El misil japonés H3 aguarda la certificación final del motor para su primer vuelo

El cohete H3 impulsado por hidrógeno líquido de tercera generación de Japón se acerca por primera vez a su lanzamiento. El cohete H3 fue desarrollado conjuntamente por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) y Mitsubishi Heavy Industries (MHI), el sucesor de la familia H-II, que ha proporcionado lanzamientos de satélites y misiones de reabastecimiento de carga en la Estación Espacial Internacional durante dos décadas.

El misil H3 es el tercero de la familia de misiles japoneses impulsados ​​por hidrógeno. El primero fue el misil HI utilizado de 1986 a 1992. Luego se utilizó el Extended Long Tank Thor (ELTT) de fabricación estadounidense con seis o nueve propulsores de misiles sólidos (SRB) Caster-2.

Este fue el primer misil japonés en utilizar una segunda etapa criogénica de fabricación japonesa con el nuevo motor LE-5. HI tenía 2,44 metros de diámetro y 42 metros de altura. HI ha volado con éxito nueve veces con un récord de éxito del 100%.

El HI fue reemplazado en 1994 por el misil H-II, el primer misil líquido fabricado íntegramente en Japón. La primera etapa ELTT ha sido reemplazada por una primera etapa de fabricación japonesa que ahora funciona con un solo motor LE-7 Hydrolox. El H-II también incluía un único motor LE-5A Hydrolox de segunda etapa mejorado y dos propulsores de cohetes gemelos de propulsor sólido fabricados en Japón.

El diámetro del misil era de 4 metros y su altura era de 49 metros. Voló siete veces desde 1994 hasta 1999 con cinco lanzamientos exitosos. Luego, el H-II se retiró a favor de los misiles H-IIA y H-IIB.

H-IIA Es el principal sistema de lanzamiento en Japón actualmente en funcionamiento. Utiliza un motor hidráulico LE-7A para la primera etapa, un motor hidráulico LE-5B para la segunda etapa y dos o cuatro propulsores de cohetes sólidos SRB-A. H-IIA tiene el mismo diámetro que H-II, que mide 4 m, pero es más largo con 53 m. El H-IIA realizó su vuelo inaugural en 2001 y actualmente se encuentra en 43 lanzamientos con 42 éxitos.

Vuelo H-IIA 40 lanzado con IBUKI-2 (GOSAT-2) y KhalifaSat, a través de JAXA

H-IIB Era una versión más fuerte de H-IIA para apoyar a los jubilados ahora Vehículo de transporte H-II Konotori (HTV). El misil usó dos motores LE-7A en la primera etapa y la misma segunda etapa que el motor H-IIA. H-IIB era más grande que H-IIA con un diámetro de 5,2 my una altura de 56,6 m. despedido nueve ES Misiones de reabastecimiento de 2009 a 2020 con un récord de éxito del 100%.

El programa H3 comenzó en 2014 para reemplazar la antigua familia H-II para reducir el costo total por lanzamiento. Más similar al H-IIB que al H-IIA, el H3 es un sistema de disparo desechable de dos etapas con tres configuraciones principales. El H3 tendrá un diámetro de 5,2 metros y una altura aproximada de 63 metros, lo que convierte al H3 en el misil más grande jamás fabricado por Japón.

El precio del H3 comenzará en $ 45 millones (alrededor de 5 mil millones de yenes japoneses) por lanzamiento, por lo que es casi la mitad del precio del H-IIA.

La primera etapa del H3 utilizará dos o tres motores de cohete LE-9 Hydrolox, el último motor de cohete desarrollado en Japón para un vehículo de lanzamiento espacial. Derivado del motor cohete LE-5, el LE-9 generará un empuje de 1.472 kN con un empuje específico de 425 segundos. Además, el motor utilizará un ciclo de licuefacción extendido, similar al motor cohete BE-3U desarrollado en EE. UU. origen azul.

