Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 18 – vyšlo 1. května, ročník 18 (2020)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Rakety Dlouhý pochod druhé generace

Vilém Boušek

V minulém bulletinu jsme se zabývali raketami Dlouhý pochod 1 až 4. Řadí se do první generace raket vycházejících z mezikontinentální balistické střely DF-5. Ke konci devadesátých let dvacátého století však započaly práce na generaci nové. Hlavním rozdílem je využití kryogenních pohonných látek, jmenovitě tekutého vodíku LH₂ či kerosinu RP-1 namísto stávajícího UDMHUDMH – zkratka pro Unsymmetrical DiMethylHydrazine, česky asymetrický dimetylhydrazin H₂NN(CH₃)₂. Jde o palivo využívané v kombinaci s vhodným okysličovadlem v některých raketových motorech. Tato bezbarvá kapalina páchne po rybách a je štiplavá jako čpavek. (asymetrický dimetylhydrazin), a využití modulární stavby raket.

Start nové rakety Dlouhý pochod 7 v červnu 2016. Zdroj: China Defense Forum.

CNSA – China National Space Administration, Čínská národní kosmická agentura, založená v roce 1993. Agentura vlastní tři kosmodromy (Jiuquan, Xichang, Taiyuan) a nosnou raketu Long March.

Dlouhý pochod – řada nosných raket vyvíjených Čínskou lidovou republikou. Anglický název je Long March, český přepis Čchang-čeng. Poprvé byla raketa využita k vynesení družice na oběžnou dráhu v roce 1970. Do dubna 2020 se uskutečnilo 330 startů této nosné rakety.

Tah motoru – nejjednodušší veličina popisující raketové motory. Udává sílu vyvinutou motorem v newtonech. K odvozeným veličinám patří tahový součinitel (tah/výkon) a specifický impulz (tah/spotřeba).

Tajkonaut – po vzoru dvou velmocí si i Čína zavádí vlastní označení pro člověka, který uskutečnil kosmický let. Tedy v USA astronaut, v Rusku kosmonaut a v Číně tajkonaut.

Rakety dlouhý pochod 5, 6 a 7

Práce na těchto raketách trvala přes 15 let a k prvním letům došlo během let 2015 (Dlouhý pochod 6) a 2016 (Dlouhý pochod 5 a 7). Rozdělení úkolů, které budou tyto rakety plnit je následující:

Raketa Dlouhý pochod 5, v současné době nejsilnější čínská raketa, spadá do kategorie těžkých nosičů. V nosnosti je srovnatelná i s americkou raketou Delta IV HeavyDelta IV Heavy – americká nosná raketa pro velké náklady. Vyvíjena byla společností McDonnell Douglas, později United Launch Alliance. Verze Heavy rakety Delta IV vznikla sdružením tří prvních stupňů raket Delta IV, označovaných jako CBS (Common Booster Stage), každý poháněný jedním motorem RS-68A s celkovým tahem 9,4 MN. Druhý stupeň označovaný jako DCSS (Delta Cryogenic Second Stage) pohání jeden raketový motor RL-10-B-2 s tahem 110 kN. Její rozměry jsou následující: výška 72 metrů, průměr 5 metrů (jeden CBS má průměr 5 metrů) a hmotnost 733 tun. Raketa je schopná vynést na nízkou oběžnou dráhu 28 tun nákladu a na geostacionární dráhu 14 tun nákladu. V roce 2014 vynesla kabinu Orion (test pro budoucí lety k Měsíci) a v roce 2018 sluneční sondu Parker Solar Probe. (přibližně 25 tun na nízkou oběžnou dráhuLEO – Low Earth Orbit, nízká oběžná dráha, na které krouží družice kolem Země ve výšce od cca 200 km do 2 000 km. Oběžná doba je od 84 do 127 minut. V této výšce již není takový odpor vzduchu, aby způsobil rychlý pokles výšky.). Tato raketa bude využita během výstavby čínské modulární vesmírné stanice, dále bude využita k vyslání průzkumné sondy a roveru k MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila. v červenci 2020 nebo sond Čchang-e 5 a 6, jejichž úkolem bude přivést zpět na Zemi vzorky měsíční horniny.
Raketa Dlouhý pochod 6 byla vyvíjena za účelem získání pohotové rakety, která by byla určena k vynášení skupin CubeSatůNanosatelity – satelity s hmotností kolem 1 kg a rozměry přibližně 10 cm. Jsou často vynášeny do vesmíru ve větším množství, jako tomu je například při některých startech nosných raket Vega, Atlas V nebo Falcon 9. Do jejich vyřazení roku 2018 byly k těmto misím využívány i rakety Delta II. Nejznámější projekt týkající se nanosatelitů je CubeSat, kde mají nanosatelity tvar krychliček o hraně 10 cm. či satelitů do hmotnosti několika set kilogramů v krátkém reakčním čase (jednotek týdnů).
Raketa Dlouhý pochod 7 spadá do kategorie středních nosičů, v budoucnu by měla nahradit rakety Dlouhý pochod 3B/3C/4C. Její nosnost je ovlivnitelná pomocí počtu boosterů (2, 4). V budoucnu bude vynášet nákladní lodě Tianzhou (Nebeská loď) k nové čínské vesmírné stanici.

