Danas bi trebali da se upoznamo sa najtežom raketom u kineskom arsenalu i petom članicom ogromne raketne porodice 'Dugi Marš', koja je dobila ime po 9000 km dugom maršu Cetungove Crvene armije 1935. godine. To je prva kineska raketa koja je ušla u ekskluzivni klub potrošača ne-hipergoličnih goriva. Ona je treća na svetu po snazi, kadra da podigne u orbitu 25 tona; ispred nje su samo američke rakete 'Delta IV Heavy' sa 28,8 t i 'Falcon Heavy' sa 63,8 t. Zapad je prvi put video ovu raketu tek na kraju testiranja 2015. Do danas je degažirano 7 ovih raketa, sa samo jednim faulom. O njima ćemo tek da slušamo priče...

1

Kosmička lansirna raketa 'Dugi marš 5' (LM-5; kin. 'Chang Zheng 5', CZ-5) predstavlja tešku komponentu nove linije kineskih raketa predstavljene 2015/16 kako bi se konačno zamenila do tada eksploatisana serija raketa 'Dugi marš'. Pored 'Dugog marša 5''Dugi marš 7' srednje snage i mali 'Dugi marš 6' pokrivaju čitav spektar lansiranih potreba, od posada i teretnih misija do nadolazeće kineske kosmičke stanice, standardnih LEO satelitskih lansiranja i isporuke teških geostacionarnih satelita.

Uvođenje serije CZ-5/6/7 označavao je veliki pomak u raketnoj tehnologiji zemlje, jer Kina nastoji da postepeno ukine rakete CZ-2/3/4 koja se oslanjaju na toksičnu hipergoličnu kombinaciju goriva, a prema performansama se približavaju donjim granicama kineskih potreba za budućnost. Novi lanseri koriste modularne sisteme i zajedničke komponente različitih raketa radi uštede i pojednostavljenja, omogućujući brzu izgradnju i usmerenu proizvodnju raketnih nosača za podršku sve većeg broja misija.

2

Potreba za novim lansirnim sredstvima pojavila se početkom 2000-ih, kada se pojavio trend zahteva za lansiranjem srednjih i teških tereta. Za buduće kosmičke projekte, Kini će trebati redovne LEO teretne i putničke misije, kontinuirani pristup solarnoj sinhronoj orbiti za civilne i vojne satelite i sposobnost podizanja teških tereta na visokoenergetske orbite i van Zemljine orbite radi istraživanja deep-space solarnog sistema. Postojeće rakete se nalaze na samoj granici performansi potrebnih za ove misije, a cilj nove linije raketa je da uspostave sigurnu, pouzdanu, fleksibilnu i ekonomičnu arhitekturu lansiranja u kosmos.

Prelazak sa hidrazinskog i azot-tetroksidnog goriva na kombinaciju kerozin/tečni kiseonik, ili čak potpuno kriogene stepene, donosi brojne prednosti. Osim svoje toksične prirode, hipergolična goriva postižu niži specifični impuls od keroloxa uz mnogo veće troškove proizvodnje – dva vrlo važna faktora koja treba uzeti u obzir prilikom optimizacije ekonomskih aspekata kosmičkih putovanja.

Studije o nameni 'Dugog marša 5' započete su još 90-ih godina kako bi se razvio lanser koje bi ispunio kineske zahteve za teškim LEO i GTO misijama u naredne tri decenije. Projekat je prvi put najavljen kao 'Dugi marš 5' početkom 2001. godine, međutim, sredstva za ozbiljne razvojne radove van studija postala su dostupna tek 2007. U početku je planirano da 'Dugi marš 5' predstavlja jednu porodicu raketa – zasnovanu na modularnim komponentama – koja bi pokrivala čitavu lepezu od lakih do teških raketa.

3
Verzije rakete 'Dugi marš 5'. Kao glavni konstruktor se navodi dr Li Dong, stručnjak sa kineske kosmičke akademije. Proizvođač je CALT, veliki državni proizvođač civilnih i vojnih kosmičkih letilica, sa preko 33.000 zaposledih i 13 istraživačkih instituta.

Na kraju se razvoj novih kineskih raketa razgranao na različite klase koje su razvijale različite institucije, ali i dalje uključujući puno saradnje, posebno po pitanju motora[1]. Od šest predloženih verzija CZ-5, dve su ušle u razvojnu fazu izgradnjom proizvodnih pogona u gradu Tanjin počevši od druge polovine 2007. Za razvoj porodice CZ -5 odgovorna je Kineska akademija za raketnu tehnologiju (CALT) sa sedištem u Pekingu.

