Одним из важнейших пунктов китайской космической программы является изучение Марса. В августе текущего года в Поднебесной должна стартовать миссия «Тяньвэнь-1» (вопросы к небу), предусматривающая доставку к Марсу орбитального аппарата и посадочного аппарата с небольшим марсоходом. Спускаемый аппарат массой 240 кг сядет на равнине Утопия. На марсоходе установлен небольшой радар, мультиспектральная камера, спектроскоп и оборудование для исследования климата и магнитного поля. Энергии аппарата хватит для работы на протяжении трех земных месяцев.
До недавнего времени было известно лишь то, что после выполнения этой миссии следующим шагом марсианской программы должна быть доставка на землю образцов грунта с Красной планеты и что запуск этой миссии запланирован в районе 2030 г.
И вот обнародована более детальная информация. Так, согласно планам, миссия по доставке образцов грунта, которая пока не имеет своего названия, будет включать работу двух аппаратов. Один из них совершит посадку на Красную планету, возьмет образцы грунта, а затем выведет их на орбиту Марса. Второй аппарат должен будет забрать образцы на марсианской орбите и доставить их уже на Землю.
Первый аппарат будет запущен ракетой-носителем CZ-3B в ноябре 2028 г. Он будет состоять из посадочного аппарата и перелетной ступени вроде тех, что использовались на аппаратах MER, Phoenix, Curiosity или InSight. Планируется, что посадочный аппарат совершит вход в атмосферу Красной планеты и совершит посадку в октябре 2029 г. Далее он начнет исследование местности и соберет с поверхности образцы грунта, которые будут помещены в контейнер небольшой «взлетной» ракеты. Она стартует в июле 2030 г. и доставит контейнер с образцами грунта на марсианскую орбиту.
Тут наступит очередь работы того самого второго аппарата, который будет запущен также в ноябре 2028 г. ракетой-носителем тяжелого класса CZ-5. Этот аппарат должен выйти на орбиту Марса в августе 2029 г. Летом 2030 г. он должен принять контейнер с грунтом, после чего покинуть марсианскую орбиту и направиться к Земле.
Если все эти операции пройдут успешно, то капсула с образцами марсианского грунта войдет в атмосферу Земли в сентябре 2031 г.
На первый взгляд может показаться странным, что посадочный аппарат будет запускаться на более легкой ракете CZ-3B. Это значит, что его масса будет на уровне спускаемого аппарата с марсоходом, запускаемого по программе Tianwen-1. Это скорее всего означает, что посадочный аппарат, отправляемый за марсианским грунтом, будет сделан как раз на базе посадочного аппарата Tianwen-1 (в случае его успешной посадки эта технология будет отработана, так что на данном этапе изобретать что-то новое смысла нет). Ну а то, что второй аппарат будет запущен тяжелым носителем CZ-5 объясняется тем, что его нужно не только доставить к Марсу, но и вернуть обратно к Земле, что подразумевает наличие на его борту необходимого количества топлива.
Однако крайне интересным моментом во всем этом являются даты. Что же в них такого? А то, что они интересным образом совпадают с планами NАSА относительно своей миссии по доставке образцов грунта – Mars Sample Return (MSR).
