5 de marzo largo

Un CZ-5 en el cosmódromo de Wenchang (2017)

Long March 5 , LM-5 para abreviar ( chino 長征 五號 / 长征 五号, Pinyin Chángzhēng Wǔhào , CZ-5 para abreviar ), es una familia de vehículos de lanzamiento pesados fabricados por China Aerospace Science and Technology Corporation en la República Popular de China . El primer CZ-5 se lanzó el 3 de noviembre de 2016 desde el cosmódromo de Wenchang , el único puerto espacial diseñado para este cohete.

historia

Ya en 1986, en el departamento espacial del programa 863 para la promoción de alta tecnología, se planificó el desarrollo de un lanzador pesado en la sección 863-204 (sistemas de transporte espacial). Después del establecimiento del "Ministerio de Industria Aeroespacial" (航空 航天 工业 部, Hángkōng Hángtiān Gōngyè Bù ), una organización predecesora de la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China , se inició una planificación preliminar concreta en 1988. Los expertos encontraron los siguientes problemas con los vehículos de lanzamiento anteriores:

• Carga útil baja
• Pequeño diámetro
• Falta de confiabilidad
• Preparación para el despegue prolongado
• Toxicidad y precio de los combustibles 1,1-dimetilhidrazina y tetróxido de dinitrógeno

Tres accidentes graves en el cosmódromo de Xichang a mediados de la década de 1990 hicieron visible la escasa fiabilidad de los viejos cohetes. China también temía que el Ariane 5 europeo, como proveedor de lanzamientos de satélites comerciales, le hiciera perder contacto con el mercado mundial. En 2000, comenzó el proyecto para desarrollar el “ motor cohete líquido 100” (液体 火箭 发动机, Yètǐ Huǒjiàn Fādòngjī , de ahí “YF-100” para abreviar), que se suponía que entregaría un empuje de 1200 kN al nivel del mar con un diergolen Combinación de combustible de queroseno de cohete y oxígeno líquido . Este motor fue diseñado para propulsores de cohetes de carga pesada. En mayo de 2001, la Comisión Nacional de Ciencia, Tecnología e Industria de la Defensa comenzó a planificar el cohete real y en enero de 2002 aprobó el desarrollo del motor de cohete YF-77, que funciona con oxígeno líquido e hidrógeno líquido y tiene un empuje de 500 kN en el mar. el nivel debe cumplir.

En 2002, Zhu Senyuan (朱森 元, * 1930) de la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento , jefe del grupo de expertos en motores de cohetes y vehículos de lanzamiento pesados ​​para el programa 863, propuso un sistema modular en el que, según el lema “Una familia, dos motores, tres módulos” Las variantes de cohetes para diversos fines deben ensamblarse a partir de unos pocos bloques de construcción básicos. Un primer modelo de un vehículo de lanzamiento de este tipo con un diámetro de 5 my propulsores laterales se mostró en noviembre de 2002 en la Exposición Internacional del Aire y el Espacio de Zhuhai organizada por el Consejo de Estado de la República Popular de China . Los tres módulos fueron:

• Un cohete con un diámetro de 5 my un sistema de propulsión de oxígeno líquido / hidrógeno líquido, llamado "H-5" debido al inglés hidrógeno para "hidrógeno" y el diámetro
• Un cohete con un diámetro de 3,35 my un motor de oxígeno líquido / queroseno para cohetes, llamado "K-3" debido al combustible de queroseno y al diámetro.
• Un cohete con un diámetro de 2,25 my un motor de oxígeno líquido / queroseno para cohetes, llamado "K-2" debido al combustible de queroseno y al diámetro.

