Długi 9 marca

Długa 09 marca , LM-9 za krótki ( chiński 長征九號 / 长征九号, Pinyin Changzheng Jiǔháo , CZ-9 na krótko ), to rodzina super-ciężkich pojazdów nośnych z przez Republiki Ludowej , który jest realizowany przez China Aerospace Science and Technology Corporation . Podstawowa wersja rakiety będzie służyła przede wszystkim do transportu w kosmos komponentów ważących do 50 ton dla załogowej bazy księżycowej od 2030 roku , ale będzie również wykorzystywana do misji pobierania próbek na Marsa i eksploracji zewnętrznego Układu Słonecznego . Ze względu na dużą średnicę rakieta nie może być transportowana koleją i musi wystartować z kosmodromu Wenchang na wyspie Hainan .

fabuła

W związku z programem księżycowym Chińskiej Republiki Ludowej , który rozpoczął się 24 stycznia 2004 r., państwowa China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), główny wykonawca chińskiego przemysłu kosmicznego , zaczęła przygotowywać pierwsze koncepcje i studia wykonalności dla superciężkiego pojazdu nośnego od 2010 roku. W ciągu następnych pięciu lat z początkowych kilkudziesięciu szkiców wyłoniły się trzy warianty, każdy o masie startowej od 3000 do 4000 ton:

• Trzystopniowa rakieta o średnicy 10 mi cztery silniki rakietowe o średnicy 3,35 m każde. Pierwszy stopień powinien mieć cztery silniki pracujące na ciekły tlen i naftę rakietową , każdy o ciągu 4800 kN, każdy z dopalaczami ma po jednym takim silniku. Drugi stopień powinien mieć dwa pędniki pracujące z ciekłym tlenem i ciekłym wodorem , każdy o ciągu 2000 kN, trzeci stopień dwa pędniki tlenowo-wodorowe o ciągu 720 kN każdy. Rakieta miałaby 100 m długości i mogłaby przetransportować 100 ton na niskiej orbicie okołoziemskiej i 35 t na orbitę transferową na Księżyc.
• Rakieta dwustopniowa o średnicy 9 mi cztery dopalacze na paliwo stałe, każda o średnicy 3,5 m. Dopalacze miały być podzielone na pięć sekcji ustawionych jedna za drugą, których wsad paliwowy spalał się jeden po drugim i powinien generować ciąg rzędu około 10 000 kN. Pierwszy stopień tej 101-metrowej rakiety byłby wyposażony w pięć silników tlenowo-wodorowych, każdy o ciągu 2000 kN, drugi stopień w silnik tlenowo-wodorowy o sile 2000 kN.
• Rakieta dwustopniowa o średnicy 9 m i cztery miotacze paliwa płynnego, każda o średnicy 3,35 m. Pierwszy stopień tej 98-metrowej rakiety powinien mieć cztery silniki tlenowo-naftowe o ciągu 6500 kN każdy, każdy z dopalaczy ma po jednym takim silniku. II stopień powinien mieć dwa silniki tlenowo-wodorowe o ciągu 2000 kN każdy.

W porównaniu wariantów dwustopniowych z dopalaczami na paliwo stałe i płynne nie zwyciężyła wersja półprzewodnikowa. Po zapaleniu silnika na paliwo stałe nie można już nim sterować - pracuje, dopóki paliwo nie zostanie zużyte. W tamtych czasach Chiny nie miały doświadczenia z montowanymi z boku dopalaczami na paliwo stałe; Skonstruowanie ich w rozmiarze wymaganym dla CZ-9, tak aby wszystkie cztery osiągnęły koniec swojego czasu spalania dokładnie w tym samym czasie, jest trudne i wiązałoby się z wysokimi wymaganiami w zakresie kontroli położenia głównego stopnia.

Kolejnym problemem był ciąg startowy, a tym samym maksymalna możliwa ładowność. Pierwotnie planowana wersja trzystopniowej rakiety miała tylko ciąg startowy 38 400 kN i mogła w ten sposób przenieść 35 ton na Księżyc. Stacjonowanie stałej załogi na Księżycu zaplanowanej dla programu księżycowego Trzeciego Wielkiego Kroku Chińskiej Republiki Ludowej wymagało jednak transportu modułów mieszkalnych itp. rzędu 50 t (dla porównania: moduły chińskiej przestrzeni kosmicznej stacja waży prawie 25 t). Nie było to możliwe nawet w przypadku najpotężniejszego z oryginalnych wariantów, dwustopniowej rakiety z dopalaczami na paliwo ciekłe, która miała ciąg startowy wynoszący 52 000 kN. Dlatego w 2015 roku, kiedy rozpoczęła się faza pogłębionych opracowań, wybrano czwarty wariant:

• Trzystopniowa rakieta ważąca ponad 4000 ton, o średnicy 9,5 m i cztery dopalacze na paliwo płynne, każda o średnicy 5 m. Pierwszym etapem były cztery silniki pracujące na ciekły tlen i nafta rakietowa, każdy o ciągu 4800 kN, każdy z dopalaczami z dwoma takimi silnikami, co dało łączny ciąg startowy 57 600 kN na poziomie morza. Drugi stopień powinien mieć dwa pędniki pracujące z ciekłym tlenem i ciekłym wodorem o ciągu podciśnieniowym 2200 kN każdy, trzeci stopień cztery pędniki tlenowo-wodorowe o ciągu podciśnieniowym 250 kN każdy. Rakieta miałaby 93 m długości i mogła przetransportować wymagane 50 ton na orbitę transferową na Księżyc.

