МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИ

НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ №1 — 2005

Подробности китайской программы исследования Луны
И.Черный. «Новости космонавтики»

5 ноября Ху Хао (Ни Нао), директор Технического центра по исследованиям Луны и заместитель директора первого системотехнического управления при Комитете оборонной науки, техники и промышленности КНР, назвал «неточной» формулировку научной цели программы, допускаемую отдельными СМИ, как «исключительно освоение ресурсов гелия-3 на Луне». «Китайская программа зондирования Луны ставит многосторонние научные задачи», — подчеркнул он, выступая на форуме «Важнейшие инженерно-технические достижения Китая».

Как отметил Ху Хао, исследование Луны — многоотраслевая и высокотехнологичная программа стратегического значения, призванная стимулировать развитие космических технологий, инноваций в области информатики, новых материалов, энергоресурсов, микроэлектронного машиностроения, телеуправления и других новых технологий. Одновременно программа, по словам руководителя, будет содействовать всестороннему развитию фундаментальных наук, в т.ч. астрофизики, науки о Луне, сравнительной планетологии, космической физики, материаловедения, экологии и др.

Одной из целей программы было названо развитие человеческого общества. В перспективе полезные ископаемые (в частности, залегающий в недрах планеты гелий-3) и энергоресурсы Луны (солнечная энергия на ее поверхности) могут быть использованы в дополнение к запасам Земли.

«Однако это не означает, что уже имеются условия для освоения ресурсов Луны. В ходе программы планируется установить их местоположение», — подчеркнул Ху Хао. Он также отметил, что Китай готов к международному сотрудничеству в реализации «Программы зондирования Луны».

30 октября на международном авиакосмическом салоне «Чжухай-2004» руководство Китайской национальной космической администрации CNSA (China National Space Administration) сообщило об окончании эскизного проектирования искусственного спутника для зондирования Луны (ИСЛ) «Чанъэ-1». Суммарная стоимость проекта, включая запуск и работу аппарата, оценивается в 1.4 млрд юаней (169 млн $). Это первый, и важнейший, этап национальной программы исследования Луны.

Первое официальное упоминание о лунной программе появилось на страницах «Белой книги по работам Китая в области космоса», изданной в ноябре 2000 г. Государственным советом КНР. Этот документ называл одной из краткосрочных целей КНР в космосе на ближайшее десятилетие «предварительное изучение» (зондирование) Луны в рамках подготовки пилотируемого этапа, сроки которого не назывались. В марте 2003 г. Китай объявил, что в ближайшие 20 лет выполнит программу изучения Луны, названную проектом «Чанъэ», как «первый, самый важный шаг КНР в области исследования глубокого космоса». Специалисты отмечали, что Луна — «неизбежный выбор для космической индустрии Китая, успешно запустившей в 1970 г. первый ИСЗ и осуществившей орбитальный полет китайского космонавта в 2003 г.».

25 февраля 2004 г. CNSA официально объявила о начале программы «Чанъэ». Администратор Луань Эньцзэ (Luan Enjie) был назначен руководителем, или «главнокомандующим» программы, Сунь Цзядун (Sun Jiadong), старший советник Китайской корпорации аэрокосмической науки и технологии (China Aerospace Science and Technology Corporation), — ее генеральным конструктором, или «главным архитектором», а Оуян Цзыюань (Ouyang Ziyuan), академик Китайской академии наук, — «главным научным специалистом» (НК №5, 2004, с.36).

Напомним основные этапы программы «Чанъэ».

На первом («Чанъэ-1»; 2004-2007 гг.) разрабатывается и запускается ИСЛ, составляющий трехмерную карту Луны. Китайские ученые предполагают использовать эту информацию для анализа лунной поверхности, измерения плотности грунта и изучения околопланетной среды.

Второй этап предусматривает разработку в 2005-2012 гг. беспилотного аппарата-лунохода. Совершив мягкую посадку на Луну в 2012 г., «робот-ученый» будет изучать строение грунта, камней и лунной «атмосферы» в области посадки, а также проведет астрономические наблюдения. Полученные данные будут переданы по радиоканалу.

В ходе третьего этапа (2010-2017 гг.) на аппарате, совершающем мягкую посадку на Луну, будет установлено буровое оборудование, которое позволит взять образцы грунта с разной глубины и «упаковать» их в ракету с малогабаритной капсулой для доставки на Землю и исследования учеными в хорошо оснащенных лабораториях. Этот шаг китайские специалисты считают крайне важным для подготовки к пилотируемой лунной миссии и выбора будущего места устройства лунной базы.

Следуя принципу «быстрее, лучше и дешевле», разработчики китайской лунной программы пропускают «жесткую» посадку, облет Луны и другие этапы, входившие на ранних стадиях в американскую и советскую/российскую программы, и непосредственно приступают к созданию ИСЛ, который будет выведен на приполярную окололунную орбиту. По их замыслу, это позволит аппарату исследовать всю лунную поверхность.