Los dos motores fueron:

• YF-77 con 500 kN de empuje al nivel del mar y oxígeno líquido / hidrógeno líquido como combustible
• YF-100 con 1200 kN de empuje al nivel del mar y oxígeno líquido / queroseno para cohetes como combustible

En un primer paso, se construiría un vehículo de lanzamiento pesado como el que se muestra en Zhuhai a partir de los tres módulos, y en un paso siguiente, un vehículo de lanzamiento mediano y uno pequeño con un diámetro de 3,35 m. Se suponía que estos cohetes formaban una familia con la que se podían transportar cargas útiles de 1,5 a 25 t en una órbita cercana a la Tierra y de 1,5 a 14 t en órbitas de transferencia geosincrónica . El diseño modular redujo los costos de desarrollo, y un misil con solo una o dos etapas tenía menos probabilidades de funcionar mal que un diseño de misil con tres etapas.

La idea básica de Zhu Senyuan se ha adaptado una y otra vez. En abril de 2003 , Ma Zhibin (马志滨) y varios colegas de la Academia de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento publicaron un diagrama en el que la versión pequeña del vehículo de lanzamiento tenía una etapa de 3,35 m de diámetro y un motor de hidrógeno, por lo que se llamó "H -3 "se convirtió en. Se volvió a utilizar la última variante. En la versión del plan, que fue aprobada por el Consejo de Estado de la República Popular China el 8 de agosto de 2006 , había un total de 6 variantes del cohete, numeradas de la A a la F, todas ellas equipadas con un módulo núcleo de 5 m de diámetro, más varios impulsores -Combinaciones, desde 4 × 2,25 ma 2 × 2,25 m más 2 × 3,35 m hasta 4 × 3,35 m. Según el plan aprobado en 2006, se utilizaron dos de los dos para la segunda etapa en las variantes más grandes La tercera etapa del Changzheng 3A se hizo cargo de los propulsores líquidos de oxígeno / hidrógeno del tipo YF-75, con un empuje de vacío aumentado de 78 a 88 kN y ahora designado como YF-75D. El desarrollo y la construcción de los motores se confió a la Academia de Tecnología de Motores de Cohetes Líquidos en Xi'an , los impulsores a la Academia de Tecnología Espacial de Shanghai y los módulos centrales de la Academia de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento, que también tenía la dirección general. del proyecto. Las tres academias son subsidiarias de la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China . El diseñador jefe Xu Shenghua (徐盛华, * 1939), que había estado involucrado en la planificación preliminar del cohete desde enero de 2001 , ya había cedido su puesto a Li Dong (李东, * 1967) en enero de 2006 .

Hasta entonces, el cohete solo se conocía como el “vehículo de lanzamiento de nueva generación” (新一代 运载火箭). Este modelo ya no tenía mucho en común con los viejos misiles Changzheng. Pero dado que "Changzheng" o "Larga Marcha" fue un nombre de marca introducido en 1970 , el gobierno chino decidió en 2007 nombrar a la nueva familia de cohetes "Gran Marcha 5" o "Changzheng 5" (长征 五号). El primer lanzamiento de un cohete Changzheng 5 tuvo lugar el 3 de noviembre de 2016.

Componentes

Los siguientes componentes se utilizaron en las variantes del cohete construidas hasta ahora:

1ra etapa

Proceso de flujo de derivación (aquí con una turbina común para ambas bombas)

La primera etapa, también conocida como "H-5-1" por los motores de hidrógeno y su diámetro, utiliza oxígeno líquido e hidrógeno líquido como combustible, que en conjunto representan casi el 90% del peso total de la etapa a 165,3 t. De abajo hacia arriba, consta de una pieza base sobre la que se montan los dos motores YF-77, un gran tanque de hidrógeno y un tanque de oxígeno más pequeño, así como la pieza de conexión a la siguiente etapa, que contiene el mecanismo de separación de etapas. Dado que el oxígeno líquido tiene una temperatura de -183 ° C y el hidrógeno líquido de -253 ° C, los tanques están rodeados por una capa aislante de casi 3 cm de espesor. Los tanques se fabricaron a partir de una aleación de aluminio y cobre mediante la técnica de soldadura por fricción y agitación que es especialmente adecuada para este material . Para ahorrar peso, la rejilla de distribución de carga del escalón (el accesorio superior del servomotor acopla la pieza de separación entre los tanques de hidrógeno y oxígeno) se cubrió con una piel exterior de solo 1,2 mm a 2 mm de espesor.

