«Аэрокосмическая техника» 1991 №3, сс.191-195

1) Aerospace America, 1990, No. 6, pp. 70-73 Перевод A. H. Гуляева.

© American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1990. Все права сохраняются.

Инженеры японского Национального управления по исследованию космического пространства (NASDA) несколько задержались с постройкой "LE-7" — ракетного двигателя первой ступени, предназначенного для ракеты-ностителя "Н-II". Эта ракета, с помощью которой предполагается выводить на геосинхронную орбиту (ГСО) спутники японского производства массой до 2,2 т, станет первым носителем, созданным японцами без иностранной помощи. Для NASDA "Н-II" значит гораздо больше, чем собственное средство доставки больших спутников на околоземную орбиту: запуск этой ракеты-носителя будет означать вступление Японии в клуб космических держав.

Создание собственной ракеты-носителя оказалось нелегкой задачей для японских специалистов. По замыслу ее создателей "Н-II" позволит выводить большие спутники на ГСО, а также доставлять беспилотный мини-шаттл "Хоуп" на низкую околоземную орбиту. В дальнейшем мини-шаттл "Хоуп" предполагается использовать для доставки материалов на орбитальную станцию "Фридом". Львиная доля бюджета NASDA, составляющего 1,3 млрд. долл., будет использована на создание японского лабораторного модуля орбитальной станции "Фридом", запуски спутников и производство наземного оборудования, предназначенного для обеспечения космических полетов.

При создании ракет-носителей серии "N" и ракеты-носителя "Н-II" японцы широко использовали опыт, накопленный американскими фирмами. Прообразом всех трех японских носителей послужила ракета "Дельта", разработанная фирмой McDonnell Douglas, причем первая ступень этих носителей оснащалась выпускаемым по лицензии двигателем фирмы Rocketdyne. "Н-II" создается без помощи иностранных специалистов. В ее разработке принимают участие инженеры NASDA, а также специалисты из Mitsubishi Heavy Industries и Ishikawajima-Harima Heavy Industries (IHI). Неудивительно, что создание первой отечественной ракеты-носителя сопряжено с определенными трудностями.

Масафуми Мийазава, возглавляющий Отдел реактивных двигателей NASDA, считает, что японские инженеры успешно решат стоящие перед ними задачи и осуществят запуск ракеты-носителя "Н-II" в 1993 году. Сотрудники NASDA, не покладая рук, совершенствуют различные системы своего детища. Неудачный запуск ракеты-носителя "Ариан 4", в результате которого были потеряны два японских спутника, заставил инженеров NASDA отнестись к подготовке первых запусков "Н-II" с особой тщательностью. Ракета-носитель "Н-II" оснащена двигателем первой ступени "LE-7" и двумя твердотопливными стартовыми ускорителями. Она сравнительно проста для двухступенчатой ракеты такого класса. Даже двигатель "LE-7", работающий на жидком водороде и жидком кислороде, имеет максимально упрощенную конструкцию. Время работы этого двигателя, имеющего регенеративное охлаждение, составит 320 с.

Ракета-носитель "Н-II" предназначена для выведения больших спутников на геосинхроннную орбиту (слева) и доставки беспилотного мини-шаттла "Хоуп" (справа) на низкую околоземную орбиту.

Первоначально для проведения испытаний на соответствие техническим условиям планировалось создать 13 комплектов двигателя "LE-7", но пожары, возникшие во время проведения испытаний в октябре и ноябре прошлого года, заставили руководство NASDA скорректировать программу выпуска двигателей в сторону увеличения их числа. Подробности этих пожаров не сообщались. Известно лишь, что причина возникновения пожаров связана как с несовершенством конструкции самого двигателя, так и с несовершенством программного обеспечения, предназначенного для управления работой двигателя. По-видимому, компьютер не выдал команду на закрытие клапана в тот момент, когда в этом возникла необходимость. Для решения возникающих проблем выделяются дополнительные денежные средства.

При разработке двигателя "LE-7" японские специалисты применили опыт, накопленный при создании двигателя "LE-5", предназначенного для второй ступени ракеты-носителя "H-I". Двигатель "LE-7" способен развить тягу 900 кН на уровне моря и 1100 кН в вакууме. Удельная тяга двигателя составит 4320 с.

Фирма IHI осуществляет разработку турбонасосного агрегата (ТНА) для подачи жидкого водорода в камеру сгорания, а также других элементов двигателя "LE-7". Эта фирма, являющаяся крупнейшим изготовителем реактивных двигателей в Японии (главным образом для нужд Министерства обороны), принимает участие в программе создания реактивного двигателя "V2500", осуществляемой международным консорциумом International Aero Engines.

Национальная аэрокосмическая лаборатория (NAL), расположенная в Токио, также принимает участие в разработке "Н-II". Подобно NASDA, NAL является филиалом Управления по науке и технике. Инженеры NAL разработали ТНА для подачи жидкого кислорода в камеру сгорания двигателя "LE-7".

Ход разработки двигателя "LE-7", предназначенного для ракеты-носителя "Н-II", отстает от намеченного графика (схема двигателя любезно предоставлена сотрудниками NASDA).

Вторая ступень "Н-II" оснащена усовершенствованным вариантом "LE-5a" двигателя "LE-5" второй ступени носителя H-I. Тяга "LE-5a" составит около 120 кН. Этот двигатель, конструкция которого предусматривает останов и повторный запуск при выведении спутников на переходную к геостационарной орбиту, после первого включения должен проработать около 310 с, а после второго — 200 — 220 с. Испытания двигателя, начатые в 1989 году, будут продолжаться и в этом году.

В создании системы наведения ракеты-носителя "Н-II" принимают участие компании Japan Aviation Electronics Industry, NEC и другие фирмы, специализирующиеся на производстве радиоэлектронного оборудования. Основу системы управления составляют инерциальный измерительный блок, в состав которого входят лазерные гироскопы и три акселерометра. Программное обеспечение разработано фирмой Mitsubishi Spase Software и другими компаниями. Система наведения прошла испытания на борту самолета.

Руководство NASDA планирует осуществить запуск ракеты-носителя "Н-II" со стартовой площадки Йосинобу космического центра "Танегасима". В этом космическом центре, а также в центре испытаний реактивных двигателей "Какуда" проводятся испытания ракетного двигателя "LE-7". Испытания отдельных узлов этого двигателя проводятся также в испытательном центре концерна Mitsubishi в Тасиро. На территории стартового комплекса "Йосинобу" космического центра "Танегасима" построен ряд сооружений, предназначенных для обеспечения запуска носителя "Н-II": монтажно-испытательный корпус, жилой корпус, криогенные установки для жидкого водорода и жидкого кислорода, стартовый стол и башню обслуживания. Большая часть деталей ракеты-носителя "Н-II" будет доставлена в космический центр "Танегасима" с заводов концерна Mitsubishi в Нагойе.

Твердотопливные стартовые ускорители (РДТТ) носителя "Н-II" разработаны автомобилестроительной фирмой Nissan Motor, имеющей опыт изготовления РДТТ по заказам Института космических исследований (ISAS) — независимого японского научно-исследовательского центра. Каждый из твердотопливных ускорителей длиной 23,4 м имеет поворотное сопло, содержит 59 т топлива, состоит из четырех сегментов и развивает тягу 1500 кН. Время работы РДТТ (с момента запуска до момента отделения) составляет 97 с. Три статических огневых испытания РДТТ уже проведены в космическом центре "Танегасима".

Опытно-конструкторские работы по созданию беспилотного мини-шаттла "Хоуп" (его длина составит всего 11,5 м) ведутся в принадлежащем NASDA космическом центре "Цукуба". Мини-шаттл "Хоуп" предполагается использовать для доставки грузов на орбитальную станцию "Фридом" и решения других задач. Специалисты NASDA признают, что мини-шаттл "Хоуп", полезная нагрузка которого составит лишь 2 т, будет далеко не самым эффективным средством доставки грузов на околоземную орбиту. Однако главная цель, которую преследуют при создании "Хоупа", состоит в накоплении до 2000 года необходимого опыта разработки летательных аппаратов такого типа. Этот опыт будет использован при реализации национальной программы исследования космического пространства и участии Японии в международных проектах создания подобных аппаратов.

Для доставки на орбиту последующих моделей японских шаттлов потребуется более мощный, чем "LE-7", двигатель или связка двигателей "LE-7". Чтобы выдержать конкуренции на мировом рынке носителей в конце 90-х годов, инженеры NASDA уже изучают возможности создания ракеты-носителя, который позволит выводить на ГСО полезную нагрузку большей массы.

Первый вариант ракеты-носителя "Н-II" будет оснащен обтекателем полезной нагрузки диаметром 4 м. В дальнейшем при запуске крупногабаритных спутников предполагается использовать обтекатель диаметром 5 м (работы по созданию такого обтекателя уже ведутся). На этот обтекатель будет рассчитан спутник "Спейс флайер юнит", который разрабатывается специалистами ISAS по заказу Министерства внешней торговли и промышленности (MITI) и планируется запустить в 1994 году.

