Mercoledì 12 luglio 2023, la compagnia privata cinese LandSpace ha lanciato il suo razzo ZhuQue-2 a metano. Questo è stato il secondo lancio del razzo dopo il suo volo inaugurale fallito nel dicembre 2022. Le affermazioni iniziali della compagnia hanno rilevato un successo della missione, segnando così il primo razzo metalox (metano ed ossigeno liquidi) a raggiungere l'orbita.

 

Il razzo ZhuQue-2

ZhuQue-2 ('Uccello Rosso' in cinese) è un razzo progettato dalla società privata cinese LandSpace. È alto 49,5 metri con un diametro del corpo del razzo di 3,35 metri. Il veicolo di lancio di medie dimensioni ha una capacità di carico fino a sei tonnellate su un'orbita bassa terrestre di 200 chilometri e fino a quattro tonnellate in un'orbita sincrona solare (SSO) di 500 chilometri.

Uno degli obiettivi dello sviluppo di ZhuQue-2 era il metano verde ed economicamente sostenibile. Secondo il sito web di LandSpace, il prezzo del propellente è stato ridotto del 50-90%, paragonabile a lanciatori cinesi simili. Inoltre, il metano consente un approccio non tossico, meno inquinante e più moderno per alimentare il razzo, rispetto agli ipergolici della prima famiglia Chang Zheng (Lunga Marcia).

Inoltre, ZhuQue-2 utilizza la standardizzazione e la generalizzazione nell'intero razzo. Il razzo è realizzato con parti standard quando possibile e, con ciò, LandSpace potrebbe ridurre ulteriormente il costo dell'intero complesso.

Il primo stadio del razzo, che presenta il disegno caratteristico dell'uccello rosso, è alimentato da quattro motori TQ-12 metano liquido-ossigeno liquido (metalox). Questi sono i primi motori a metano della Cina utilizzati su un veicolo di lancio. Sono motori a ciclo aperto per generatori di gas, più semplici di altri nuovi motori metalox, come il Raptor di SpaceX o il BE-4 di Blue Origin. Quando combinati, quattro motori TQ-12 sono indicati come un pacchetto motore TQ-13.

Al decollo, questi motori producono una spinta di 268 tonnellate. L'intero stack ha una massa di 219 tonnellate, che porta il rapporto spinta/peso complessivo a 1,22. I motori hanno un diametro dell'ugello di 1,5 metri e funzionano con un rapporto di miscela di 3,5 parti di ossigeno e metano in massa. L'impulso specifico al livello del mare è di 284,5 secondi.

I motori sono stati inizialmente accesi nel maggio 2019 in preparazione alla certificazione per il volo inaugurale. In prospettiva, LandSpace prevede di sviluppare questo motore nel TQ-12A, fornendo spinta migliorata, impulso specifico ed efficienza di massa.

Nel secondo stadio, il razzo presenta ancora un motore TQ-12, assistito da quattro motori di manovra TQ-11. Ciò cambierà in uno dei prossimi voli con l'aggiornamento al motore TQ-15A, fornendo funzionalità di orientamento ed eliminando così i motori vernieri.

cina landspace zhuque2 flight2 12072023

Nella foto il volo del razzo ZhuQue-2 a metano ed ossigeno liquidi al secondo tentativo. Credito: Xinhua

Dopo che l'accensione del secondo stadio è terminata, l'inserimento è stata eseguita solo dai motori vernieri TQ-11. Mentre il motore principale si è spento, i quattro vernier hanno portato il razzo nell'orbita finale usando una spinta più precisa.

Il primo stadio del razzo, in futuro, presenterà anche la possibilità di essere riutilizzabile. Sebbene questo non sia un argomento che LandSpace ha dettagliato finora, è stato confermato che il motore TQ-12A del primo stadio sarà costruito pensando a più ri-accensioni, necessari per un primo stadio riutilizzabile se la società desidera farlo atterrare in modo propulsivo.

 

In vista del lancio

I primi segni di un'imminente campagna di lancio sono stati segnalati dagli avvistamenti di Harry Stranger (@Cosmic_Penguin su Twitter), che ha utilizzato le immagini satellitari mostrando che il razzo era tornato sul sito di lancio 96 di LandSpace. accennando a breve a un ritorno in volo del vettore.

A metà maggio, LandSpace ha mostrato le immagini del viaggio di 3.700 chilometri del razzo attraverso la Cina fino al pad. Questo trasporto è anche il motivo per cui il diametro comune dei razzi cinesi, incluso lo ZhuQue-2, è di circa 3,5 metri. Qualcosa di più grande di questo limiterebbe la capacità del razzo di essere trasportato su strade e treni.

Dopo che un lancio iniziale era imminente all'inizio di giugno, il razzo è stato presto riportato all'hangar, presumibilmente a causa di un malfunzionamento del perno di rilascio del secondo stadio durante il terzo test completo di pre-lancio. LandSpace ha poi confermato il lancio e il sollevamento del razzo in un video pubblicato sui social media cinesi all'inizio di luglio. Da allora, il veicolo è rimasto in posizione verticale sul Launch Site 96 presso il Centro Lancio Satelliti di Jiuquan in Cina.

