (ночь с понедельника на вторник с 23:00 до 02:00 МСК). Другие источники по якобы инсайдерской информации называют 20:25 21:15 UTC (23:25 00:15 МСК). Дату посадки на Луну также пытаются угадать по, например, кадрам с репетиции миссии. Если экстраполяция корректна, то Чанъэ-5 должен сесть в районе 20:30 UTC 29 ноября. Длительность миссии объявлена в 23 дня, так что возвращение спускаемого аппарата стоит ожидать в районе 15 декабря. Этапы миссии также известны только в общих чертах.


План полета

На орбите Луны аппараты разделяются перелетная ступень и спускаемый аппарат остаются на орбите, посадочная и взлетная ступени совершают посадку. Аппарат собирает примерно 2 килограмма образцов грунта, с поверхности и при помощи бурения, и загружает их во взлетную ступень. Взлетная ступень выходит на орбиту и перегружает образцы в спускаемый аппарат. Перелетная ступень со спускаемым аппаратом отправляются к Земле, и спускаемый аппарат с образцами совершает мягкую посадку в обычном месте, Внутренней Монголии. По сути это беспилотный мини-Аполлон, там были те же четыре ступени, разве что стыковка выполнялась человеком при помощи компьютера и приборов. Любопытно, что советские станции для возврата грунта имели только три ступени. Первая обеспечивала перелет и посадку, а вторая стартовала со спускаемым аппаратом. Хитрость советских баллистиков заключалась в том, что вторая ступень стартовала в точно рассчитанное время строго вертикально и выключала двигатель по достижении определенной скорости. В этом случае без каких-либо коррекций траектории спускаемый аппарат попадал в расчетный район посадки на Земле, пусть и с огромной, более 300 же, перегрузкой.


План полета в видео

Станция

Станция в монтажно-испытательном комплексе

Известно, что полная масса Чанъэ-5 составляет 8,2 тонны, посадочную ступень оценивают в 3,8 тонны, взлетную в 120 кг. На посадочной ступени установлены камеры, спектрометр, приборы анализа грунта и георадар. Для забора образцов предусмотрены манипулятор, пробоотборники для поверхностных образцов, ударный бур, механизм транспортировки и загрузки, а также контейнеры для образцов. Оснащение научной аппаратурой посадочной ступени намекает на то, что она может работать долго, но в то же время есть информация, что на ней нет радиоизотопного обогревателя, чтобы пережить двухнедельную лунную ночь.


Трехмерная модель станции

Место посадки

В качестве расчетного места посадки выбран район пика Рюмкера в Океане Бурь. Тамошние молодые базальты очень интересны геологам.


Район посадки относительно других миссий


Несколько возможных мест посадки

Сопровождение миссии

На сайте Европейского космического агентства можно узнать, что его станции слежения будут участвовать в миссии вскоре после пуска Чанъэ-5 будет отслеживать станция в Куру (Французская Гвиана), а незадолго до посадки станция Маспаломас (Канарские острова).



В Китае буквально на днях ввели в эксплуатацию комплекс из четырех 35-метровых антенн на станции Каши (Кашгар) Сианьского центра спутникового контроля. Также для связи с аппаратом вышел из порта корабль дальней связи Юаньвань-3

Эмблема и название

Любопытно, что у миссии есть целых четыре эмблемы:





Как и предыдущие аппараты серии, Чанъэ-5 назван в честь богини Луны.

Заключение

Если миссия Чанъэ-5 будет успешной, то шестой и последующие аппараты будут работать в районе южного полюса. Чанъэ-6 доставит образцы грунта на Землю, седьмой аппарат будет нести посадочную станцию, ровер и прыгуна, который будет перемещаться по поверхности прыжками на ракетных двигателях. Чанъэ-8 в дополнение к научной аппаратуре будет нести технологические демонстраторы добычи ресурсов и строительства сооружений для проверки технологий обитаемой лунной базы, которую планируется построить в 2030-х.

Успешная посадка спускаемого аппарата зонда Чанъэ-5 с образцами лунного грунта 17 декабря стала финалом долгого и интересного пути. До старта план полета был известен только в общем виде, зато сейчас у нас есть не только знание о точном времени выполнения каждого этапа, но и прекрасные кадры, отснятые бортовыми камерами, и другая любопытная информация.


Спускаемый аппарат на месте посадки



Ракета-носитель Великий поход 5 стартовала в ночь с 23 на 24 ноября, по пекинскому времени 24.11 в 04:30, по UTC 23.11 в 20:30. Спустя 739 секунд третья ступень с зондом вышли на низкую околоземную орбиту. После примерно пятнадцатиминутного ожидания двигатели третьей ступени включились вновь и за 413 секунд перевели Чанъэ-5 на высокоэллиптическую орбиту с апоцентром (самой высокой точной орбиты) в районе 400 тысяч километров. Зонд отделился от ступени на 37 минуте полета.

Трансляция пуска, старт с 7:45:00, также есть прекрасное видео в 4К первых секунд полета.