Rakety druhé generace Dlouhý pochod 5/6/7. Zdroj: Norbert Brügge.

Dlouhý pochod 5

Předchůdcem projektu, který vyvinul raketu Dlouhý pochod 5, byl projekt 863 – Tiandi wangfan jiaotong xitong (obousměrný dopravní systém mezi nebem a Zemí) z roku 1986. Cílem bylo navrhnout novou generaci raket, které by již nespoléhaly na pohonnou směs složenou z UDMHUDMH – zkratka pro Unsymmetrical DiMethylHydrazine, česky asymetrický dimetylhydrazin H₂NN(CH₃)₂. Jde o palivo využívané v kombinaci s vhodným okysličovadlem v některých raketových motorech. Tato bezbarvá kapalina páchne po rybách a je štiplavá jako čpavek. a NO₂. Důvodem byla vysoká cena a nebezpečnost této pohonné látky. Samotný projekt se nikdy nerozběhl. Po roce 2000 již bylo jisté, že musí dojít k vývoji nové rakety. Odborné diskuze se rozběhly roku 2001 a v roce 2002 byla představena vylepšená verze projektu 863. Samotné vývojové práce započaly roku 2006. Design nové rakety byl vytvořen skupinou pod vedením člena Čínské akademie věd Zhu Senyuana, která přišla s konceptem modularity. Hlavním inženýrem tohoto projektu je Li Dong.

Zhu Senyuan (nalevo) a Li Dong (napravo) – hlavní tvůrci nové
čínské rakety Dlouhý pochod 5. Zdroj: Baidu.

Základní součásti rakety Dlouhý pochod 5:

Čtyři boostery na kapalné pohonné látky s označením CZ-5-300 (číslo za druhou pomlčkou nám udává zaokrouhlený průměr, v tomto případě jde o 335 cm). Každý booster je 27,6 metru vysoký s již zmíněným průměrem 3,35 metru. Plně naplněný má hmotnost 155,7 tuny, z čehož 144 tun je hmotnost pohonné směsi RP-1 a LOX. Každý booster pohání dva motory YF-100.
První stupeň označený jako CZ-5-500. Samotný první stupeň měří na výšku 31,7 metru, průměr má 5 metrů, hmotnost je 175,6 tuny, z čehož 158,2 tuny je pohonná směs – tentokrát se jedná o tekutý vodík LH₂ a tekutý kyslík LOX. První stupeň je poháněn dvěma motory YF-77.
Druhý stupeň označený CZ-5-HO. Na výšku měří 10,6 metru, průměr má shodný s prvním stupněm. Hmotnost tohoto stupně je i s palivem 22,2 tuny, samotné palivo má 17,1 tuny. Jako palivo opět slouží směs LH₂ a LOX, která je spalována ve dvou motorech YF-75.
K raketě lze připojit i třetí stupeň označený YZ-2 se dvěma motory YF-50, jež spalují směs UDMHUDMH – zkratka pro Unsymmetrical DiMethylHydrazine, česky asymetrický dimetylhydrazin H₂NN(CH₃)₂. Jde o palivo využívané v kombinaci s vhodným okysličovadlem v některých raketových motorech. Tato bezbarvá kapalina páchne po rybách a je štiplavá jako čpavek. a NO₂.