* Известна также как проект «Чанъэ», см. НК №2, 2004, с.31. К чему сноска?

«В настоящее время, — утверждает Сунь Цзядун, — Китай имеет технологию, необходимую для создания беспилотного лунного зонда. Первый китайский ИСЛ предполагается создать на базе спутниковой платформы DFH-3. В его подсистемах будут применены технологии, апробированные на китайских спутниках. Для запуска зонда будет использована РН CZ-3A семейства «Великий поход», которая отвечает необходимым требованиям [по массе полезного груза (ПГ) и точности выведения]. Существующая китайская сеть дальней космической связи, работающая в диапазоне S, позволит получать информацию с аппарата».

«Мы следуем подписанному приказу о разработке необходимых систем, в частности управления и мониторинга, обработки данных, а также ракеты-носителя и исследовательской аппаратуры, — говорит Оуян Цзыюань (Ouyang Ziyuan). — Китайские ученые и инженеры разрабатывают первый китайский ИСЛ, масса которого составит примерно 2 т. Аппарат должен работать вблизи Луны по крайней мере 12 месяцев. Проект «Чанъэ» в основном воспринял существующие «зрелые» технологии и не имеет никаких непреодолимых или фундаментальных технических проблем».

Исследования Луны позволят поднять уровень технологий исследования глубокого космоса и статус страны в мировой космической иерархии, а также заложить прочную техническую базу для будущих межпланетных исследований. Реализация программы позволит повысить национальный престиж и поднять дух китайского народа.

Научные цели проекта
Основная цель первого этапа китайской лунной программы — разработка технологий для дальнейшего использования. Китайские ученые надеются внести свой вклад в международные исследования Луны и планет. Не менее важными считаются подготовка к эксплуатации лунных ресурсов и... защита интересов страны на Луне.

Предусмотрено четыре научные цели проекта «Чанъэ-1»:

Œ получение трехмерных изображений лунной поверхности. С их помощью будут точно определены основные структуры и характер поверхности, исследованы формы, размеры и плотность распределения кратеров на Луне. Эти данные позволят определить возраст поверхности, изучить раннюю историю планет земной группы, а также выбрать место мягкой посадки КА второго и третьего этапов проекта «Чанъэ»;
Схема полета АМС «Чанъэ-1»:
1 — отделение КА от последней ступени РН; 2 — раскрытие панелей СБ; 3 — раскрытие остронаправленной антенны; 4, 7, 10, 17, 23 — ориентация в положение для выдачи импульса; 5, 8, 11 — первый, второй и третий импульсы подъема апогея орбиты; 6, 9, 12, 14, 16, 19, 21 — пассивный участок траектории; 13, 15 — коррекции траектории полета к Луне; 18, 20, 22 — трехимпульсное торможение для выхода на орбиту ИСЛ

 составление карты распределения элементов в лунной поверхности по их типу и концентрации. Будет проанализировано содержание и распределение на поверхности Луны полезных ископаемых, таких как титан и железо, которые можно использовать в промышленных масштабах. Предполагается составить схему залегания геологических пород и минералов, определить области с избытком необходимых элементов, оценить перспективы разработки и эксплуатации минеральных ресурсов нашего естественного спутника;

Ž измерение плотности лунного грунта с использованием радиолокатора, работающего в микроволновом диапазоне. Таким образом можно будет вычислить возраст лунной поверхности и составить карту распределения лунного грунта на поверхности, а в дальнейшем оценить содержание, распределение и количество гелия-3, который является экологически чистым, эффективным, безопасным и сравнительно дешевым топливом нового типа для электростанций, работающих по принципу ядерного синтеза. Китайские специалисты предполагают, что гелий-3 при его добыче и использовании в промышленных масштабах способен изменить структуру энергетических систем человечества;

 исследование окружающего пространства между Землей и Луной, включая частицы корпускулярного излучения Солнца, плазму в солнечном ветре, а также взаимодействие между солнечным ветром и Луной, между хвостовой областью магнитосферы Земли и Луной.

Для решения этих задач КА «Чанъэ-1» будет оснащен научной аппаратурой общей массой около 100 кг, в состав которой войдут: лазерный высотомер, гамма-спектрометр, микроволновой радиометр и система мониторинга «космической погоды».

Специалисты отмечают, что ранее запущенные аппараты других стран не проводили исследование толщины лунного грунта и количества гелия-3, а трехмерные изображения лунной поверхности до сего дня составлены лишь частично.

Ракета-носитель
В марте 2004 г. источники в Китайской исследовательской академии технологии ракет-носителей CALT (China Academy of Launch Vehicle Technology) сообщили, что для запуска лунного зонда «Чанъэ-1» будет использована РН CZ-3A (Chang Zheng 3А, «Великий поход-3А»). Ракета была выбрана для этой миссии благодаря свой самой высокой надежности среди всего семейства «Великий поход».