Kiedy w 2016 roku, wraz z początkiem 13. planu pięcioletniego , Chińska Akademia Technologii Pojazdów Wystrzeliwanych i Akademia Technologii Silników Rakietowych z Ciekłymi silnikami, oba oddziały CASC, oficjalnie rozpoczęły opracowywanie kluczowych technologii dla projektu, wariant ten został przyjęty. Jedynie całkowita długość rakiety wraz z owiewką ładunku wzrosła z 93 m do 103 m, podczas gdy wszystkie inne parametry rakiety – średnica, masa startowa, ciąg startowy, maksymalna ładowność – pozostały takie same. Po dobrych postępach w produkcji pierścieni pośrednich o średnicy 9,5 m do konstrukcji nośnej rakiety, segmentów do zbiorników tej samej wielkości i silników, Rada Państwa Chińskiej Republiki Ludowej ostatecznie zdecydowała na początku 2021 na budowę rakiety. Projekt od 2016 roku jest finansowany z Funduszu Wielkoskalowych Projektów Naukowo-Technicznych Krajowych . Na dzień 31 grudnia 2020 r. wydano 1,5 miliarda juanów (około 1,5 miliarda euro siły nabywczej). Całkowite koszty opracowania podstawowej wersji rakiety oszacowano na 100 miliardów juanów na początku 2021 roku.

W lipcu 2021 roku ukończono dno zbiornika o średnicy 9,5 mi prototyp silnika YF-90 dla drugiego etapu.

Specyfikacja techniczna

Przyszły rozwój

Chociaż podstawowa wersja rakiety może również przenosić ładunek od 140 t do 150 t na niskiej orbicie okołoziemskiej, jest ona przede wszystkim przeznaczona do użytku w ramach programu księżycowego. Mniejsze wersje rakiety mają zostać opracowane do transportu średnio-ciężkich ładunków na orbitach okołoziemnych od 2030 roku: Changzheng 9A z tylko dwoma dopalaczami i ładownością 100 t na niskiej orbicie okołoziemskiej, a także Changzheng 9B bez dopalacza , ale z pięcioma silnikami YF -130 na pierwszym etapie i o ładowności 50 t na niskiej orbicie okołoziemskiej. Oba warianty mogą również transportować ładunki na orbitach transferowych na Księżyc i Marsa: CZ-9A (masa startowa 2661 t, ciąg startowy 39 150 kN) 35 t na Księżyc i 28 t na Marsa, CZ-9B ( masa startowa 1964 t, ciąg startowy 24 470 kN) 20 t na Księżyc i 12 t na Marsa.

W fazie planowania projektu podjęto świadomą decyzję o rezygnacji z ponownego użycia rakiety, m.in. o uproszczeniu konstrukcji silnika – przy rakiecie jednorazowej silniki muszą pracować tylko przez kilka minut – oraz o ograniczeniu rozwoju koszty. Jednak od 2030 roku planowane jest dążenie do częściowego ponownego wykorzystania rakiety w drugiej fazie rozwoju z nowymi silnikami YF-135. Przy około 3670 kN YF-135 ma mniejszy ciąg niż YF-130, ale 16 z tych silników ma być użytych w pierwszym stopniu, a następnie wylądować pionowo, tak jak w pierwszym stopniu Changzheng 8R . W przeciwieństwie do tej rakiety, częściowo wielokrotnego użytku wersja Changzheng 9 nie ma żadnych dopalaczy. Drugi etap to praca z czterema silnikami tlenowo/wodorowymi, każdy o ciągu 1200 kN, trzeci etap z jednym takim silnikiem. Średnica pierwszego i drugiego stopnia powinna wynosić 10,6 m, trzeciego stopnia 7,5 m, a owiewki ładunku 9 m. Ładunek dla orbity niskoziemskiej ma wynosić 150 t, a dla orbity 53 t. przenieść orbitę na Księżyc. Masa startowa rakiety częściowo wielokrotnego użytku ma być nieco mniejsza niż w wersji podstawowej i wynosi 4122 t, a siła ciągu startowego nieco wyższa (58 730 kN). Całkowita długość rakiety to 108 m, czyli o 5 m dłuższa od wersji podstawowej.