Mientras que el motor de refuerzo YF-100, que fue desarrollado a partir de 2005, causó grandes dificultades al principio - de los primeros cuatro motores fabricados, dos explotaron en el banco de pruebas, dos se incendiaron - el desarrollo de los motores de flujo de derivación de la primera etapa fue en gran parte sin problemas. En este tipo de motor, parte del combustible se quema en una cámara de combustión separada y el gas caliente resultante impulsa dos turbinas, que a su vez impulsan las bombas de combustible del motor cohete real. El gas caliente relajado de las turbinas se libera al medio ambiente a través de dos tubos de escape junto a la boquilla de empuje. Cuando el cohete fue lanzado por segunda vez el 2 de julio de 2017, uno de los motores sufrió un problema en el sistema de escape de una turbina debido a las difíciles condiciones de temperatura, lo que provocó una pérdida de empuje 346 segundos después del lanzamiento y la cohete para estrellarse.

El 12 de octubre de 2017, los ingenieros reconstruyeron el curso del accidente y encontraron la falla. Después de desarrollar y discutir varios enfoques, en abril de 2018 se tomó la decisión de rediseñar la turbina. Se agregaron cinco paletas de guía más y el material para la rueda de guía de salida , que elimina su remolino de rotación del gas caliente que sale, se ha cambiado de acero inoxidable a una superaleación a base de níquel . Inicialmente, esto significó que las existencias tenían que ser desechadas y, por otro lado, el nuevo material era mucho más difícil de procesar. Para el último problema que tenía la Universidad China del Petróleo (Este de China) , la solución en forma de chispa desarrollada allí fue una fresadora CNC de arco explosivo -Hochgeschwindigkeits- .

Unos meses más tarde, los talleres de la Fábrica 211 (la instalación principal de la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento en Beijing) habían fabricado nuevas poleas de escape. Sin embargo, durante la prueba en el banco de pruebas de la Academy for Liquid Rocket Engine Technology en Shaanxi el 30 de noviembre de 2018, se produjo otro mal funcionamiento. La turbina fue rediseñada una vez más. La primera prueba de la nueva versión tuvo lugar el 29 de marzo de 2019. Sin embargo, al analizar los datos de medición registrados, los ingenieros notaron una frecuencia de vibración anormal el 4 de abril de 2019. Dado que se había emitido la instrucción de que el cohete solo podía arrancar cuando "no había la menor indicio de duda" (不 带 一丝 疑虑 上天), se realizaron más cambios en el motor. Estos se completaron en julio de 2019 y el motor había superado con éxito una docena de pruebas a gran escala en el banco de pruebas. Los motores del cohete real se llevaron a Tianjin, desde donde el 22 de octubre de 2019 los dos portacohetes de la base de barcos de seguimiento de pistas de Jiangyin partieron hacia Hainan con los componentes del cohete embalados en contenedores. Entre el inicio en falso el 2 de julio de 2017 y el siguiente intento exitoso el 27 de diciembre de 2019, el cohete estuvo fuera de servicio durante 908 días.