Formiranje proizvodnog centra u Tanjinu, glavnoj luci na istočnoj obali Kine, omogućava raketnim stepenima CZ-5 da se brodovima prevoze do primarnog mesta za lansiranje na ostrvu Hainan – ukidajući ograničenja prečnika stepeni povezana sa prevozom po putevima[2].

Izgradnja proizvodnih hala je završena 2012. godine, kada se još uvek očekivalo da će prvo lansiranje biti 2014. iz novog Centra za lansiranje satelita Wenchang. Međutim, prvi let je pomeren na 2016. godinu sa prvom raketom CZ-5 koja je stigla na mesto lansiranja u septembru 2015. radi niza testiranja koje su uključivala raketu i novi sistem za podršku sa Zemlje. Prvi let 'Dugog marša 5' očekivan je u drugoj polovini 2016.

Tokom razvojne faze, šest predloženih varijanti 'Dugog marša 5' je podeljeno u odvojene serije, sa 'Dugim maršom 6' koji će pokrivati lake terete i 'Dugi marš 7', zadužen za sektor srednjeg tereta, uključujući lansiranje posade/tereta u LEO. Dve od šest predloženih varijanti nisu produžene, što je omogućilo da 'Dugi marš 5' postane isključivo letilica za nošenje teških tereta u dve različite verzije: 'Dugi marš 5' za misije do geostacionarne transferne orbite i međuplanetarna lansiranja, i 'Dugi marš 5B' optimizovane za lansiranja teških tereta do niske Zemljine orbite, poput modula kosmičkih stanica.

SPECIFIKACIJA 'DUGOG MARŠA 5'

Oznaka
'Dugi marš 5' (CZ-5)
Visina
53,66 m (CZ-5B), 56,97 m (CZ-5)
Prečnik jezgra
5,0 metara
Lansirna težina
837.000 kg (CZ-5B), 867.000 kg (CZ-5)
CZ-5B konfiguracija
Centralni stepen & 4 bustera (SSTO)
CZ-5 konfiguracija
Centralni stepen, 4 bustera, HO II stepen
Masa na LEO
23.000 kg (CZ-5B)
Masa na GTO
13.000 kg (CZ-5)
Masa na SSO
15.000 kg (CZ-5)
Masa na MEO
5100 kg (CZ-5/YZ-2)
Masa na GEO
4500 kg (CZ-5/YZ-2)

'Dugi marš 5' može da se koristi kao single-stage-to-orbit raketa kada leti u varijanti '5B' noseći terete do niske Zemljine orbite. Za visokoenergetske misije, 'Dugi marš 5' leti sa još dva stepena i neobaveznim trećim stepenom.

4

Verzija 'Dugi marš 5B' je bazirana na 5-metarskom kriogenom centralnom stepenu (CZ-5-500) kome su pridodata četiri bustera CZ-5-300 prečnika 3,35 metara. Paljenje motora centralnog stepena i bustera vrši se pre samog uzletanja, čime se izbegava sekvenca paljenja tokom leta, čime se dodatno redukuju rizici. Centralni stepen pokreće par motora YF-77, unapređena verzija kineskog kriogenog motora II generacije YF-75 koje koriste rakete serije 'Dugi marš 3'. Svaki od četiri bustera poseduje po dva motora YF-100 koji se takođe upotrebljavaju na raketama 'Dugi marš 6 i 7', što samo pokazuje kompatibilnost kineskih novih raketa.

Verzija CZ-5B je visoka 53,7 metara i pri lansiranju ima težinu od 837.000 kg, sa ukupnom potisnom snagom od 10.565 KN. U nisku LEO orbitu možće da ponese korisni teret od oko 23 tone (drugi izvori tvrde da je to 25 tona).

Verzija CZ-5 takođe koristi centralni modul CZ-5-500 i četiri bustera CZ-5-300 pa ima i isti potisak od 10.565 KN. Da bi mogla da odgovori i na veće energetske zahteve, CZ-5 ima drugi stepen koji ima oznaku CZ-5-HO (vodonik/kiseonik), a pokreće ga par restartujućih kriogenih motora YF-75D. Ova će konfiguracija će se koristiti za solar-sinhrone misije i slanje na geostacionarne transferne orbite.

CZ-5 može opciono da bude opremljena dodatnim stepenom 'Yuanzheng-2' koji troši hipergolično gorivo kako bi omogućio letove dugih misija u srednju Zemljinu misiju (MEO), izvođenje direktnog ulaska u geostacionarnu orbitu i iznošenje tereta u trajektoriju bega.

U konfiguraciji CZ-5, raketa je visoka 57 metara i ima veću težinu pri lansiranju od 867.000 kg. U stanju je da odnese teret od 13.000 kg u standardnu geostacionarnu transfernu orbitu (kineski izvori pominju 14.000 kg). Nosivost na solar-sinhronoj orbiti (SSO) iznosi od 15.000 kg (700 km) do 5100 kg (2000 km).