W trzeciej fazie rozwoju masa własna rakiety ma zostać zmniejszona dzięki nowym materiałom – w zbiornikach i konstrukcji nośnej są obecnie stosowane stopy aluminium – w celu zwiększenia maksymalnej możliwej ładowności dla orbity niskoziemskiej do 200 t . Ma to spełnić wymagania dotyczące budowy systemu transportu kosmicznego do załogowej eksploracji Marsa oraz orbitalnej elektrowni słonecznej , tej ostatniej na orbicie geostacjonarnej .

Porównanie z innymi pociskami o dużej wytrzymałości

Najpotężniejsze obecnie dostępne lub opracowywane pojazdy nośne do transportu na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) to:

rakieta	Producent	gradacja	Wzmacniacz boczny	maks. ładowność (LEO)	maks. ładowność ( GTO )	wielokrotnego użytku	misje międzyplanetarne	misje załogowe	Pierwszy lot
CZ-9	Chińska Republika Ludowa CALT	3	4.	140 ton	66 tys	nie	zaplanowany	nie planowane	ok. 2030
Blok SLS 1B	Stany Zjednoczone Boeing	2	2	105 ton	nieokreślony	nie	zaplanowany	zaplanowany	2025 (planowane)
Statek kosmiczny	Stany Zjednoczone SpaceX	2	-	> 100 t 1	21 t (> 100 t 2 )	Całkowicie	zaplanowany	zaplanowany	2021 (planowane)
SLS blok 1	Stany Zjednoczone Boeing	2	2	95 ton	nieokreślony	nie	zaplanowany	zaplanowany	2021 (planowane)
Sokół ciężki	Stany Zjednoczone SpaceX	2	2	64 tys	27 t	Pierwszy stopień, boczny wzmacniacz, owiewka ładowności	tak	nie planowane	2018
Nowa Glenn	Stany Zjednoczone Niebieskie pochodzenie	2	-	45 t 1	13 t 1	Pierwszy etap	możliwy	zaplanowany	2022 (planowane)
Angara A5V	Rosja Chruniczew	3	4.	37,5 t	12 tys	nie	zaplanowany	zaplanowany	2027 (planowane)
Delta IV ciężki	Stany Zjednoczone UŁA	2	2	29 tys	14 ton	nie	tak	nie	2004
Wulkan	Stany Zjednoczone UŁA	2	6.	27 t	13,6 t	nie	zaplanowany	zaplanowany	2022 (planowane)
CZ-5	Chińska Republika Ludowa CASC	2-3	4.	25 t	14 ton	nie	tak	nie planowane	2016

Indywidualne dowody

1. ↑ ^{a b c d e f} 巅峰 高地:长征 九号 重型 火箭 新 ： ： 两 型 发动机 整机 装配 装配 完成 ， 梦想 照 进 . W: zhuanlan.zhihu.com. 6 marca 2021, dostęp 9 marca 2021 (chiński). 
2. ↑ ^{a b} 这个 火箭 的 箱底 圆环 好 大大 大大 …… 啊！ In: spaceflightfans.cn. 2 sierpnia 2021, udostępniono 2 sierpnia 2021 (chiński). 
3. ↑ Rakieta nośna Zhao Lei: Mighty Long 9 marca ma zadebiutować w 2030 roku. W: chinadailyhk.com. 26 listopada 2020, dostęp 10 marca 2021 . 
4. ↑ Ilość 世界上最大的火箭贮箱瓜瓣在火箭院诞生!直径10米级,强度提升10%,成形精度达毫米级. W: calt.com. 2 lipca 2018, dostęp 2 sierpnia 2021 (chiński). 
5. ^ Andrew Jones: Chiny ujawniają szczegóły dotyczące superciężkich rakiet Long 9 marca i rakiet wielokrotnego użytku Long 8 March. W: spacenews.com. 5 lipca 2018, dostęp 10 marca 2021 . 
6. ↑ Andrew Jones: China Space News Update – wydanie nr 4. W: getrevue.co. 2 marca 2021, udostępniono 10 marca 2021 . 
7. ↑ 国家 航天 局 表示 我国 将 研制 重型 运载火箭 —— 长征 九号. W: spaceflightfans.cn. 24 lutego 2021, udostępniono 10 marca 2021 (chiński). 
8. ↑ Ilość 重型运载火箭220吨级发动机完成首台工程样机生产. W: spaceflightfans.cn. 28 lipca 2021, dostęp 2 sierpnia 2021 (chiński).  Zawiera zdjęcie silnika z inżynierami do porównania wielkości.
9. ↑ Ilość 长征九号. W: calt.com. Źródło 9 marca 2021 (chiński). 
10. ↑ ^b 长征九号方案大改,拜入多发并联神教. W: spaceflightfans.cn. 25 czerwca 2021, udostępniono 25 czerwca 2021 (chiński). 
11. ↑ 郑孟伟 et al.: . (PDF; 727 KB) W: spaceflightfans.cn. 10 grudnia 2018, s. 17 , dostęp 10 marca 2021 (chiński). 
12. ↑ Starship User Guide Revision 1.0 (PDF, 2 MB; strona 5) na stronie SpaceX, marzec 2020, dostęp 19 marca 2021 (w języku angielskim).