 

Il secondo carico utile di volo di ZhuQue-2

Finora, il carico utile per questo lancio rimane sconosciuto. Non è chiaro se LandSpace abbia ottenuto un altro carico utile su questo razzo dopo il volo inaugurale iniziale o se abbia volato con un carico utile fittizio per questa missione. Indipendentemente da ciò, la carenatura del carico utile era installata regolarmente sul razzo in modo che il vettore volasse in una configurazione paragonabile a un normale volo operativo.

cina landspace zhoque2 flight2 engine

Nella foto i quattro motori del primo stadio del razzo ZhuQue-2 a metano ed ossigeno liquidi. Credito: LandSpace

La patch della missione di questa missione si concentra anche sul razzo e non fornisce indizi su un potenziale carico utile. Sul sito del razzo è stato diffuso il motto del volo "dare vita all'energia verde".

 

Il primo fallimento del volo di ZQ-2

Nel rapporto dell'indagine, eseguita alcuni mesi fa, LandSpace ha dettagliato i problemi del primo volo. Una pompa a bassa pressione dell'ossigeno liquido (LOX) per il motore verniero del secondo stadio si è rotta sotto la forza dell'impatto a causa dell'arresto del motore principale del secondo stadio.

In quel momento, il razzo stava già viaggiando a cinque chilometri al secondo secondo la telemetria mostrata sui social media cinesi. Con ciò, mancavano circa due chilometri al secondo per raggiungere l'orbita con successo.

Questo avvenne durante l'evento in cui il secondo stadio si sarebbe spento e avrebbe lasciato che i quattro vernieri prendessero il resto del volo. Durante questo periodo, si è rotto un collegamento al tubo di ingresso LOX, che non era stato progettato correttamente per l'arresto. LandSpace ha condotto una serie di test a terra, rafforzando il colpevole del fallimento.

Questo sarà l'ultimo volo della combinazione dello stadio superiore TQ-12. Dopo il secondo volo, subentrerà il potenziato TQ-15A, eliminando il problema. Il primo stadio del volo inaugurale, compresi i quattro motori TQ-12, ha funzionato comunque in modo impeccabile.

 

La corsa del metano in orbita

Dopo che ZhuQue-2 fallì il primo tentativo alla fine del 2022, sia Starship di SpaceX che Terran-1 di Relativity Space non completarono i loro profili di missione per il loro primo lancio e la corsa rimase aperta.

Starship, Vulcan di ULA e ZQ-2 di LandSpace sono rimasti in corsa, con Relativity Space che non ha più perseguito le operazioni Terran-1. Altri razzi a metano, come New Glenn di Blue Origin e Terran-R di Relativity Space, non dovrebbero volare a breve.

cina landspace zhoque2 flight2 pad

Nella foto il razzo ZhuQue-2 a metano ed ossigeno liquidi sulla rampa di lancio. Credito: LandSpace

A causa delle sfide chimiche e ingegneristiche, i razzi a metano non sono stati presi finora in considerazione nella storia dei voli spaziali. Ma con i propellenti verdi e la riusabilità al centro dell'attenzione, il metano improvvisamente mostra vantaggi rispetto ai carburanti tradizionali.

Una delle principali sfide del metano è la stabilità della combustione, poiché il punto di ebollizione del metano è molto vicino a quello del suo ossidante. Quindi, lo stato della materia in cui si trovano sia le molecole di ossigeno che di metano durante la combustione è meno evidente di quanto lo sia con l'idrogeno o il propellente per razzi 1 (RP-1). Ciò può causare instabilità nei pre-bruciatori e nelle camere principali.

Un altro fattore importante è la corsa sempre più economica alla costruzione di razzi più economici. Il metano è il più economico dei tre carburanti più “tradizionali”, battendo l'RP-1 e l'idrogeno. Soprattutto con i razzi riutilizzabili, il costo del carburante è un fattore molto più importante nell'economia complessiva. Ridurre i prezzi del carburante può portare enormi vantaggi.

Un ultimo vantaggio del metano rispetto all'RP-1 è che non presenta il problema del coking. Poiché l'RP-1 non brucia pulito, lascia dietro di sé altre sostanze che si incastrano nell'ugello e possono ostruire, nel tempo, l'impianto idraulico del motore. Sebbene questo non sia stato un problema solo con i razzi usati una volta, può essere una sfida per i razzi riutilizzabili del futuro.

 

L'azienda LandSpace

LandSpace è stata fondata nel giugno 2015 e il suo primo razzo sviluppato è stato lo ZhuQue-1. Il razzo doveva essere un razzo a propellente solido a tre stadi e ha effettuato il suo primo volo nell'ottobre 2018. Dopo questo volo, la società si è concentrata interamente nello sviluppo ZhuQue-2, il loro razzo vettore di media portata.

Nelle ultime settimane sono apparse voci sulla difficile situazione finanziaria di LandSpace. Pertanto, il volo di ZhuQue-2 potrebbe diventare un'importante pietra miliare nel futuro dell'azienda, in quanto potrebbero aspirare ad assorbire il mercato dei carichi utili SSO di medie dimensioni attualmente coperti dai razzi Chang Zheng di prima generazione.

Si è trattato infine quindi del 102esimo lancio orbitale globale del 2023, il 27esimo per la Cina, tutti avvenuti con successo.