В рецензируемой статье, опубликованной в марте в журнале «Chinese Space Science and Technology», группа китайских ученых из национальной лаборатории в Шанхае выразила серьезную обеспокоенность архитектурой американского лунного посадочного комплекса, используемого в программе «Артемида».
По их мнению, конструкция NASA имеет «некоторые явные слабые места», главным из которых является чрезмерная зависимость от одного высокопроизводительного двигателя.
Этот двигатель отвечает за все критические этапы: от снижения с лунной орбиты до посадки на поверхность, а также является единственным средством для старта астронавтов обратно на орбиту. Любая неисправность этого единственного агрегата, как подчеркивается в работе, лишит миссию всякого запасного варианта.
Принципиальная разница в подходах к безопасности
В противовес американскому подходу, китайские инженеры предлагают многодвигательную схему для собственного лунного посадочного модуля. Разработанная конструкция оснащена четырьмя двигателями с изменяемой тягой, совокупная мощность которых превышает 30 килоньютонов.
Согласно исследованию, даже полный отказ одного из двигателей не станет критическим: оставшиеся три агрегата все равно обеспечат тягу, сопоставимую с главным двигателем космического корабля NASA «Орион». Более того, конструкция включает дополнительный уровень защиты: в случае неработоспособности всех четырех основных двигателей, шесть малых орбитальных маневровых двигателей могут быть активированы прямо на лунной поверхности, предоставляя альтернативный путь для быстрого подъема.
«Такая избыточность поднимает фундаментальный инженерный вопрос: если несколько двигателей обеспечивают большую безопасность, чем один, почему они не используются повсеместно?» — задаются вопросом авторы исследования.
Решение проблемы веса: общий бак и композиты
Главным ограничением для использования многодвигательных систем всегда была масса: дополнительные двигатели увеличивают вес аппарата, снижая эффективность и полезную нагрузку. Китайская команда решила эту проблему с помощью структурной оптимизации, известной как «общий баковый отсек». В более ранних конфигурациях лунных модулей два компонента топлива (горючее и окислитель) хранились в полностью раздельных баках, что добавляло лишний структурный вес. Объединив их в единую структуру с общей стенкой, инженерам удалось устранить ненужное дублирование в каркасе.
По словам исследователей, это нововведение позволило снизить массу конструкции на сотни килограммов. Снижение веса, в свою очередь, дало возможность установить четыре двигателя вместо одного без превышения ограничений по массе при запуске. Дополнительный выигрыш обеспечил бак из композитных материалов, который на 20 процентов легче традиционных металлических аналогов и при этом выполняет функцию несущего элемента космического аппарата.
Подход был подтвержден экспериментально: в статье приводятся результаты полномасштабных огневых испытаний. Эти тесты показали, что четырьмя двигателями с изменяемой тягой можно управлять с точностью, удерживая отклонение тяги в пределах менее 100 Ньютонов.
Такой уровень точности, по мнению авторов, критически важен для предотвращения опрокидывания модуля во время посадки. Однако исследователи отмечают, что воспроизведение подобной системы крайне затруднительно для любой другой космической программы, так как требует высокоточного автономного контроля давления в баке с общим отсеком и жестко синхронизированной работы нескольких дросселируемых двигателей.
