Из пушки в космос

В конце прошлой недели влиятельное гонконгское издание South China Morning Post (SCMP) опубликовало статью о новых технологических достижениях китайских разработчиков. Как следует из ее зажигательного вступления, «вскоре людей можно будет отправлять в космос с помощью гиперзвуковой рельсовой пушки (рельсотрона) благодаря успехам китайских ученых и инженеров, которые предложили новые методы, сочетающие технологии гиперзвуковых полетов и технологии электромагнитного запуска».

Китайская корпорация аэрокосмической науки и промышленности (China Aerospace Science and Industry Corporation, CASIC) — один из ведущих китайских господрядчиков в области аэрокосмической и оборонной промышленности — построила двухкилометровый испытательный стенд для высокоскоростных испытаний на магнитной подвеске в условиях низкого вакуума в промышленном центре Датун (провинция Шаньси).

Как пишет SCMP, эта рельсовая электромагнитная установка может разогнать тяжелый объект до скорости, приближающейся к 1000 км/ч, то есть близкой к скорости звука. Общая протяженность новой испытательной линии «в ближайшие годы будет увеличена для достижения максимальной рабочей скорости 5000 км/ч».

Авторы публикации уточняют, что разработчики намерены использовать гигантскую электромагнитную трассу, чтобы предварительно разогнать гиперзвуковой летательный аппарат до скорости 1,6 Маха с его последующим полным отделением от рельсов, запуском ракетного двигателя и выходом в ближний космос со скоростью, в семь раз превышающей скорость звука.

В свою очередь, будущий китайский гиперзвуковой космоплан весом 50 тонн и «длиннее Boeing 737» является важнейшим элементом закрытого проекта «Тэнъюнь» (Tengyun), о котором впервые стало известно в 2016 году.

Космический летательный аппарат «Тэнъюнь» «предназначен для вывода экипажа и грузов на орбиту и вывода спутников в космос. Он также может быть предназначен для осуществления других миссий, включая стыковку космических аппаратов или захват спутников».

Помимо флагманской установки в Датуне в столице восточной провинции Шаньдун Цзинане под непосредственным кураторством Китайской академии наук уже запущена в опытную эксплуатацию еще одна «гигантская трасса на магнитной подвеске для проведения дополнительных экспериментов на сверхскоростных электромагнитных санях».

Космический летательный аппарат «Тэнъюнь» «предназначен для вывода экипажа и грузов на орбиту и вывода спутников в космос

asiatimes.com

Продолжая дело NASA

В статье SCMP утверждается, что датунский испытательный стенд — «это самая амбициозная электромагнитная двигательная установка на планете, призванная поддержать развитие высокоскоростных железных дорог следующего поколения и собрать важные научные и инженерные данные для проекта космического электромагнитного запуска».

Правда, при этом в ней скромно признается, что «Китай не первая страна, предложившая электромагнитную систему космического запуска. Подобные концепции обсуждались еще со времен холодной войны… и в 1990-е годы NASA пыталось воплотить эту идею в реальность»: для ее практической проверки была создана испытательная мини-линия длиной 15 метров.

Однако из-за недостаточного финансирования и множества технических трудностей фактическая длина построенной трассы составила менее 10 метров, и вскоре проект был свернут, а американское правительство и военное руководство перенаправили ресурсы на разработку технологии низкоскоростных электромагнитных катапульт для авианосцев.

И, по сути, новая китайская система запуска космических летательных аппаратов при помощи рельсотрона базируется именно на технологии электромагнитной системы старта для самолетов палубной авиации / электромагнитных катапульт (Electromagnetic Aircraft Launch System, EMALS), используемой, в частности, на американских атомных авианосцах класса «Джеральд Форд» и на единственном оснащенном ею китайском авианосце «Фуцзянь».

Система EMALS, изначально разрабатываемая американской фирмой General Atomics, осуществляет разгон летательных аппаратов с помощью системы мощных электромагнитов. В отличие от «традиционных» корабельных паровых катапульт EMALS для вывода летательных аппаратов использует линейный асинхронный двигатель.

Однако у первого американского авианосца класса «Джеральд Форд», оснащенного новой технологией, были выявлены серьезные технические неполадки. В частности, представители ВМС США публично признали, что «чрезмерно высокая частота отказов электромагнитной катапультной системы привела к снижению боеспособности всей авианосной ударной группы».

И во многом из-за этих практических недостатков в технологии EMALS американские военные фактически отказались от дальнейшей разработки ряда сопутствующих проектов, в том числе рельсотронов. А «китайские кудесники», как пишет SCMP, «подхватили эту потерянную эстафетную палочку».

Далее гонконгское издание ссылается на опубликованную в феврале в китайском академическом журнале Acta Aeronautica статью коллектива разработчиков под руководством Ли Шаовэя из общего отдела магнитоэлектрики в Научно-исследовательском институте технологий летательных аппаратов при CASIC.

Если не вдаваться в технические детали, приводимые в этой статье (и частично дублируемые SCMP), Ли со товарищи провели обширное компьютерное моделирование и испытания в аэродинамической трубе (которые якобы вообще не проводились американцами), чтобы убедиться в возможности эффективного отделения космического аппарата от несущей конструкции, и полученные ими результаты показали, что, когда аппарат преодолевает звуковой барьер, по его нижней части распространяются многочисленные ударные волны, вызывающие серьезные нарушения воздушного потока. Однако китайские исследователи в итоге пришли к выводу, что, «хотя некоторые секции летательного аппарата требуют усиления, чтобы противостоять отраженным ударным волнам», и «необходимы дальнейшие реальные испытания», в целом разрабатываемая ими комплексная схема «безопасна и практически осуществима».