CENTRALNI STEPEN

5

CZ-5-500
Dužina
33,16 metra
Prečnik
5,0 metara
Težina
18.690 kg
Težina goriva
165.300 kg
Gorivo
Tečni vodonik
Oksididator
Tečni kiseonik
Materijal rezervoara
Legura aluminijuma
Konstrukcija tankova
Odvajanje membranama
Presurizacija tankova
Samopresurizacija preko motora
Pogon
2 × YF-77
Tip motora
Otvoren ciklus sagorevanja
Tok goriva
Turbopumpa
YF-77 potisak (s.l.)
513,3 kN
YF-77 potisak (vac.)
696,8 kN
Impuls (s.l.)
333 sec.
Impuls (vac.)
428 sec.
Odnos oks. / gorivo
5,45 prema 5,5
Tok goriva u YF-77
167,6 kg/sec.
Dužina motora
4,2 metra
Prečnik motora
1,45 metara
Težina motora
2700 kg
Pritisak u komori
102 bara
Odnos mlaznice
49
Vreme rada
475 sec.
Upravljanje
Preko dvoosnog kardana

Centralni modul rakete 'Dugi marš 5', poznat pod industrijskom oznakom CZ-5-500, prvi je kineski potpuno kriogeni stepen razvijen za upotrebu kao prvi stepen. Iako je Kina imala prethodno iskustvo s kriogenim III stepenom rakete 'Dugi marš 3', konstruisanje jezgra CZ-5 i njenog motornog sistema se pokazalo kao izazov.

Centralni modul je visok oko 33,2 metra i ima prečnik od 5,0 metara, a prazan ima težonu od približno 20 tona. Prilikom lansiranja, stepen sadrži 175 tona tečnog kiseonika na temperaturi od -183°C i tečnog vodonika na -252°C, sa oksidatorom smeštenim u rezervoaru koji se nalazi iznad većeg rezervoara sa gorivom.

LOX dovodni cevovod prolazi kroz tunel napravljen u tanku LH2 kako bi se povećala efikasnost pakovanja. Presurizacija u tankovima se postiže korišćenjem izmenjivača toplote na motorima radi zagrevanja LOX / LH2, čime se stvara gas pod visokim pritiskom koji se usmerava natrag u tankove kako bi se održali pod radnim pritiskom tokom izgaranja stepena.

Jezgro rakete CZ-5 pokreću dva motora YF-77 – koji koriste otvoreni ciklus generatora gasa[3]. Razvoj YF-77 predstavljao je prilično značajan izazov, jer je prethodni kineski kriogeni motor – YF-75 na dodatnom stepenu CZ-3 – morao da bude nadmašen za faktor 9 po putanju potiska, faktor 2.7 po pitanju radnog pritiska i faktor 9 po pitanju težine protoka goriva.

Razvoj YF-77 započet je početkom 2002. godine u Pekinškom institutu za aeronautički pogon nakon odobrenja Ministarstva za nauku, tehnologiju i industriju Narodne odbrane. Idejni projektni radovi su završeni sredinom 2002. godine, a prvi delovi motora su proizvedeni 2003. kako bi ispitivanja komponenata mogla da započnu kasnije iste godine uspešnim testiranjem generatora gasa. Sastavljena motorna jedinica je započela integralna ispitivanja krajem 2003, a prvo probno paljenje je izvršeno u septembru 2004. godine, postigavši rad od 50 sekundi. Testiranja pod vodstvom Kineske nacionalne svemirske uprave (CNSA) započela su 2005. i trajala su do 2007. s dopuštenjem da YF-77 dobije sertifikat.

6

Kvalifikaciono ispitivanje je započeto u maju 2013. godine i uključivalo je preko 70 probnih paljenja 12 motora u ukupnom vremenu rada od oko 24.000 sekundi. Pregled performansi i konstrukcije dao je zeleno svetlo za integraciju motor u raketu 'Dugi marš 5'.

YF-77 je visok 4,2 metra i ima prečnik 1,45 metara, a dva motora su ugrađena u zajednički potisni okvir, što dvomotornom sklopu daje ukupnu težinu od 2700 kilograma. Svaki motor YF-77 stvara potisak na nivou mora od 513,3 KN pri specifičnom impulsu od 310 sekundi, povećavajući potisak od 696,8 KN uz specifični impuls od 428 sekundi. Motor u komori stvara pritisak od 102 atmosfere, a tipični protok goriva iznosi 167,5 kilograma u sekundi, upumpavajući u motor smešu gasova u odnosu 5,45 prema 5,5.