Первая коррекция траектории была выполнена 24 ноября в 14:06 UTC, двигатель тягой 3000 Н включили на примерно две секунды. Вторую коррекцию траектории произвели 26 ноября также в 14:06 UTC, но другими двигателями два меньших двигателя тягой 150 Н проработали 6 секунд. В этот момент аппарат летел уже примерно 41 час и удалился от Земли на 270 тысяч км.

Траекторию аппарата мониторили независимые энтузиасты космонавтики, которые могли, например, заметить включение двигателя по эффекту Доплера и параллельно принимали сигналы от зонда. Вот, например, кадры бортовой камеры, снимающей солнечные панели, полученные англичанами.


Следующим этапом стал выход на орбиту вокруг Луны. На 112 часу полета, в 12:58 UTC 28 ноября Чанъэ-5 включил маршевый двигатель тягой 3000 Н на 17 минут и вышел на предварительную эллиптическую орбиту высотой примерно 400х5600 км. По плану полета он провел на ней три витка, каждый из которых занял около 8 часов.


План полета

Спустя почти сутки, в 12:23 UTC 29 ноября еще одно включение маршевого двигателя сравнимой длительности перевело аппарат на орбиту высотой примерно 200 км.

29 ноября в 20:40 UTC посадочный аппарат отстыковался от орбитального.



Выполнив два маневра 30 ноября, в районе 14 и 18 часов, посадочный аппарат уменьшил перицентр (нижнюю точку орбиты) до 15 км и приготовился к посадке. После пятнадцатиминутного тормозного маневра благополучное прилунение состоялось 1 декабря в 15:11 UTC в 160 км к востоку от пика Рюмкера, точные координаты 43.05680 с.ш., 51.91648 з.д



Панорама места посадки

2 декабря было посвящено забору образцов грунта, который был закончен к 14 UTC. Образцы собирались разными способами бурением колонки глубиной до двух метров и сбором на разных участках поверхности при помощи специального совка. К этому моменту посадочный аппарат провел на поверхности 19 часов. Зонд успешно пережил температуру лунного дня, превышающую 100 градусов Цельсия.


3 декабря в 15:10 UTC взлетный модуль с загруженными образцами стартовал с посадочного, что было зафиксировано оставшейся на Луне камерой посадочного модуля. Спустя примерно 7 минут он вышел на орбиту с апоцентром в районе 200 км и стал фазировать ее для встречи с орбитальным аппаратом.



Орбитальные маневры заняли двое суток, и первая в истории автоматическая стыковка на лунной орбите состоялась 5 декабря в 21:42 UTC. Спустя примерно полчаса капсулу с образцами перегрузили на орбитальный аппарат. 6 декабря в 04:35 UTC взлетный аппарат отстыковался от орбитального и был сведен с орбиты 7 декабря в 22:59 UTC. Китайские СМИ первоначально передали, что он совершил посадку, но доступные знания о конструкции аппарата и запасах топлива говорят, что он разбился о поверхность.


Следующим очевидным этапом стал разгон с лунной орбиты для перехода на траекторию перелета к Земле, который проводился аналогично маневрам по прибытию на лунную орбиту. 12 декабря в 01:54 UTC был произведен первый отлетный маневр, переведший зонд на высокоэллиптическую орбиту высотой примерно 200х5600 км. Спустя сутки или три витка, 13 декабря в 01:51 UTC, произвели второй маневр, и Чанъэ-5 отправился домой. В обоих маневрах скорость аппарата менялась примерно на 400 м/с, но, из-за уменьшившейся массы аппарата, работали двигатели меньшей тяги, 150 Н.



На обратном пути Чанъэ-5 провел две коррекции траектории. Первая прошла 14 декабря в 03:13 UTC, когда два двигателя тягой 25 Н включились на 28 секунд. Во время второй коррекции, 16 декабря в 01:15 UTC, они же включились на 8 секунд. Аппарат начал готовиться к торможению в плотных слоях атмосферы и посадке. На высоте 5000 км орбитальный аппарат отделился от спускаемого и ушел в сторону. Он не сгорел в атмосфере, и у китайского космического агентства на него еще есть не объявленные публике планы.



Чанъэ-5 вошел в атмосферу в 17:33 UTC, погрузился, затем, используя подъемную силу несимметрично летящего спускаемого аппарата, снова поднялся выше границы космоса и во второй раз и уже окончательно вошел в атмосферу. Такая траектория позволяет снизить перегрузку при возвращении. Раскрытие парашютов прошло штатно, и в 17:59 UTC спускаемый аппарат совершил мягкую посадку во Внутренней Монголии в точке с координатами 422019с.ш., 1112620в.д. Несмотря на плохую погоду, поисково-спасательные службы обнаружили его еще в воздухе и оказались на месте приземления спустя считанные минуты.



20 декабря появилась информация, что Чанъэ-5 привез 1731 грамм лунного грунта.


Образцы будут изучаться в специально созданной лаборатории Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук в Пекине.