Подытоживая свою публикацию, авторы статьи в SCMP констатировали: «В сфере разработки электромагнитных систем космических запусков Китай сегодня является неоспоримым мировым лидером, обладая целым рядом очевидных преимуществ» по сравнению с прочими реальными и/или потенциальными конкурентами. В частности, Китай добился целого ряда серьезных прорывов в разработке технологии электромагнитных рельсовых пушек, включая «создание высокопроизводительных источников питания, технологии точного управления, износостойких покрытий и разработку электронных устройств, способных противостоять сильным электромагнитным помехам». Наконец, гонконгское издание отмечает, что «мощный производственный сектор Китая поставляет лучшие в мире и наиболее экономичные редкоземельные постоянные магниты и сверхпроводящие провода для высокоскоростных магнитных трасс».

Китай, возможно, уже начал опережать США в сфере тактически оперативных космических запусков. Ракета-носитель «Великий поход-3В» с новым мобильным телекоммуникационным спутником «Тяньтун 1-03» стартует с космодрома Сичан

breakingdefense.com

Большая спутниковая лихорадка

Как полагают многие специалисты, эффективное применение технологии EMALS в наземных условиях может устранить целый ряд ее серьезных ограничений, связанных с «водной спецификой», в том числе по выходной энергомощности. А это позволит запускать летательные аппараты с большей полезной нагрузкой, в частности спутники, выводимые в ближний космос.

Сама же возможность оперативно и серийно запускать большое количество спутников (для создания крупных спутниковых группировок) в дальнейшем может стать козырем в набирающей обороты гонке космических вооружений для обеспечения космической связи, разведки, наблюдения, рекогносцировки, целенаведения и т. д.

Военный обозреватель Сэм Бресник в статье, опубликованной в специализированном издании Breaking Defense еще в августе прошлого года, предположил, что Китай, возможно, уже начал опережать США в сфере тактически оперативных космических запусков (tactically responsive space launch, TRSL), то есть по части потенциальной способности быстро заменять поврежденные или уничтоженные спутники в случае будущих глобальных военных конфликтов.

Как отмечает Бресник, космическая отрасль США сосредоточила основное внимание на грузоподъемности, надежности и на «количественном факторе» — обеспечении возможности одновременного запуска как можно большего числа спутников.

Это, в свою очередь, привело к фокусировке на разработке крупных жидкотопливных ракет, «запуск которых занимает значительное время, требует сложных процессов позиционирования и заправки, а также сложного наземного вспомогательного оборудования».

Тем временем Китай, у которого тоже есть многочисленные проекты по созданию жидкотопливных ракет (по большей части над ними работают новые частные компании-стартапы), судя по всему, сосредоточился на разработке мобильных твердотопливных ракет, которым не нужна прихотливая стартовая инфраструктура и которые, несмотря на меньшую возможную полезную нагрузку, могут запускаться с различных «секретных площадок».

И китайские ракеты, запускаемые с помощью электромагнитного рельсотрона в рамках нового проекта «Тэнъюнь», в перспективе могут стать еще одним весомым аргументом КНР в «большой космической игре» (и в военной, и в гражданской сфере), хотя глобальные амбиции Китая, безусловно, пока еще недостаточно подкреплены на куда более коммерчески освоенном направлении, то есть в технологиях массовых запусков спутников при помощи многоразовых ракет-носителей.

Так, в прошлогоднем обзоре McKinsey & Company, в частности, отмечалось, что благодаря эффективным технологиям многоразовых запусков, активно внедряемым в США (прежде всего SpaceX Илона Маска), средняя стоимость «тяжелых» запусков на низкую околоземную орбиту (НОО/LEO) уже снизилась с 65 тыс. долларов за килограмм полезной нагрузки примерно до 1500 долларов, то есть более чем на 95%. Согласно предложенному в этом обзоре базовому сценарию, к концу 2030 года на околоземной орбите будет находиться порядка 27 тыс. действующих спутников — почти в четыре раза больше, чем сейчас. А для устойчивого поддержания такого числа спутников в рабочем состоянии к концу нынешнего десятилетия необходимо будет запускать от 4000 до 5000 спутников в год.

И Китаю, в отличие от его главного геополитического конкурента США, еще только предстоит продемонстрировать остальному миру свои рабочие многоразовые ракетные технологии.

Правда, в начале марта издание Space News со ссылкой на китайские СМИ сообщило, что главный государственный аэрокосмический подрядчик КНР CASC (Китайская корпорация аэрокосмической науки и технологий) заявил о намерениях осуществить первые испытательные полеты двух новых многоразовых ракет большого диаметра уже в ближайшие два года. Как сообщил в интервью China News Service 4 марта высокопоставленный топ-менеджер корпорации, CASC «рассчитывает впервые запустить многоразовые ракеты диаметром четыре и пять метров в 2025 и 2026 годах соответственно». Но о каких-либо технических характеристиках этих ракет он не упомянул.