Za motor je odabrana šema otvorenog ciklusa generatora gasa kako bi se napravio jeftin ali vrlo pouzdan motor za 'potrošno lansirno vozilo'[4]. Značajno smanjenje troškova postignuto je upotrebom para motora sa umerenim potiskom umesto da se razvija veći i jači motor.

Komora za sagorevanje YF-77 napajaju dve odvojene turbopumpe za gorivo i oksidator pomoću dve paralelne turbine[5]. Izduvni gasovi iz turbopumpi izbacuju se kroz odvojene izduvne kanale koji se protežu pored mlaznica motora. Start-up motora se postiže patronama na čvrsto gorivo koje stvaraju udar gasova pod visokim pritiskom koji pokreće turbopumpe, dok sagorevanje započinje unutar gasnog generatora i komore za sagorevanje uz pomoć pirotehničkih upaljača.

7

Pogonsko gorivo ulazi u motor kroz predventile aktivirane helijumom. Kontrola potiska se postiže pomoću dizni, a namenski ventili se koriste za fino podešavanje odnosa mešavine kako bi se garantovala optimizovana potrošnja goriva. Svi ventili koji se koriste za pokretanje i isključivanje motora aktiviraju se helijumom iz namenskih tankova koji su deo sklopa motora. Motor uključuje izmenjivače toplote za dovod gasa pod pritiskom u rezervoare sa gorivom tokom leta.

8

9
Šematski prikaz motora centralnog stepena. Vide se tankovi za helijum, kao i ispusne cevi za gas iz gasnog generatora. Desno su potor prilikom testiranja.

10
Motori prvog stepena sa potiskom od po 50 tona.

Tečni kiseonik koji se ubacuje u motor presurizovan je LOX turbopumpom, nakon čega se 3,4% protoka LOX-a usmerava u generator gasa, dok se ostatak usmerava u komoru za sagorevanje. 16% protoka LH2 pod pritiskom usmerava se u generator gasa, dok se ostatak šalje u kombinaciju regenerativnog i 'dump' sistema za hlađenje motora[6]. 5% protoka LH2 koristi se za sistem hlađenja mlaznica – koji tera vodonik da struji oko mlaznice kroz zavarene cevi, a zatim ga ubacuje u ispusni mlaz motora. Ostatak vodonika prolazi kroz regeneracionu rashladnu petlju u komori za izgaranje i grlu motora pre ubrizgavanja u komoru.

11
Motor pri testiranju. Zbog otsustva dima, lako je zaključiti da sagoreva vodonik uz pomoć kiseonika.

Generator gasa radi u fuel-rich uslovima i deli svoj odliv u odnosu 70/30 na turbopumpe za gorivo i oksidator. Kontrolu protoka iz generatora gasa obezbeđuje ventilski sistem na pneumatski pogon. Generator gasa se sastoji od nehlađene komore za sagorevanje i sklopa injektora, a radi pri odnosu mešavine 0,9, pritisku od 85 bara i temperaturi od 900 K. Patrona na čvrsto gorivo koja se koristi tokom startovanja motora postavlja se u izlaz gasnog generatora.

12
Nanošenje izolacione pene na ventralni stepen CZ-5.

Motori YF-77 mogu da se pojedinačno pokreću (gimbaling) u dve ortogonalne ravni radi upravljanje u tri ose tokom rada prvog stepena.

Centralni stepen CZ-5 radi oko 520 sekundi, oslobađajući korisni teret u orbitu na kraju svog rada.

Dok ovo pišem, svetski mediji panično pišu o 'padu kineskog centralnog stepena', kao da se to sada prvi put dešava. Nedavno sam pisao o lansiranju rakete 'Dugi marš 5B Y2', koja je 29. aprila ponela u orbitu jezgro buduće velike kineske orbitne stanice. Deset dana kasnije, 8. maja, negde iznad Arapskog poluostrva, veliki stepen od 22 tone je nekontrolisano – a i kako bi drugačije – počeo da pada, da bi dan kasnije pao u Indijski okean u blizini Maldiva. Normalno, o svemu tome je budno obaveštavala svetsku javnost američka Kosmička komanda iz Kolorada. Izgleda da Kinezi stvarno imaju malih problema sa vraćanjem delova svojih raketa iz kosmosa, jer je bilo slučajeva padova čak i u naseljena područja.

Zanimljivo je da se niko nije setio da se slična epizoda dogodila prošle godine kada je pansirana prva raketa ove verzije, CZ-5B Y1. Tada je centrali stepen počeo da pada iznad zapadne Afrike 6 dana nakon laniranja, a neki delovi su pali na Obalu slonovače, uzrokujući manju materijalnu štetu u naseljenim područjima.

Ne zaboravimo da rekord u nekontrolisanim padovima drže SAD sa stanicom 'Skylab' (74 t) i SSSR sa 'Saljutom-7' (40 t). Stanica 'Mir', teška 100 tona, pala je 2001. kontrolisano.