Цэнь Чжэнь (Cen Zheng), главнокомандующий программы CZ-3A, сказал, что для выполнения миссии на носителе проводятся «некоторые технические усовершенствования, с целью достичь соответстветствия РН требованиям успешного запуска зонда на орбиту вокруг Луны». Предполагается, что модернизация ракеты будет завершена через два года. В настоящее время идет проектирование, а также изготовление отдельных модулей и ракетных блоков.
Основные технические параметры CZ-3A
ПараметрыI ступеньII ступеньIII ступень
Компоненты топливаАТ/НДМГАТ/НДМГЖК/ЖВ
ДвигателиDaFY6-2
(4XFY-20)
DaFY20-l (основной ЖРД)/
DaFY21 -1 (управляющий ЖРД)
YF-75
Тяга, кН2961.6742.04 (основной ЖРД)/
47 (управляющий ЖРД)
156.9
Удельный импульс, Н·с/кг2556.22922.4 (основной ЖРД)/
2834 (управляющий ЖРД)
4315
Длина, м26.97211.27612.375
Диаметр, м3.353.353.00
Масса ПГ при запуске на ГПО, т2.6  
Стартовая масса, т241  
Полная длина, м52.52  
Диаметр обтекателя, м3.35  

CZ-3A — трехступенчатая жидкостная РН среднего класса. Ее разработка была начата во второй половине 1980-х годов на базе ракет CZ-3 и CZ-2C. К решениям, опробованным в полете на CZ-3, были добавлены: более мощная, существенно улучшенная криогенная третья ступень и более совершенная система управления. Масса ПГ, доставляемого носителем на геопереходную орбиту, достаточна для выполнения программы «Чанъэ-1», а благодаря большой гибкости в управлении ориентацией ракета может быть лучше адаптирована к ряду перспективных миссий. Ныне это основной тип носителей ряда CZ-3. Гибкая система управления позволяет построить высокоточную ориентацию ПГ перед его отделением от последней ступени РН. Основная задача CZ-3A — запуск китайских спутников связи. Создание этого носителя проложило путь к разработке РН CZ-3B и CZ-3C.

8 февраля 1994 г. был осуществлен первый запуск CZ-3A. Ракета успешно вывела на орбиту два экспериментальных спутника. После этого было проведено еще восемь миссий CZ-3A, последняя — 19 октября 2004 г. с метеоспутником «Фэнъюнь-2С» (НК №12, 2004, с.35-36). Все девять полетов ракеты были успешными.

Полная длина CZ-3A — 52.52 м. Первая и вторая ступени носителя во многом напоминают аналогичные ступени ракеты CZ-3, хотя и имеют некоторые отличия в конструкции. Например, хвостовые стабилизаторы и топливные баки CZ-3A увеличены. Третья ступень была разработана заново; в ее проекте использованы многие перспективные технологии, такие как цифровая система управления на микроминиатюрной элементной базе, «гибкая» инерциальная измерительная платформа в шарнирном подвесе, мощный кислородно-водородный ЖРД, низкотемпературная система наддува гелием, системы опорожнения топливных баков, сервомеханизмы с приводом от сжатого водорода и т.д.

Компоненты топлива ЖРД первой и второй ступеней — азотный тетроксид (AT) и несимметричный диметилгидразин (НДМГ), третьей ступени — жидкий кислород (ЖК) и жидкий водород (ЖВ).

Носитель CZ-3A оптимизирован для полетов на геопереходную орбиту (ГПО), однако может использоваться для запуска беспилотных КА на низкую околоземную и солнечно-синхронную орбиты, а также на траекторию выхода из сферы притяжения Земли. CZ-3A стартует из Центра спутниковых запусков Сичан (XSLC — Xichang Satellite Launch Center) в провинции Сычуань. Масса ПГ при запуске на ГПО — 2.65 т.

Рассматриваемая ракета включает корпуса ступеней, двигательные установки, системы (управления, телеметрии, траекторных измерений, безопасности, сохранения компонентов топлива на пассивном участке траектории, ориентации, управления расходом криогенных компонентов топлива, разделения), вспомогательные двигательные установки и т.д.

Источники:
1. Сообщение агентства Синьхуа на русском языке от 9 ноября 2004 г.
2. Сообщение агентства Синьхуа на русском языке от 30 октября 2004 г. 3. Сообщение Синьхуанет на английском языке от 21 марта 2004 г.
4. Сообщение сайта www.chinaview.cn от 21 марта 2004 г.
5. Aerospace China, v.5, №1, Spring 2004, pp.10-12.
6. Aerospace China, v.5, №2, Summer 2004, pp.10-14.