Японская ракета H3: Возвращение к Полетам и Дебют Легчайшей Конфигурации

Японская ракета H3 готовится возобновить полеты в пятницу, представляя новую конфигурацию, специально разработанную для запуска небольших полезных нагрузок. Старт запланирован на 00:53 по всемирному координированному времени (9:53 по местному времени) из космического центра Танэгасима.

Предстоящий запуск станет восьмым полетом H3 и первым после инцидента в декабре прошлого года, когда был потерян навигационный спутник QZS-5. Первоначально предполагалось, что неисправность произошла на второй ступени, которая нештатно запустилась и преждевременно отключилась во время второго запланированного включения. Однако последующее расследование показало, что сбой случился значительно раньше.

Корневой причиной сбоя теперь считается производственный дефект адаптера полезной нагрузки, который соединяет спутник с верхней ступенью ракеты. Для H3 этот адаптер был переработан: вместо болтового соединения использовалась клеевая конструкция для снижения стоимости и веса. Предполагается, что произошло расслоение материала, и это, в сочетании с нагрузками в момент отделения обтекателя на поздней стадии работы первой ступени, привело к разрушению конструкции адаптера.

Аномалия привела к отрыву спутника от ракеты (хотя он оставался на месте благодаря ускорению ракеты до окончания работы первой ступени) и повредила системы наддува водородного бака на второй ступени. Спутник отделился во время пассивного полета между отключением первой ступени и зажиганием второй. Несмотря на то, что вторая ступень работала с недостаточной мощностью во время первого включения, это было компенсировано ее меньшей, чем ожидалось, массой из-за отсутствия полезной нагрузки.

Для предстоящего запуска адаптер полезной нагрузки был тщательно проверен и отремонтирован на предмет любых расслоений. Его работа будет отслеживаться для сбора данных для будущих полетов. В дальнейшем Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) планирует либо применять такой же подход, либо усиливать адаптер креплениями, в зависимости от требований миссии и производительности.

Помимо возвращения H3 в эксплуатацию, пятничный запуск ознаменует первый полет конфигурации H3-30. Эта версия оснащена модифицированной первой ступенью с тремя двигателями LE-9 вместо двух, используемых на других модификациях ракеты. Такое решение позволяет первой ступени развивать большую тягу при старте, исключая необходимость в использовании твердотопливных ускорителей на начальных этапах полета. По сравнению с другими конфигурациями H3, версия H3-30 предназначена для вывода на низкую околоземную орбиту менее габаритных полезных нагрузок.

H3 — это двухступенчатая ракета, разработанная Mitsubishi Heavy Industries, обе ступени которой работают на криогенном топливе: жидком водороде и жидком кислороде. Первая ступень оснащена двигателями LE-9, при этом версии с двумя двигателями дополнительно используют два или четыре твердотопливных ускорителя SRB-3. Вторая ступень имеет один двигатель LE-5B-3, а полезная нагрузка размещается на вершине ступени внутри головного обтекателя. H3 может использовать короткий обтекатель длиной 10,4 м, более длинный обтекатель 16,4 м или более широкий, если это требуется для миссии. Для предстоящего запуска будет использоваться короткий обтекатель, а конкретная конфигурация обозначается как H3-30S, где трехсимвольное обозначение указывает на три двигателя первой ступени, отсутствие ускорителей и короткий обтекатель.

Поскольку это первая миссия H3 без твердотопливных ускорителей, она также знаменует собой первый в Японии запуск полностью жидкотопливной ракеты, так как все предыдущие жидкотопливные ракеты страны использовали твердотопливные двигатели для увеличения тяги первой ступени при старте.

Первый полет H3-30 станет восьмым общим запуском для ракеты H3. Сама миссия обозначена как H3 полет №6 (F6), хотя миссии F7 и F8 уже состоялись. Из семи предыдущих запусков пять были успешными; первый полет ракеты в марте 2023 года также завершился неудачей.

Главная цель пятничного запуска — демонстрация новой конфигурации H3-30. Ракета доставит на орбиту 1600-килограммовый массовый имитатор, названный Vehicle Evaluation Payload 5 (VEP-5), который является основной полезной нагрузкой. VEP-5 не предназначен для отделения от ракеты и останется прикрепленным к ее узлу крепления на протяжении всей миссии. В качестве вторичных полезных нагрузок на борту миссии находятся шесть малых спутников, которые будут развернуты после выхода второй ступени на орбиту.

Схема размещения полезной нагрузки для миссии H3 F6. VEP-5 представляет собой серебристый диск в верхней части сборки.