2da etapa

Proceso expansor

La segunda etapa, similar a la primera etapa también llamada H-5-2, también utiliza oxígeno líquido e hidrógeno líquido como combustible para los dos motores YF-75D , que operan según el proceso de expansión , donde el hidrógeno bombea a través de la camisa de enfriamiento. de la cámara de combustión es causado por el calor que se evapora y acciona las turbinas de accionamiento de las bombas de alimentación de combustible antes de que se queme con el oxígeno en la cámara de combustión. Los tanques de la misma aleación forjada AlCu (2219) que en la primera etapa tienen un diámetro de 5 m para el hidrógeno y 3,35 m para el oxígeno. A diferencia de la primera etapa, el tanque de hidrógeno está dispuesto sobre el tanque de oxígeno. Además de los dos motores principales, que se pueden encender varias veces y, como los motores de la primera etapa, se pueden girar 4 ° desde la vertical, la segunda etapa también tiene 18 motores de control de actitud operados con oxígeno gaseoso (GOX) y queroseno - una mezcla conocida en China como "DT3" Tipo FY-85B.

Unidad de control

La unidad de control, alojada en una estructura ligeramente cónica hecha de plástico reforzado con fibra de carbono , se encuentra en el cohete real, tanto en versiones de una etapa como de dos etapas, y forma la transición entre el cohete real con un diámetro de 5 my el carenado de carga útil con un diámetro de 5,2 my el vuelo el misil controla y supervisa.

Bastidor de soporte de carga útil

Ya en el carenado de carga útil, en la parte superior de la unidad de control, está el marco de soporte de la carga útil que se estrecha hacia la parte superior, como la unidad de control en una construcción sándwich hecha de dos capas de cubierta hechas de plástico reforzado con fibra de carbono con una estructura de panal de aluminio en el medio. . En la parte superior de esta unidad, la carga útil se adjunta directamente a las órbitas inferiores, o cuando se transportan múltiples satélites o sondas al espacio simultáneamente para órbitas más altas con un tipo de apogeo de carga útil adjunto Yuanzheng 2 entre ellos. Para transmitir la menor cantidad de vibraciones posible a la carga útil durante el vuelo del cohete, que podría dañarlo, el bastidor de soporte de la carga útil está equipado con amortiguadores de golpes y vibraciones .

Carenado de carga útil

Actualmente hay disponibles dos carenados de carga útil de diferentes longitudes, con una longitud de 12,27 m (para el Changzheng 5E) y 20,5 m (para el Changzheng 5B). Ambas variantes tienen un diámetro de 5,2 m. Dentro de los proyectiles hay espacio para cargas útiles con un diámetro de hasta 4,5 m (los módulos de la estación espacial proyectada tienen un diámetro de 4,2 m). La punta principal del carenado de carga útil está hecha de plástico reforzado con fibra de vidrio . La parte posterior, en forma de huevo, consta de dos capas de cobertura hechas de resina epoxi reforzada con fibra de carbono con espuma de polimetacrilimida (espuma PMI) entre ellas. En comparación con una rejilla alveolar hecha de aluminio, este material tiene una mayor rigidez , mientras que al mismo tiempo se puede llevar fácilmente a la forma deseada durante la fabricación, lo que reduce los costos entre un 20 y un 25%. La sección frontal de la parte en forma de columna del carenado de carga útil consiste nuevamente en un material sándwich de rejilla de resina epoxi / aluminio, mientras que la sección trasera consiste en una aleación de aluminio. Dado que el carenado de la carga útil se calienta fuertemente debido a la fricción del aire, una capa de aislamiento térmico hecha de un material compuesto se pega en el exterior . La versión pequeña del carenado de carga útil pesa 2,4 t, la versión grande alrededor de 4 t. El carenado de carga útil en forma de uno de Kármán-Ogive consta de dos mitades en ambas variantes, que se unen a lo largo del eje longitudinal. Por razones de confiabilidad y para no poner en peligro la carga útil, no se utilizan los pernos pirotécnicos habituales , sino cerrojos giratorios. Después de alcanzar una cierta altura, los cierres giratorios se abren y el carenado de la carga útil se divide en dos mitades, que luego se desprenden.