BUSTERI

13

CZ-5-300
Dužina
27,6 m
Prečnik
3,35 m
Težina
15.660 kg
Težina goriva
142.800 kg
Gorivo
Kerozin
Oksidator
Tečni kiseonik
Materijal rezervoara
Materijal rezervoara
Konstrukcija tankova
Odvajanje membranama
Presurizacija tankova
Engine Bleed, helijum
Pogon
2 x YF-100
Tip motora
Otvoren ciklus sagorevanja
Tok goriva
Turbopumpa
YF-100 potisak (s.l.)
1205,5 kN
YF-100 potisak (vac.)
1346,4 kN
Impuls (s.l.)
300 sec.
Impuls (vac.)
335 sec.
Odnos oks. / gorivo
2,6 prema 2,7
Tok goriva u YF-100
410 kg/sec.
Dužina motora
2,99 m
Prečnik motora
1,35 m
Pritisak u komori
180 bara
Raspon potiska
65-105%
Vreme rada
~173 sec.
Upravljanje
Preko kardana

'Dugi marš 5' koristi četiri bustera na tekući pogon skupljenih oko velikog centralnog stepena. Busteri CZ-5-300 imaju prečnik od 3,35 metara i visoki su 27,6 metara, a za svoj rad troše tečni kiseonik i kerozin (petrolej).

Svaki buster ima inertnu težinu od oko 14 tona i pri lansiranju nosi 140.000 kilograma pogonskog goriva, koje troše dva raketna motora YF-100 koji se koriste u porodicama lansirnih vozila CZ-5/6/7.

Busteri koriste uobičajeni dizajn gde je tank za tečni kiseonik smešten iznad tanka za kerozin, s tim što dovodni vod kiseonika prolazi kroz središte tanka za gorivo. Prema izveštajma stručnih novinara, tank za LOX CZ-5-300 dužine je oko 12,5 metara, dok je tank za kerozindug 6 metara.

Tankovi koji sadrže gas pod pritiskom radi održavanja rezervoara pod odgovarajućim pritiskom tokom leta ugrađeni su u rezervoar LOX radi poboljšane efikasnosti skladištenja gasa.

Busteri na vrhu imaju kompozitne konusne vrhove sa nagibom od 15°. Modifikovana verzija bustera sa samo jednim motorom YF-100 koristi se kao prvi stepen lake rakete 'Dugi marš 6'.

Bistere CZ-5 pokreću dva motora YF-100 koja se pojedinačno, uz pomoć hidraulike, mogu da pokreću kako bi osigurali troosovinsko upravljanje raketom.

Razvoj motora YF-100 započeo je početkom 2000. godine pod vodstvom Kineske nacionalne svemirske uprave. Razvoj je uglavnom pao na pleća Aeronautičkom institutu u Xi'anu. Ekološki prihvatljiv raketni motor visoke efikasnosti i velikog potiska oduvek je bio kineski cilj (Program 863) tokom 80-ih; međutim, kineska industrija u to vreme nije bila dovoljno zrela za proizvodnju takve rakete sve dok nakon raspada SSSR-apočetkom 1990. nisu od Rusije dobili RD-120. To je prvi kineski raketni motor koji je usvojio stepenasti ciklus sagorevanja i najsnažniji do sada.

14

15
Beskonačne probe motora su trajale još od 2012. Da američki analitičari ne bi došli do nekih neželjenih podataka, unutrašnjost stepena je zamagljena.

Kineski motor se bazira na ruskom tečnom motoru RD-120 (11D123) koji se koristi za dodatne stepene, a koji je Kina 'nabavila' (zajedno sa dokumentacijom) još 90-ih[7]. Ukrajinci su ovaj jednokomorni motor do skora koristili na raketama 'Zenit-3SL'.

Motor YF-100 je ušao u program ispitivanja 2005, koja su okončana do kraja 2007. godine, a službeno testiranje je završeno u maju 2012. godine, čime je motor odobren za uporabu na kineskim budućim raketama. Trenutno se koristi na 'Dugom maršu 5, 6 i 7'.

YF-100 je motor sa stepenastim izgaranjem visokog pritiska koji koristi predsagorevanje bogato kiseonikom koje stvara vreli gas visokog pritiska za pogon turbine oksidatora i turbopumpi za komponente goriva koje koriste zajedničku osovinu i ubrizgavaju goriva u komoru za sagorevanje motora.

Motor YF-100 radi pod pritiskom u komori od 180 atmosfera da bi stvorio potisak na nivou mora od 1205 kilonjutna (sila od 123 tona), koji se u razređenim gornjim slojevima atmosfere podiže na 1346 kN (137 tona) pri odgovarajućim specifičnim impulsima od 300 sekundi (2,9 km/sec.) odn. 335 sekundi (3,29 km/sec.

