Китай против NASA: кто безопаснее сядет на Луну — четыре двигателя против одного

Американская лунная программа опирается на единственный двигатель. От его работы зависит всё: снижение с орбиты, посадка, взлёт. Никакого резерва. Если он откажет — экипаж останется на Луне навсегда. Китайские инженеры выбрали другой путь. Их посадочный модуль оснащён четырьмя двигателями. Даже если один откажет, остальные три справятся с задачей. Но чтобы это стало возможным, им пришлось решить проблему массы — и они нашли элегантное решение. Вопрос в том, чья философия окажется правильной, когда на кону будут стоять человеческие жизни.

Философия американской лунной архитектуры во многом опирается на единственный высокопроизводительный маршевый двигатель, от которого зависят ключевые этапы миссии. Во время посадки именно этот двигатель полностью контролирует снижение аппарата — от выхода с лунной орбиты до касания поверхности Луны. После завершения работы на поверхности ситуация повторяется: тот же двигатель становится единственным средством возвращения астронавтов. Отсутствие резервирования означает, что любая серьёзная неисправность может лишить экипаж запасного варианта спасения. Именно на этот риск указали китайские исследователи в статье, опубликованной в журнале Chinese Space Science and Technology. По их мнению, такая архитектура «содержит ряд очевидных слабых мест».

Четыре двигателя вместо одного

В отличие от американского концепта, китайский лунный модуль проектируется по многодвигательной схеме. Разработанный исследовательской группой лаборатории в Шанхае аппарат оснащается четырьмя двигателями переменной тяги, суммарно развивающими более 30 килоньютонов тяги. Даже в случае полного отказа одного двигателя оставшиеся три способны обеспечить тягу, сопоставимую с мощностью основного двигателя американского космического корабля Orion. Конструкторы пошли ещё дальше и предусмотрели дополнительный уровень защиты. Если основные двигатели окажутся полностью неработоспособными, на поверхности Луны можно будет задействовать шесть малых двигателей орбитального маневрирования. Они способны обеспечить аварийный взлёт и дать экипажу шанс покинуть поверхность спутника.

Проблема массы и её решение

Такой подход поднимает закономерный вопрос: если несколько двигателей обеспечивают более высокий уровень безопасности, почему эта схема не используется повсеместно? Ответ прост — масса. Каждый дополнительный двигатель увеличивает вес космического аппарата, что снижает полезную нагрузку и ухудшает эффективность всей системы.

Китайские инженеры попытались решить эту проблему за счёт глубокой оптимизации конструкции. Ключевым элементом стала технология так называемого бака с общей перегородкой. В новой пилотируемой космической системе для дальнего космоса используется система подачи топлива под давлением, в которой горючее и окислитель разделены общей внутренней стенкой — так называемым «общим дном». В более ранних проектах посадочных модулей оба компонента топлива хранились в полностью отдельных баках. Это требовало дополнительных конструктивных элементов, увеличивало массу аппарата и занимало больше внутреннего объёма. Объединив резервуары в единую конструкцию с общей перегородкой, инженеры смогли устранить значительную часть дублирующих элементов. По данным исследователей, это позволило сократить массу конструкции на сотни килограммов без ущерба для объёма баков и рабочих характеристик системы.

Освободившийся вес сделал возможным использование четырёх двигателей вместо одного без превышения ограничений по стартовой массе. Сам бак изготовлен из композиционных материалов и оказался более чем на 20% легче традиционных металлических аналогов. Кроме хранения топлива он выполняет ещё одну важную функцию — служит несущим элементом конструкции космического аппарата, фактически становясь частью его силового каркаса. Это дополнительно повышает массовую эффективность всей системы.

Огневые испытания

Авторы работы подчёркивают, что их выводы основаны не только на компьютерном моделировании. В исследовании приводятся результаты полноценных огневых испытаний всей силовой установки. Они показали, что четыре двигателя переменной тяги могут работать практически синхронно. Разброс тяги между ними не превышал 100 ньютонов — чрезвычайно высокий показатель точности для подобных систем. Такая синхронизация критически важна, поскольку даже небольшая асимметрия тяги способна вызвать неконтролируемое вращение посадочного аппарата во время наиболее ответственных этапов полёта. Эксперименты также подтвердили возможность эффективного управления давлением внутри баков с общей перегородкой — одной из самых сложных задач подобной архитектуры.

Что это значит для будущего лунных миссий

Авторы исследования отмечают, что воспроизвести такую систему будет крайне сложно любой другой космической программе. Для её работы требуется высокоточная автономная система управления давлением внутри общего бака, функционирующая с минимальными запасами по допустимым параметрам. Не менее сложной задачей является синхронизация работы нескольких двигателей переменной тяги. С каждым новым двигателем количество взаимосвязей и управляющих параметров растёт, что многократно усложняет всю систему. По сути, китайские инженеры пытаются обменять простоту однодвигательной схемы на более высокий уровень надёжности. Насколько успешным окажется этот подход, станет ясно лишь после реальных лётных испытаний, однако уже сейчас он демонстрирует принципиально разные взгляды Китая и NASA на безопасность будущих пилотируемых миссий на Луну. И пока NASA делает ставку на проверенную, но рискованную схему, Китай создаёт систему, которая может дать экипажу шанс там, где у американских астронавтов его не будет. Вопрос в том, чья философия окажется правильной, когда на кону будут стоять человеческие жизни.