Motory YF-100. Dva tyto motory pohánějí boostery Dlouhého pochodu 5 nebo první stupeň Dlouhého pochodu 7. První stupeň Dlouhého pochodu 6 pohání jediný motor YF-100. Zdroj: Norbert Brügge.

Dva motory YF-77 pohánějící první stupeň Dlouhého pochodu 5.
Zdroj: Norbert Brügge.

Druhý stupeň rakety Dlouhý pochod 5 s motory YF 75D, nalevo ještě
bez připevněných motorů. Zdroj: Norbert Brügge.

Vizuální porovnání raket Dlouhý pochod 5 a Delta IV Heavy. Zdroj: CNSA, NASA.

V současné době existují dvě verze této rakety, první je označená jako Dlouhý pochod 5, tato verze bude využívána pro vynášení vědeckých sond k Měsíci a Marsu. Druhou verzí je Dlouhý pochod 5B. Hlavním rozdílem je, že verze 5B nebude mít druhý stupeň a bude využívána k vynášení modulů nové čínské vesmírné stanice.

Do března 2020 zatím proběhly tři starty rakety Dlouhý pochod 5, první start se uskutečnil 3. listopadu 2016, prozatím poslední 27. prosince 2019. V pořadí druhý start uskutečněný 2. července 2017 byl neúspěšný. Při všech letech byly vynášeny pouze testovací satelity. Další start je naplánován na duben 2020, tentokrát by měla letět verze 5B, mělo by se jednat o testovací let nové čínské vesmírné lodi. Verze Dlouhý pochod 5 má odstartovat 23. července 2020 a jejím nákladem bude sonda a rover určený k prozkoumávání planety Mars. V příštím roce by mělo dojít k prvním startům s moduly pro novou vesmírnou stanici.

Dlouhý pochod 6

Samotné vývojové práce začaly po roce 2000, k prvnímu letu došlo roku 2015. Tato raketa byla vyvíjena s myšlenkou na vytvoření levné a rychle nasaditelné rakety, která by nepotřebovala ke svým startům komplexní infrastrukturu a bylo by ji možné například vypustit z mobilní odpalovací rampy. Primárně by měla sloužit k vynášení nákladů o hmotnosti několika set kilogramů na heliosynchroní oběžnou dráhu.

Jedná se o třístupňovou raketu, která používá jako pohonnou směs kerosin RP-1 a tekutý kyslík LOX pro první dva stupně a UDMHUDMH – zkratka pro Unsymmetrical DiMethylHydrazine, česky asymetrický dimetylhydrazin H₂NN(CH₃)₂. Jde o palivo využívané v kombinaci s vhodným okysličovadlem v některých raketových motorech. Tato bezbarvá kapalina páchne po rybách a je štiplavá jako čpavek. spolu s NO₂ pro stupeň třetí. O pohon prvního stupně se stará jeden motor YF-100. Druhý stupeň je poháněn motorem YF-115. Třetí stupeň je osazen motorem YF-50E.

Prozatím byly uskutečněny tři starty, všechny byly úspěšné. K prvnímu startu došlo 19. září 2015, ke druhému 21. listopadu 2017 a k poslednímu 13. listopadu 2019.

Motor YF-100 pohánějící první stupeň rakety Dlouhý pochod 6. Zdroj: CNSA.

Motor YF-115 pro druhý stupně rakety Dlouhý pochod 6. Zdroj: CNSA.

Raketa Dlouhý pochod 6 na mobilním odpalovacím zařízení. Zdroj: CNSA.