Пять лет тому назад в NАSА решили, что эта миссия слишком дорогая и отложили ее на неопределенное время, отодвинув аж за 2030 г. Но как только Китай объявил о своих планах доставки грунта на Землю в 2030 г., NАSА стало искать возможность осуществить свои планы до 2030 г. Были попытки разработать недорогой вариант MSR, но они успехом не увенчались. Поэтому два года назад американцы возобновили контакты с Европейским космическим агентством (ЕКА) для сотрудничества по этой программе. В текущей версии она состоит из трех аппаратов. Первым в этой миссии в 2020 г. на Марс отправится марсоход. Он соберет образцы грунта в районе кратера Езеро. Следующим, в 2026 г., стартует американский аппарат Sample Retrieval Lander (SRL). Он должен совершить посадку на Красную планету в 2028 г. в том же районе. SRL будет иметь спускаемый аппарат и перелетную ступень, аналогичную той, что использовалась в программах Curiosity и Mars 2020, но вместо марсохода он будет нести посадочный аппарат с ракетой Mars Ascent Vehicle (MAV) и европейский марсоход Sample Fetch Rover (SFR). Марсоход, собравший образцы грунта, доставит их к ракете MAV, где они с помощью манипулятора будут помещены в капсулу Orbital Sample (OS), представляющую собой сферу массой около 10 кг и диаметром 270 мм. После этого ракета MAV взлетит, выйдет на марсианскую орбиту и передаст капсулу OS европейскому орбитальному аппарату Earth Return Orbiter (ERO). В свою очередь на аппарате ERO капсула OS разместится в капсуле Earth Entry Vehicle (EEV), способной выдержать тепловой нагрев при входе в земную атмосферу. Забрав капсулу с марсианским грунтом, ERO отправится к Земле.
По плану образцы грунта должны прибыть на Землю в сентябре 2031 г., точно в тоже самое время, что запланировали в своей программе китайцы! Разница в том, что программа MSR гораздо сложнее, а значит и риск не уложиться в указанные сроки значительно выше. Конечно, у китайцев тоже могут возникнуть задержки, однако с технической точки зрения риск в их программе гораздо ниже, что повышает шансы Китая доставить марсианский грунт на Землю раньше. В то же время на стороне американцев отработанные технологии и немалый опыт (вспомним те же программы Phoenix, Curiosity, InSight и другие). Как бы то ни было, ясно одно – между Китаем, с одной стороны, и США в партнерстве с Европой, с другой стороны, начинается гонка за право быть первой страной, доставившей марсианский грунт на Землю.
Но это все же отдаленные планы, которые еще могут измениться, а пока же в космос отправился новый китайский космический корабль (пока еще в беспилотном варианте), рассчитанный, как сообщалось китайскими СМИ, на шесть членов экипажа.
5 мая 2020 г. с пусковой установки LP‑101 космодрома Вэньчан состоялся первый запуск ракеты-носителя CZ-5B. Полезной нагрузкой служил новый китайский космический корабль, для которого это также был первый полет в космос. Был и еще один груз: небольшой экспериментальный аппарат с надувной теплозащитой. По сообщению агентства Синьхуа Ньюс он «не сработал, как планировалось». Других подробностей пока нет.
Это не первый такой проект. В свое время подобные технологии испытывали и Россия, и США, и Япония. А вот с космическим кораблем все прошло лучше. На орбите корабль провел почти три дня, в ходе которых выполнил ряд экспериментов. Судя по фото, на первом корабле стыковочный агрегат не устанавливался, как не было на нем и системы жизнеобеспечения. Корабль нес, в частности, семена для проверки воздействия внешних радиационных поясов и 3D-принтер, разработанный для работы в условиях невесомости. Корабль неоднократно включал свою двигательную установку, в результате чего оказался на эллиптической орбите с апогеем около 8000 км. С этой орбиты спускаемый аппарат приступил к возвращению на Землю и вошел в атмосферу со скоростью более 9 км/с. Таким образом имитировалось возвращение после полета к Луне. Спускаемый аппарат приземлился 8 мая в пустыне Гоби.
Предположения о том, что Китай работает над новым космическом кораблем, появились еще в 2014 г. Тогда была опубликована статья под названием «Концепция определения многоцелевого пилотируемого космического корабля нового поколения», причем изображением корабля являлось не что иное, как и изображение проекта американского CEV (Crew Exploration Vehicle). Это был обзор различных прошлых и нынешних концепций пилотируемых космических кораблей, на которых было возможно осуществить полет к Луне. Также в статье описывались ограничения космического корабля «Шэньчжоу». Впрочем, это еще ни о чем не говорило. Мало ли кто какие исследования проводит, более того исследования ведутся регулярно.
И вот, в ноябре 2015 г., 508-й институт Китайской исследовательской академии космической техники (CAST) провел тест трехкупольной парашютной системы, что являлось уже гораздо более весомым поводом для такого рода предположений. Но даже тогда не было стопроцентной уверенности, ведь не было точно известно, являются ли эти испытания частью какой-либо программы. Это вполне могли быть отдельные самостоятельные испытания, например, для проверки каких-либо теоретических расчетов.
Все стало на свои места в марте 2016 г., когда было объявлено, что полезной нагрузкой в первом запуске ракеты-носителя CZ-7 будет уменьшенный (60%) прототип спускаемого аппарата нового корабля.
Запуск состоялся 25 июня 2016 г. Уменьшенный прототип спускаемого аппарата нового корабля имел диаметр 2,6 м и массу 2,6 т. Интересно, что это был не только первый запуск ракеты-носителя CZ-7, но и первый запуск с космодрома Вэньчан. Отделение прототипа спускаемого аппарата произошло на 598-й секунде. На тринадцатом витке начался спуск, после чего возвращаемый аппарат приземлился в Автономной провинции Внутренняя Монголия. Так как после касания поверхности Земли парашют не отстрелился, спускаемый аппарат протащило несколько сотен метров. Не планировался ли изначально его отстрел или же не сработал механизм, неизвестно.
Новый корабль, как и российский «Орел», будет иметь два варианта (массой 14 и 20 т). Более легкая модификация будет использоваться для полетов на околоземную орбиту, а двадцатитонный вариант – для полетов к Луне. Главные отличия заключаются в размерах сервисного модуля. В первом полете была испытана «тяжелая» версия корабля. Его разработкой занимался 508-й институт Китайской исследовательской академии космической техники. Длина корабля составляет 8,8 м, диаметр спускаемого аппарата – 3,3 м. Корабль выполнен по стандартной для нового поколения кораблей схеме, при которой впереди установлен спускаемый аппарат, в котором располагается экипаж из трех человек (точные данные о максимальном числе членов экипажа отсутствуют, в разных источниках указывается и шесть, и семь человек), а за ним – сервисный модуль с различными системами корабля, солнечными батареями и двигательной установкой. В передней части спускаемого аппарата установлен андрогинный стыковочный агрегат, аналогичный таковому на кораблях «Шэньчжоу». Тот, в свою очередь, ведет свою родословную от российского стыковочного агрегата АПАС. Приземляться корабль будет с помощью трехкупольной парашютной системы и надувных амортизаторов. Аналогичное решение применяется на американском корабле CST‑100 Starliner. Напомним, что на кораблях «Шэньчжоу» применяется единственный главный парашют и небольшие ракетные двигатели для смягчения удара о землю. Такая схема была заимствована у российских кораблей «Союз». Планируется, что «легкая» версия корабля должна будет запускаться ракетой CZ-7, «тяжелая» – CZ-5B и еще одним носителем, пока не имеющим названия.
Ракета-носитель CZ-5B является модификацией CZ-5, не имеющей третьей ступени и оснащенной новым головным обтекателем. Этот носитель предназначен для выведения полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту. На данный момент CZ-5B является наиболее мощным китайским ракето-носителем, он способен доставить в космос 25 т. Первая ступень состоит из четырех боковых блоков К3-1 длиной 28 м и диаметром 3,25 м. На каждом блоке установлено по два кислородно-керосиновых двигателя YF-100 тягой 1339,5 кН. Центральный блок второй ступени H5-1 имеет длину 31,02 м и диаметр 5 м. На H5-1 стоят два водородных двигателя YF-77 тягой 700 кН каждый. В дальнейшем при помощи CZ-5B будут запущены все три модуля новой китайской космической станции. é