aumentador de presión

Proceso principal

Hasta ahora, solo se han utilizado impulsores de tipo K-3-1, es decir, con queroseno (y oxígeno líquido) como combustible y un diámetro de 3,35 m. Este es un desarrollo adicional del lanzador Changzheng 3B , que estaba equipado con dos motores YF-100 . Estos motores queman una mezcla de queroseno de cohete y oxígeno líquido utilizando el proceso de flujo principal . Aquí, el queroseno y parte del oxígeno se queman primero parcialmente en una pequeña cámara de combustión, el llamado "pre-quemador", creando un flujo de gas caliente que todavía contiene grandes cantidades en exceso de queroseno no convertido, que primero impulsa la turbina de propulsión. para las bombas de combustible antes de que se queme con el resto del oxígeno en la cámara de combustión principal y aquí al nivel del mar (el cosmódromo de Wenchang está ubicado directamente en la playa) se desarrolla un empuje de 1188 kN. Con dos motores, eso es 2376 kN por propulsor, y dado que hay cuatro propulsores conectados al cohete, 9504 kN de empuje de despegue, que proviene solo de los propulsores. Junto con los dos motores YF-77 de la primera etapa, el cohete tiene un empuje de despegue de 10.524 kN.

En el propulsor de 27,6 m de altura, el tanque de queroseno se encuentra encima de la unidad del motor y, encima, el tanque de oxígeno un poco más grande. En la parte superior del propulsor se encuentra una punta que está biselada en el exterior en un ángulo de 15 ° (mientras que el interior está plano contra el cohete). La punta, que se calienta fuertemente por la fricción del aire, está hecha como una estructura semirrígida, que está cubierta con una película de plástico reforzado con fibra de vidrio resistente al calor. Dado que el peso del cohete real, más de 200 t después del repostaje, solo depende de los cuatro propulsores, su cuerpo real y el accesorio superior e inferior del cohete son relativamente robustos.

Un cierto problema surge de la división del trabajo en la industria. Los propulsores desarrollados por el Instituto 805 de la Academia de Tecnología Espacial de Shanghai se fabrican en su Fábrica 149 en el Distrito de Minhang y luego se transportan al norte hasta la Zona de Desarrollo Económico de Tianjin , donde se encuentran en el taller de ensamblaje final y pruebas de Changzheng Raketenbau GmbH. , una subsidiaria de la Academia China para la tecnología de vehículos de lanzamiento, debe adaptarse al cohete real y probarse antes de que todos los componentes sean llevados a la isla de Hainan , en el extremo sur de China, por cohetes de carga dos meses antes del lanzamiento . Si hay retrasos en el lanzamiento de un cohete, como en 2017, cuando se canceló el lanzamiento de la sonda lunar Chang'e 5 previsto para ese año debido al falso lanzamiento del misil el 2 de julio, los propulsores se almacenan en Tianjin para mucho tiempo - en dicho caso durante 27 meses. En particular, las piezas de plástico como el tubo retráctil en las conexiones de los enchufes eléctricos o la espuma aislante del calor alrededor del tanque de oxígeno envejecen durante este tiempo y deben revisarse cuidadosamente y reemplazarse si es necesario.

variantes

Las prioridades de desarrollo y los nombres de los misiles se han cambiado varias veces. Alrededor de 2011, las primeras cuatro variantes, originalmente designadas de la A a la D, recibieron nombres en clave después de los troncos celestes chinos , que funcionalmente corresponden a los números romanos en Europa. El CZ-5E original pasó a llamarse "Changzheng 5" sin sufijo. Sin embargo, a fines de diciembre de 2019, después del lanzamiento del tercer cohete de la serie el 27 de diciembre de 2019, se revirtieron los nombres originales. Aquí está la familia Changzheng 5 a diciembre de 2020:

• El CZ-5 (长征 五号) consta de una primera etapa H-5-1 con dos motores YF-77, una segunda etapa H-5-2 con dos motores YF-75D y cuatro propulsores K-3 -1 con dos Motores YF-100 cada uno. La primera y segunda etapas se operan con hidrógeno y oxígeno líquidos , los impulsores con queroseno de cohete (RP-1) y oxígeno líquido. El CZ-5 puede transportar hasta 14 toneladas de carga útil en órbitas geosincrónicas inclinadas hacia el ecuador (IGSO), 8 toneladas en una órbita de transferencia a la luna y 5 toneladas en una órbita de transferencia a Marte. Hasta ahora, el cohete siempre se ha utilizado con una etapa de retroceso adicional del tipo Yuanzheng 2 , que, montada en la carga útil, actuó como una tercera etapa del cohete y llevó al satélite como un motor de apogeo desde la órbita de transferencia a la órbita geoestacionaria final. . La etapa de retroceso YZ-2 tiene dos motores YF-50D, que utilizan la combinación de combustible hipergólico (autoinflamable) tetróxido de dinitrógeno y UDMH .

• La segunda variante completada es la CZ-5B (长征 五号 乙), cuyo desarrollo comenzó en 2011. Consiste solo en la primera etapa y utiliza cuatro impulsores del tipo K-3-1. La capacidad de transporte del CZ-5B para órbitas terrestres bajas es de 25 t. El 5 de mayo de 2020, el cohete completó con éxito su vuelo inaugural, durante el cual se puso en órbita un prototipo de la nave espacial tripulada de la nueva generación , una cápsula de reentrada experimental y otras cargas útiles experimentales.

Por el momento, no se continuará desarrollando el resto de variantes planificadas originalmente.

Especificaciones técnicas

Riesgos de seguridad del CZ-5B

El CZ-5B se diferencia de todos los demás cohetes grandes en uso en que la carga útil se lleva desde el escenario principal directamente a la órbita terrestre. Como resultado, esta etapa permanece inicialmente en una órbita baja hasta que vuelve a caer hacia el suelo como resultado del efecto de frenado de la atmósfera alta. No es posible un control de la trayectoria de vuelo, no se prevén maniobras de frenado para un reingreso controlado a la atmósfera. Se acepta un choque de escombros en áreas habitadas en un momento impredecible.

Con una longitud de 33 my un diámetro de 5 m, esta etapa de cohete ha sido la nave espacial más grande que ingresa a la atmósfera terrestre desde el accidente de la estación espacial soviética Salyut 7 en 1991. La plataforma del cohete con un peso vacío de 21 t (como de costumbre) está construida con una construcción ligera, con una capa de aluminio de 1,2 a 2 mm de espesor sobre una rejilla de distribución de carga. No obstante, algunos componentes, como el módulo de accionamiento de 2,7 t con dos motores YF-77 , son bastante masivos y no se queman fácilmente cuando vuelve a entrar .

Durante el primer vuelo del CZ-5B en mayo de 2020, el escenario principal estaba inicialmente en una órbita elíptica con un apogeo de 270 km y un perigeo de 152 km. El reingreso tuvo lugar después de seis días al oeste de África. Luego se encontró una pieza de metal de diez metros de largo que había caído del cielo en un árbol de ceiba cerca de una aldea en el distrito de Lacs en Costa de Marfil . La etapa del cohete había pasado sobre la ciudad de Nueva York unos 15 a 20 minutos antes , causando malestar entre los comentaristas estadounidenses. El 9 de mayo de 2021, los restos de un cohete de este tipo, lanzado una semana y media antes, se estrelló contra el Océano Índico en la latitud 2.65 ° norte y longitud 72.47 ° este .

Lista de inicio

Arranques realizados

Esta es una lista completa de los lanzamientos de CZ-5 a partir del 1 de septiembre de 2021.

Lanzamientos programados

Última actualización: 29 de abril de 2021

Ver también

• Larga marcha (cohete)
• Lista de tipos de misiles

enlaces web

• Página del espacio de Gunter: CZ-5 - Chang Zheng-5 (inglés)

Evidencia individual

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