Платформа для внеземных и земных дистанционных исследований с LCTF (PETREL), или Умицубаме, — это 65-килограммовый спутник, разработанный Токийским технологическим институтом. Он несет экспериментальную аппаратуру для получения изображений, которая будет использоваться как для наблюдения за Землей, так и для ультрафиолетовой астрономии, в зависимости от того, находится ли спутник на солнечном свету или в тени Земли.

STARS-X Университета Сидзуока, также известный как Ширайто, является последним в серии экспериментов университета с космическими тросами. Этот 65-килограммовый спутник спроектирован для разделения на две части, соединенные однокилометровым тросом, и выпуска робота-«альпиниста» для перемещения по тросу. Миссия также проверит методы захвата космического мусора.

Миссия VERTECS (Visible Extragalactic Background Radiation Exploration by CubeSat), возглавляемая Технологическим институтом Кюсю, будет наблюдать фоновое излучение, исходящее из-за пределов нашей галактики, для изучения истории ранней Вселенной. VERTECS представляет собой кубсат формата 6U.

Остальные три полезные нагрузки запускаются для коммерческих операторов. Спутники Hurtling Orbit Normalizer (HORN): HORN-L и HORN-R, представляют собой пару кубсатов формата 6U, разработанных для японского стартапа BULL. Они будут тестировать методы сведения спутников с орбиты с использованием развертываемого паруса, причем два аппарата используют паруса разного размера для оценки их эффективности. Спутник BRO-22, запускаемый для французской компании Unseenlabs в рамках группировки Breizh Reconnaissance Orbiter (BRO), будет использоваться для обнаружения электронных излучений от судов с целью идентификации тех, кто работает без транспондеров и может быть вовлечен в незаконную деятельность.

Стартовый комплекс Йосинобу на Танэгасиме во время тестовых огневых испытаний H3 в 2022 году.

Миссия H3 F6 будет запущена со второй стартовой площадки комплекса Йосинобу в Космическом центре Танэгасима, расположенном на острове Танэгасима у южного побережья Кюсю — самого южного из четырех основных островов Японии. Комплекс Йосинобу изначально строился для семейства ракет H-II, при этом запуски H-II и H-IIA использовали Площадку 1. Площадка 2 была построена в начале 2000-х годов как резервная для H-IIA, но вместо этого использовалась для запуска более крупных H-IIB, а затем и H3.

Все предыдущие запуски H3 осуществлялись с этой площадки. Сборка ракеты происходит в здании вертикальной сборки (VAB) примерно в 500 метрах к северо-западу от площадки, после чего ракета перемещается на мобильной пусковой платформе на стартовую позицию.

Момент старта для японских ракет обозначается как X0, в отличие от более привычного T0, используемого многими западными операторами. Три двигателя LE-9 будут запущены незадолго до этой отметки в отсчете, и ракета начнет свой подъем со стартовой площадки в момент X0.

Поскольку отсутствуют твердотопливные ускорители, которые необходимо сбрасывать, следующим важным этапом полета станет отделение головного обтекателя, ожидаемое примерно через три минуты 12 секунд после старта. К этому моменту H3 будет находиться на высоте 125 км и двигаться со скоростью 3,1 км в секунду. Примерно через 22 секунды после этого произойдет отключение основных двигателей (MECO) первой ступени. Отключение MECO в конфигурации H3-30 происходит значительно раньше по сравнению с другими версиями, так как дополнительный двигатель приводит к более быстрому расходу топлива ступени.

Примерно через восемь секунд после MECO произойдет разделение первой и второй ступеней, а запуск второй ступени ожидается через двенадцать секунд после разделения. Двигатель LE-5B-3 второй ступени будет работать 11 минут и 21 секунду для вывода полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту. Развертывание вторичных полезных нагрузок начнется с PETREL и STARS-X примерно через 61 секунду после окончания работы двигателя и завершится развертыванием HORN-R через 30 минут 6 секунд от начала миссии.

После развертывания полезной нагрузки миссия перейдет в фазу пассивного полета, прежде чем вторая ступень перезапустится для второго включения двигателей через 1 час 44 минуты 58 секунд после старта. 18-секундное включение обеспечит сход верхней ступени с орбиты (с все еще прикрепленным VEP-5), гарантируя безопасный вход в атмосферу над Индийским океаном.

Пятничный запуск станет первым в 2026 году как для Японии, так и для ракеты H3. Следующий полет H3 ожидается в ближайшие несколько месяцев, и он перейдет от самой легкой конфигурации для миссии F6 к самой тяжелой — H3-24W, которая должна доставить грузовой корабль HTV-X2 на Международную космическую станцию.