16
Testiranje odvajanja bustera.

YF-100 je prečnika 1,35 metara i dužine je 2,99 metara. Motor radi pri omeru mešavine komponenti goriva od 2,6 a 'gas' može da se smanji na 65% od procenjenih performansi kako bi raketa mogla da leti prema složenim profilima misije.

YF-100 dostupan je u jednoosnoj i dvoosovinskoj verziji upravljanja.

Busteri rade otprilike 170 sekundi i odvajaju su uz pomoć pirotehničkih uređaja. Betbedno razdvajanje osiguravaju dva para raketnih motora na čvrsto gorivo u prednjem i stražnjem delu bustera koji ga potiskuju dalje od centralnog stepena.

DRUGI STEPEN

17

Oznaka
CZ-5-HO
Dužina
11,5 m
Prečnik
5,0 m
Težina
~38.700 kg
Težina goriva
~32.000 kg
Gorivo
Tečni vodonik
Oksidator
Tečni kiseonik
Materijal rezervoara
Materijal rezervoara
Presurizacija tankova
Samopresurizacija
Presurizacija tankova
Engine Bleed, helijum
Pogon
2 x YF-75D
Tip motora
Closed Expander Cycle
Tok goriva
Turbopumpa
YF-75D potisak
88,26 kN
YF-75D impuls
442 sec.
Ukupni potisak
176,52 kN
Odnos oks. / gorivo
6,0 (podesivo)
Tok goriva u YF-75D
20,36 kg/sec.
Dužina motora
~2,8 m
Prečnik motora
1,5 m
Pritisak u komori
41 bar
Odnos mlaznice
80
Restart
Višestruko restartovanje
Vreme rada
~650 sec.
Kontrola položaja
Gimbaling, RCS in Coast

Verzija CZ-5, optimizovana za visokoenergetska lansiranja, koristi drugi stepen koji deli prečnik centralnog jezgra od 5 metara. Restartujući dodatni stepen je po konstrukciji sličan drugom 'Deltinom' kriogenom stepenu (DCSS) jer oba ima različite prečnike svojih rezervoara za oksidator i gorivo s konstrukcijskom koja ih povezuje.

HO (hydrogen/oxigen) drugi stepen je dugačak oko 11,5 metara i ima maksimalni promer od 5 metara na tanku za tečni vodonik. Manji LOX tank, promera manjeg od 4 metra, nalazi se ispod tanka za gorivo i nalazi se u međustepenu koji spaja centralni stepen i drugi stepen. CZ-5-HO ima inertnu masu od približno 3400 kilograma i nosi 26,5 tona pogonskog goriva koje izgara u paru motora YF-75D.

YF-75D je treća generacija kineskih kriogenih motora dodatnog stepena nakon YF-73 razvijenog 70-ih i njegovog direktnog prethodnika YF-75 koji se koristi u dodatnom stepenu 'Dugog marša 3'. U poređenju sa YF-75, verzija YF-75D nudi malo veći potisak i specifični impuls i uz to ima mogućnost višestrukog restartovanja u svemiru u poređenju s jednim paljenjem koje može YF-75.

Kao i njegov prethodnik, YF-75D je motor zatvorenog ciklusa širenja (expander cycle) u kojem se gorivo koristi u regenerativnom krugu hlađenja oko komore motora i mlaznice, usled čega menja fazu. Gasovito gorivo se zatim koristi za pogon turbine turbopumpe pre ubrizgavanja u komoru za sagorevanje.

18a 1

Uzimajući YF-75 za osnovu, konstruktori su modifikovali komoru za sagorevanje i mlaznicu kako bi zadržali ravnotežu snage ekspandiranog ciklusa – zahtevajući produženje komore i redizajniranje rashladnih kanala kako bi se osigurale performanse transfera toplote potrebne za postizanje veće snage.

YF-75D koristi dvostepensku turbinu sa aksijalnim protokom za pogon vodonikove turbopumpe pri 65.000 obrt./min. Redizajnirana pumpa se oslanja na dvostrukim elastičnim metalnim damperima oko keramičkih kugličnih ležajeva. Motor radi pod pritiskom u komori od 41 bara i ima odnos mlaznice 80, optimizovan za rad u vakuumu kosmosa.

19a
Ovo sa kineskim slovima je II stepen
. Visok je kao 4-spratnica.

20

Dva motora YF-75D su ugrađena na zajednički potisni okvir i svaki može da se pomera za 4 stepena duž dve ortogonalne ravni kako bi se osiguralo troosnu kontrolu tokom rada. YF-75D je demonstrirao 8 restartovanja motora tokom ispitivanja na zemlji, što mu omogućava da podržava složene profile misija.