El primer motor LE-9 se ensambló e instaló en el banco de pruebas de motores de cohetes en el Centro Espacial Tanihashima en marzo de 2017. El motor fue diseñado por JAXA por Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

El primer motor, el Modelo 1-1, completó con éxito 11 de las 11 pruebas de motor planificadas desde abril de 2017 hasta julio de 2017. La mayoría de las pruebas completaron con éxito quemaduras de duración completa que duraron de 2 segundos a 78 segundos. Sin embargo, las pruebas de motor tres, ocho y nueve terminaron todas antes debido a problemas con las velocidades de rotación del turbo.

De 2017 a 2019, también se probaron con éxito cuatro motores de desarrollo LE-9 más.

A principios de 2020, MHI y JAXA comenzaron a probar el primer motor de certificación para su uso en el cohete H3. Durante la octava de las 14 pruebas previstas, se encontró un problema con la pared de la cámara de combustión y la bomba turbo LH2. Se encontró que la pared de combustión y la bomba de la turbina tenían fracturas por tensión.

Estos problemas se solucionaron, pero retrasaron el primer lanzamiento desde finales de 2020 hasta 2021. En 2021, el motor LE-9 continuó sometiéndose a pruebas de certificación, y el segundo motor certificado se encuentra actualmente en su tercera de diez pruebas.

El tanque de prueba H3 y los motores LE-9 se someten a pruebas de ‘barcaza’, a través de JAXA

El motor LE-9 completó varios logros importantes en 2019 y 2020 con las pruebas de lanzamiento de la “barcaza”. La primera prueba se completó en enero de 2019, con dos motores en el tanque de prueba de la primera etapa. En 2020, se probó un “buque de guerra” de tres motores, utilizando también un tanque de prueba de primera etapa. Estas pruebas arrojaron datos MHI y JAXA para ver cómo reaccionarían los motores a las presiones de encendido de varios motores simultáneamente.

Dos o tres motores LE-9 impulsarán la primera etapa del misil H3. Se utilizarán dos motores en la primera etapa si se utiliza alguno de los SRB para el lanzamiento, mientras que se utilizarán tres motores si no se utilizan SRB. La primera etapa generará 2.942 kN o 4.413 kN de empuje, dependiendo de la cantidad de motores utilizados para el vuelo.

El SRB que se utilizará en el misil H3 es el SRB-3. El diseño del SRB-3 se deriva del SRB-A, que se utiliza en H-IIA y Épsilon misiles. El SRB-3 será un poco más corto que su predecesor, pero tiene un propulsor más sólido y genera más empuje a 2.158 kN. Cero, dos o cuatro de estos propulsores se pueden usar en la primera etapa del misil H3.

El primer misil SRB-3 completado se sometió a una prueba de fuego constante en agosto de 2018. Se realizaron dos pruebas más en 2019 y 2020 para certificar el SRB-3 para H3. Además, en 2019 también se completó una prueba de clase a gran escala.

La primera etapa y los SRB opcionales acelerarán la segunda etapa, reduciendo a la mitad la carga útil y las cargas útiles al espacio. La segunda etapa, impulsada por un solo motor hidráulico LE-5B-3, se colocará a sí misma y a las cargas útiles en la órbita prevista.

El LE-5B-3 es la última versión del motor LE-5. La nueva variante está diseñada para mejorar el rendimiento y reducir el costo del motor. El LE-5B-3 generará 137 kN de empuje con un pulso específico de aproximadamente 448 segundos. Se utilizará un ciclo de licuefacción extendido como el motor LE-9.

Evolución de los motores Hydrolox japoneses – a través de JAXA

El LE-5B-3 realizó su primera prueba de certificación en 2017 y se ha sometido con éxito a 20 quemaduras de motor. El segundo motor se probó durante 2018 y 2019 para completar la aprobación del motor.

La segunda etapa también tendrá un deslastre de carga sobre ella para proteger la (s) carga (s). El regalo tendrá dos variantes corto y largo, pero el diámetro de ambos será de 5,2 metros. En diciembre de 2019, la prueba de la clase de flujo se completó con éxito.