Для запуска более тяжелых спутников ракета-носитель "Н-II" может быть оснащена четырьмя дополнительными РДТТ, установленными на первой ступени (общее число стартовых ускорителей, таким образом, достигнет шести). Четыре РДТТ запустить непосредственно в момент старта, а два оставшиеся — несколько позже. По-видимому, специалисты NASDA не пойдут по пути увеличения грузоподъемности ракеты-носителя "Н-II" за счет использования стартовых ускорителей, работающих на жидком топливе.

Mitsubishi Heavy, Mitsubishi Electric, Nissan, Kawasaki и десятки других компаний, задействованных в разработке ракеты-носителя "Н-II", заинтересованы в выходе этой ракеты на мировой рынок носителей. Полугосударственное управление NASDA не обладает полномочиями для коммерческого использования космической техники, что открывает дорогу частным фирмам для создания консорциума, который сможет начать коммерческую эксплуатацию "Н-II" уже в середине 90-х годов.

Этот консорциум (предполагается, что в его состав войдут 70 компаний) станет японским аналогом Arianespace. Коммерческая деятельность консорциума будет сочетаться с выполнением государственной программы космических исследований, о которой Национальный комитет по исследованию космического пространства (правительственная организация, осуществляющая руководство японской космонавтикой) объявил в 1989 году. Прецеденты создания консорциумов такого рода в Японии уже были. Так, аналогичная NASDA организация, занимающаяся ядерной энергетикой и подчиняющаяся Управлению по науке и технике, передала исследовательские реакторы в ведение консорциума, осуществляющего эксплуатацию этих реакторов и продажу выработанной на них электроэнергии потребителям.

До сих пор неизвестная стоимость запуска ракеты-носителя "Н-II" будет зависеть не только от вложенного в нее труда и затраченных на ее изготовление материалов, но и от курса йены, а также числа планируемых запусков. Чтобы способствовать развитию коммерческого применения космической техники Японии, в MITI образован Отдел космической промышленности. Руководство MITI рассматривает космонавтику как область, в которой Японии надлежит занять достойное место и которая может стать весьма доходной отраслью бизнеса, опирающейся на последние достижения науки и техники (в частности, электроники). Одна из основных проблем, связанных с организацией пусков в космическом центре "Танигасима", заключается в том, чтобы согласовать время пуска с Ассоциацией местных рыбаков (в которой насчитывается не более 250 человек). Рыбакам не разрешается ловить рыбу во время пусков, и NASDA выплачивает им компенсацию за вынужденный простой. Даже после "частичной приватизации" ракета-носитель "Н-II" будет по-прежнему использоваться NASDA для выполнения государственной программы космических исследований (в частности, для вывода на орбиту мини-шаттла "Хоуп" и ряда научно-исследовательских спутников). При этом "Н-II", по словам официального представителя NASDA, будет играть роль "национальной ракеты-носителя", однако основное внимание специалистов NASDA будет уделено не столько эксплуатации этой ракеты, сколько осуществлению новых проектов, в частности созданию более мощной модификации "Н-II". Передача в ведение консорциума организации коммерческих запусков "Н-II" позволит NASDA сосредоточить свои усилия на создании спутников, задачах, связанных с эксплуатацией лабораторного модуля орбитальной станции "Фридом" и разработке реактивных двигателей нового поколения.

До сих пор официальные представители NASDA не подчеркивали коммерческого характера проекта, связанного с созданием ракеты-носителя "Н-II", однако Mitsubishi и другие компании проявляют повышенный интерес к коммерческой эксплуатации этой ракеты. Эти компании не являются новичками в космической технике, и их руководители прекрасно понимают, что для успешной коммерческой эксплуатации "Н-II" необходима поддержка со стороны правительства. Даже такой гигант космической промышленности как Mitsubishi Heavy извлекает 98,5% своих доходов за счет производства других видов продукции. Космический отдел этой фирмы насчитывает всего 300 инженеров, хотя и расширяется из года в год.

В случае успешного завершения работ по созданию ракеты-носителя "Н-II" Япония получит возможность самостоятельно выводить спутники на околоземную орбиту. До сих пор все частные спутники связи, принадлежащие японским компаниям, доставлялись на орбиту ракетами, принадлежащими консорциуму Arianespace и фирме Martin Marietta, конкурировать с которыми японцам будет чрезвычайно трудно. Особенно нелегко им придется в том случае, если Америка и Западная Европа прибегнут к политическим средствам содействия коммерческому использованию космической техники. Помимо конкуренции с ракетой-носителем "Ариан" и американскими коммерческими носителями японскую ракету "Н-II" ожидает конкуренция с китайскими и советскими носителями, предоставляемыми за относительно низкую плату.