Pokretanje motora se postiže omogućavanjem da vodonik pod pritiskom u rezervoaru uđe u motor, prođe kroz rashladni sistem i proširi se, čime započinje pogon turbopumpi praćeno paljenjem mešavine goriva u komori za sagorevanje.

Za podršku misija u geostacionarnoj transfernoj orbiti i svim ostalim visokoenergetskim lansiranjima, II stepen CZ-5 je opremljen sistemom za kontrolu položaja RCS. Međutim, do danas nigde nisu objavljeni detalji o sistemu.

GORNJI STEPEN 'YUANZHENG-2'

Varijanta CZ-5 može da se opremi i dodatnim stepenom 'Yuanzheng-2' za dovršavanje isporuke tereta ili satelita u geosinhronu (GSO) ili srednju Zemljinu orbitu (MEO). 'Yuanzheng-2' (kin. 征), skraćeno YZ-2, u prevodu 'Ekspedicija-2', predstavlja novi gornji stepene na tečno gorivo koji je zapravo samo veći model YZ-1 koji je bio predstavljen u seriji 'Dugi marš 3' 2015. godine. Omogućava precizno postavljanje u različite orbite, proširujući mogućnosti trenutno postojećih raketa, od kojih neke mogu da polete samo jednom.

24 

YZ-2 je sposoban za više lansiranja i može da isporuči višestruki teret u orbitu koji više ne zahteva pojedinačne sisteme za podizanje apogeja. Kina je prethodno koristila pogejne kick-motore na čvrsto gorivo koji su izvrsno obavljali posao, ali im nedostaje preciznost i sposobnost restartovanja koje imaju gornji stepeni sa tečnim gorivom.

Po pitanju performansi, YZ-1 može da se uporedi s ruskim dodatnim stepenom 'Fregat' koji često koriste rakete 'Sajuz' za slanje različite korisne terete u orbitu, uključujući evropske navigacione satelite 'Galileo'. YZ-2 je malo veći od YZ-1 i ima dva motora YF-50D (150) umesto jedne pogonske jedinice.

Motori koriste nesimetrični dimetilhidrazin kao gorivo a kao oksidator azotni tetroksid. YF-50D (150) proizvodi 6,5 kN potiska (663 kg) pri specifičnim impulsom od 315,5 sekundi. Stepen je sposoban da izvede najmanje dva uključivanja motora tokom trajanja misije od 6,5 sati kako bi olakšali ulazak u geostacionarnu orbitu ili druge vrste visokoenergetskih orbita. YZ-2 sadrži sferne rezervoare za goriva, tankove za presurant, inercijalnu navigacijsku platformu, komunikacione sisteme i sisteme za kontrolu položaja koji se sastoji od nekoliko trastera.

Za sada, Kinezi proizvode pet verzija ovog stepena. Od 2015. do danas lansirano je 19 ovih stepeni i svi su bili uspešni, a uglavnom su nosili kineske navigacione sisteme 'BeiDou'.

TERETNI VRH RAKETE - FAIRING

Vrsta vrha
Kompozitni vrh
Prečnik vrha
5,2 m
Fairing #1 dužina
12,27 m
Fairing #2 dužina
20,5 m
Obloga tereta
4,5 m

'Fairing', odn. vrh rakete[8], postavljen je na vrh same rakete i s njom integrisane svemirske letelice. Štiti raketu i teret od aerodinamičnog, toplotnog i akustičnog okruženja koje raketa doživljava tokom atmosferskog leta. Čim lanser napusti atmosferu, vrh se odbacuje. Odvajanjem vrha što je ranije moguće povećavaju se performanse uspona.

Na raketi Dugi marš 5' koriste se dva različita vrha. Verzija za nisku Zemljinu orbitu, CZ-5B, ima produženi vrh dužine 20,5 metara, ispod kojeg velike letilice, poput modula orbitne stanice, s lakoćom mogu da stanu. Verzija CZ-5 koristi kraći vrh dužine 12,27 metara, pružajući dovoljno prostora za velike geostacionarne komunikacione satelite, kao i četiri 'Beidou-3' MEO navigaciona satelita povezana sa dodatnim stepenom YZ-2. Oba vrha imaju prečnik od 5,2 metra, sa prečnikom unutarnje obloge korisnog tereta od 4,5 metra.

22
Porodica 'Dugi marš'. Veći brojevi iza 'CZ' ne znače i veću raketu. Poslednje tri rakete će moći da podržavaju lunarne orbitne i putničke sletne misije, kao i lunarne baze.