Todas estas pruebas exitosas culminaron con el montaje del H3 Experimental Launch Vehicle Flight 1 (TF1). En 2020, los motores se instalaron en la primera y segunda etapas del TF1. Esto permitió que el misil se sometiera a pruebas funcionales mientras estaba en la planta de Tobishima en la prefectura de Aichi.

En enero de 2021, se completó la prueba y el cohete se envió al Centro Espacial Tanegashima. Un mes después, el misil junto con dos SRB-3 se colocaron en el Lanzador móvil 5 (ML-5) en el Edificio de ensamblaje de vehículos H-IIB (VAB). La operación, conocida como Vehicle to Stand (VOS), fue el último hito significativo antes de que el misil realizara su ensayo con ropa mojada (WDR). El ancho de la carga útil de la maqueta se colocó en la parte superior de la segunda etapa.

En marzo de 2021, el cohete H3 fue transferido a la plataforma Yoshinobu Launch Complex (LC-Y) 2. Después de llegar a la plataforma 2, el cohete se cargó con oxígeno líquido e hidrógeno líquido para WDR.

El ensayo general húmedo, o WDR, es donde se reposta un misil para realizar pruebas de misiles, procedimientos de cuenta regresiva y sistemas terrestres antes del lanzamiento. El misil entró en la cuenta regresiva de lanzamiento a T-8 segundos, cuando el reloj se detuvo como estaba planeado. Se completó la prueba y se descargó el combustible. Poco después, el misil fue devuelto al VAB. Se han completado las inspecciones y el vehículo está en buenas condiciones.

H3 en LC-Y Pad 2 Listo para WDR – a través de JAXA

Desde entonces, el H3 ha estado esperando en VAB para futuras pruebas y certificación final del motor LE-9. El lanzamiento de TF1 está programado para el primer trimestre de 2022 utilizando el satélite 3 de observación avanzada de la Tierra (ALOS-3).

TF1 se ejecutará en la configuración H3-22S. El primer número de la configuración muestra cuántos motores LE-9 hay en la primera etapa, que pueden ser dos o tres. El segundo número muestra el número de aviones SRB-3 que apoyarán la misión. La última letra indica qué regalo se utiliza.

En cuanto al ALOS-3, se lanzará con dos motores LE-9, dos SRB-3 y un crucero de carga útil corta. H3 llevará ALOS-3 a una órbita de 669 kilómetros con una inclinación de 97,8 grados, que es una órbita sincrónica con el sol.

Con estas configuraciones de cohetes, el H3 podrá elevar hasta 3 toneladas a una órbita sincrónica con el sol o 6,5 toneladas a una órbita de transferencia geoestacionaria de 1,5 km / s (GTO), lo que significa una órbita de transferencia donde 1,5 km / s de Delta -V para alcanzar la órbita geoestacionaria operativa.

Una vez que el H3 esté operativo, el H-IIA se dará de baja en 2023. Posteriormente, el H3 apoyará satélites de comunicaciones comerciales, misiones científicas y de exploración, incluido el buque de reabastecimiento de carga HTV-X ISS.

HTV-X (Kotonotori) es la nave de reabastecimiento de carga de próxima generación de JAXA para la Estación Espacial Internacional. El Kotonotori está diseñado para reducir la masa total del vehículo mientras permite que más carga no presurizada vaya a la Estación Espacial Internacional. Podrá atracar en la Estación Espacial Internacional hasta por seis meses y volar libremente en órbita hasta por 18 meses. Está programado para debutar a fines de 2022 en el H3-24L.

H3 y Kotontori también tendrán el potencial de apoyar a la NASA. Puerta Estación espacial lunar. Un futuro reemplazo para el H3 será el cohete H3 Heavy de tres núcleos para llevar la versión HTV-XG a la órbita lunar. También es probable que el HTV-XG se lance en otras variantes más pequeñas de H3 o vehículos de lanzamiento estadounidenses como el Falcon Heavy. El HTV-XG podría lanzarse en 2025 y el H3 Heavy en 2030.

(Vista clave del misil H3 en vuelo, a través de Mack Crawford para NSF / L2)

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