Dlouhý pochod 7

Jedná se o nosič střední kategorie s nosností 13,5 tuny na nízkou oběžnou dráhu, výhledově má nahradit všechny v současnosti používané typy raket Dlouhý pochod 2/3/4 a stát se tak „pracovním koněm“ flotily raket provozovaných ČLR. Dlouhý pochod 7 je dvoustupňová raketa, verze 7A má ještě třetí stupeň s boostery na kapalné palivo (výhledově by měla existovat i verze s boostery na tuhé palivo). První i druhý stupeň používají jako pohonnou směs kerosin RP-1 a tekutý kyslík LOX, stejně tak jako boostery. První stupeň i boostery jsou poháněny motory YF-100, první stupeň pohání dva tyto motory a každý booster pohání jeden motor YF-100. Druhý stupeň je poháněn čtyřmi motory YF-115. Verze 7A má zkrácené palivové nádrže druhého stupně a přidaný stupeň třetí, který pohání dvojice motorů YF-75D spalující tekutý vodík LH₂ a tekutý kyslík LOX. Verze 7 má výšku 53,1 metru a celkovou hmotnost 594 tun. Verze 7A měří na výšku 60,13 metru, ale celková hmotnost je nižší – 573 tun.

Motory YF-100 pohánějící první stupeň Dlouhého pochodu 7. Zdroj: Norbert Brügge.

Motory YF-115 pohánějící druhý stupeň Dlouhého pochodu 7. Zdroj: Norbert Brügge.

Dlouhý pochod 7. Zdroj: CNSA.

Raketa bude využívána nejen k vynášení družic, ale i jako nosič pro zásobovací lodě Tianzhou a v budoucnu i jako nosič pro lety s lidskou posádkou, čímž nahradí raketu Dlouhý pochod 2F. Do března 2020 byly provedeny 2 lety verze 7, oba úspěšné, a jeden neúspěšný let verze 7A. K prvnímu letu došlo 25. června 2016, ke druhému 20. dubna 2017 – při tomto letu byla vynesena na oběžnou dráhu zásobovací loď Tianzhou, která 22. dubna úspěšně zakotvila u vesmírné stanice Tchien-kung 2. Celkem bylo dokování provedeno třikrát: 22. dubna, 15. června a 12. září. Mise skončila 22. září 2017, kdy tato zásobovací loď shořela v atmosféře.

Dlouhý pochod 11

Poslední používanou čínskou raketou druhé generace je Dlouhý pochod 11. Od všech předchozích raket se značně odlišuje, neboť jde o čtyřstupňovou raketu na tuhé pohonné látky. Tato raketa je s největší pravděpodobností odvozena z mezikontinentální balistické střely DF-31. Jelikož vychází z vojenské rakety, je potřebná infrastruktura nutná ke startu minimální, neboť tato raketa má schopnost „studeného startu“, což znamená, že raketa je „vymetena“ z přepravovacího kontejneru do výšky několika desítek metrů, kde následně dojde k samotnému zážehu raketového motoru. Celkem došlo k osmi startům, první proběhl 25. září 2015. Nejzajímavějším byl bezesporu start číslo 7, při kterém došlo k odstartování ze speciálně upravené plošiny ve Žlutém moři (podrobněji viz AB 36/2019).

Start rakety Dlouhý pochod 11 z upravené plošiny ve Žlutém moři, 5. června 2019.
Zdroj: CNSA.

První start rakety Dlouhý pochod 11 z plošiny ve Žlutém moři dne 5. června 2019.
Zdroj: Sci News/China Central Television.

Budoucí rakety – Dlouhý pochod 8 a 9

Ve vývoji by měly být další dvě rakety Dlouhý pochod 8 a 9. O nich je známo pouze minimum informací. Raketa Dlouhý pochod 8 by měla vycházet z rakety Dlouhý pochod 7, použité boostery by měly být na tuhé palivo a měla by být částečně znovupoužitelná – první stupeň společně s boostery by měl po startu opětovně přistát.

Vizualizace přistání prvního stupně s boostery na tuhé palivo. Zdroj CNSA.

Dlouhý pochod 9 je vyvíjená raketa, která by měla poprvé vzlétnout po roce 2030. Měla by spadat do tzv. supertěžké kategorie raketových nosičů s nosností okolo 140 tun na nízkou oběžnou dráhu a umožnit tak Číně pilotovanou misi k Měsíci s následným přistáním.

Porovnání různých raket. Zdroj: Wikipedia.

Odkazy