I to bi bilo to. Do 2030. Kinezi prlaniraju još možda desetak lansiranja ove teške rakete. Sledeće godine će odneti u orbitu dva velika eksperimentalna modula za orbitnu stanicu, 'Wentian' i 'Mengtian', onda 2024. lunarnu misiju 'Chang'e 7' i kosmički teleskop 'Xuntian', nakon čega će da uslede lunarna misija 'Chang'e 8' i jedan Jupiterov orbiter. Biće posla za Kineze...

23

 

[1] Svako ko zna istoriju razvoja kosmotehnike u SSSR-u seća se da je upravo otsustvo ovakve saradnje koštao SSSR ne samo Trke za Mesec, već u dobroj meri i gubitka supramacije u osvajanju međuplanetnog kosmosa. O tome sam dosta pisao u ranijim e-knjigama.

[2] Pošto su Rusi imali fabrike u Moskvi a lansiranja su vršili u Kazahstanu, delove raketa (stepene i module) su prevozili vozovima pa su gabariti bili limitirani širinom tunela i mostova na četiri metra.

[3] Ovaj sistem, kod koga deo goriva najpre sagoreva u gasnom generatoru a gasovi bivaju korišćeni za pokretanje pumpi za gorivo a potom izbačeni napolje, koristile su i koriste motori prvih stepena mnogih raketa: 'Saturna V''Sajuza''Falcona Heavy''Delte IV''Ariane5'GSLV III'Dugog marša 3B' itd.
  Sovjeti su napravili revoluciju i napravili potpuno drugi tip motora, sa 'zatvorenim ciklusom', gde se gas stvoren u komori za predsagorevanje koristi za pogon turbopumpi a onda se vraća u glavnu komoru i pojačava ukupni potisak. Taj tip motora su koristili šatlovi, 'N1', porodice ruskih raketa 'Proton''Angara' i 'Zenit''Starship', japanski 'H-II' itd. a koristiće ih uskoro i 'New Glenn''Vulkan' i sl.

[4] Ovo je prevod na naš jezik stručnog izraza 'expendable launch vehicle', a označava 'launch vehicle' (odn. raketu) koja može da se lansira samo jednom, jer njene komponente ili bivaju uništene tokom povratka u atmosferu ili ostaju u kosmosu. Takav tip raketa je mnogo skuplji od modernih, koje se nazivaju 'reusable launch system'.

[5] Za gorivo se koristi titanijumska dvostepena pumpa koja se vrti oko 35.000 obrta u minutu i proizvodi pritisak od neverovatnih 165 atmosfera! Pumpa za oksidator je jednostepena centrifugalna koja rotira brzinom od 18.000 obrta u min. stvarajući pritisak od 140 atmosfera. Zamisli cevovode, ventile, komore i sl. kroz koje jurca bude goriva u sekundi, tečnosti na -200 stepeni, sa turbinama koje se vrte 600 puta u sekundi, i onda sagorevaju na temperaturama od par hiljada stepeni! Kakvi su to materijali, kakve tehnike varenja, dihtovanja, prelazaka iz jednog materijala u drugi... raketni motori su svetsko čudo i neverovatno je da se ne kvare mnogo češće.

[6] Jedan od najvećih problema sa raketnim motorima je njihovo hlađenje. Postoji jedno 6-7 metoda i kod svih se efekat hlađenja postižeformiranjem tankog sloja izolationog fluida (boundary layer). kod regenerativnog hlađenja, pre ubrizgavanja se radi hlađenja komore za sagorevanje koristi hladni oksidator. Kod 'dump' hlađenja, oko komore za izgaranje propušta se tečni vodonik.

[7] Na osnovu Vikiliksa iz 2007, izgleda da su Ukrajinci bili ti koji su prodali Kinezima nekoliko motora

[8] Меni se, kako se to stručno kaže, najlepše dopada, ruski izraz 'обтекатель', vrh aviona ili rakete oko kojega 'obtače' vazduh, dakle nešto što aerodinamikom seče vazduh, a ujedno služi i za smeštaj korisnog tereta za raketu. Ranije su se proizbodili od aluminijuma, a danas isključivo od kompozitnih materijala. Čim raketa izađe iz gustih slojeva atmosfere, vrh se cepa po dužini i odbacuje da bi se raketa dodatno olakšala pri usponu.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Komentari  

ddragovic
0 #2 ddragovic 13-05-2021 20:25
Miki ti to mene malo zezaš :-) :-) :-)?
Gledam bre kako da se izvičem jer hoću da crtam a nisam 'decenijama'.
Možda bi bilo lepše kada bi smo pričaki o kosmosu, dvosmerno.
Naravno, hvala na komentaru i što ne (nas) čitaš
Miki
+1 #1 Miki 12-05-2021 22:04
Uf! Odličan tekst. Nadam se da će Drago još decenijama pisati za AM.

Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži