Japonská nosná raketa třetí generace na kapalné pohonné látky, H3, se přibližuje svému prvnímu startu. Nosič společně vyvíjený japonskou agenturou JAXA a společností MHI (Mitsubishi Heavy Industries) navazuje na rodinu raket H-II, které po dvě desetiletí zajišťovaly vynášení družic a nákladních lodí mířících k ISS. Jak již zaznělo, raketa H3 bude třetí generací japonských orbitálních raket na kapalné pohonné látky. První z nich (H-I) se používala mezi roky 1984 a 1992. Její první stupeň tvořil americký ELTT (Extended Long Tank Thor) se šesti nebo devíti pomocnými motory Caster-2 na tuhé pohonné látky. Na této raketě také Japonci poprvé použili vlastní kryogenní druhý stupeň s tehdy novým motorem LE-5. Raketa o průměru 2,44 metru byla vysoká 42 metrů, letěla celkem devětkrát a ani jednou neselhala.

V roce 1994 byla raketa H-I nahrazena nosičem H-II, první čistě japonskou nosnou raketou na kapalné pohonné látky. Americký ELTT byl nahrazen v Japonsku vyráběným prvním stupněm s motorem LE-7 na kapalný kyslík a vodík. Na horním stupni rakety H-IIA se použil vylepšený motor LE-5A a nové byly také dva pomocné urychlovací stupně na tuhé pohonné látky – taktéž vyráběné v Japonsku. Raketa měla průměr 4 metry a na výšku měřila 49 metrů. Celkem letěla mezi roky 1994 a 1997 sedmkrát, z čehož pět startů bylo úspěšných. Pak raketa H-II odešla do výslužby a byla nahrazena nosiči H-IIA a H-IIB.

Raketa H-IIA je v současné době hlavním japonským nosičem. Na prvním stupni využívá motor LE-7A na kapalný kyslík a vodík, na druhém stupni motor LE-5B na stejnou pohonnou směs a při startu ještě pomáhají dva nebo čtyři motory SRB-A na tuhé pohonné látky. Rakety H-IIA mají stejný průměr (4 metry) jako H-II, ale „áčko“ je vyšší (53 metrů). Raketa H-IIA si svou premiéru odbyla v roce 2001 a do dneška má na svém kontě 43 startů s 42 úspěchy.

Raketa H-IIB je silnější verzí nosiče H-IIA a sloužila k vynášení dnes již vyřazených nákladních lodí HTV (H-II Transfrer Vehicle) známých také jako Kounotori. Tato verze využívala na prvním stupni dva motory LE-7A a horní stupeň byl stejný jako u H-IIA. „Béčko“ bylo větší než „áčko“ – průměr činil 5,2 metru a výška byla 56,6 metru. Raketa H-IIB vynesla k ISS mezi roky 2009 a 2020 celkem devět nákladních lodí HTV a ve všech případech byla úspěšná.

Program nosné rakety H3 začal v Japonsku v roce 2014 s cílem nahradit stárnoucí rakety z řady H-II a snížit startovní náklady. H3 má spíše blíže k H-IIB než k H-IIA. Jde o dvoustupňový nosič, která bude mít tři základní konfigurace. Raketa H3 o průměru 5,2 metru bude mít výšku přibližně 63 metrů, což z ní bude dělat největší japonskou raketu všech dob. V tomto odstavci již zaznělo, že nová raketa má zlevnit starty. Aktuálně se zdá, že jeden start rakety H3 bude stát 45 milionů dolarů (zhruba 5 miliard japonských jenů), což by byla polovina nákladů na vypuštění rakety H-IIA.

Raketa H3 bude na prvním stupni používat dva nebo tři raketové motory LE-9 na kapalný kyslík a vodík. Jde o nejnovější raketové motory vyvinuté v Japonsku pro kosmické rakety. Konstrukce je odvozena od úspěšného motoru LE-5. Nový motor LE-9 má poskytovat tah 1472 kN při specifickém impulsu 425 s. Motor by měl využívat tzv. expander bleed cycle, takže bude podobný motoru BE-3 od firmy Blue Origin. První motor LE-9 byl sestaven a usazen na testovací stůl kosmodromu Tanegašima v březnu 2017. Návrh motoru zajistila agentura JAXA, výrobu pak firma MHI. První motor (označovaný jako model 1-1) dokončil mezi dubnem a červencem 2017 všech 11 plánovaných testů. Většina zkoušek trvala mezi 2 a 78 sekundami, ale testy číslo 3, 8 a 9 skončily předčasně kvůli problémům s rychlostí rotace turbočerpadla.

Mezi roky 2017 a 2019 se MHI a JAXA pustily do testů prvního certifikačního motoru pro použití na raketě H3. Během osmi ze čtrnácti testů se objevil problém na stěnách spalovací komory a také na turbočerpadle kapalného vodíku.  Konkrétně se na obou částech objevily únavové praskliny. Tyto závady se podařilo vyřešit, ovšem bylo to za cenu odkladu prvního startu z konce roku 2020 na rok 2021. V letošním roce pak motor LE-9 pokračoval v certifikačních zkouškách, přičemž aktuálně je druhý testovaný motor na třech z deseti testů.

Motor LE-9 dokončil mezi roky 2019 a 2020 několik důležitých milníků – konkrétně šlo o zážehy označované jako „Battleship“. První test proběhl v lednu 2019 a testovaly se při něm dva motory na testovací nádrži prvního stupně. V roce 2020 pak proběhl test „Battleship“ se třemi motory připojenými k testovací nádrži prvního stupně. Tyto testy daly MHI a JAXA cenná data o tom, jak budou motory reagovat na síly vyvíjené při současném fungování více motorů.

V článku již bylo uvedeno, že na prvním stupni rakety H3 budou buďto dva nebo tři motory LE-9. Dvoumotorová varianta prvního stupně se použije tehdy, pokud budou na raketě nějaké pomocné motory na tuhé pohonné látky. Pokud se nepoužijí žádné pomocné urychlovací stupně, pak budou na prvním stupni tři motory LE-9.  První stupeň tedy podle zvoleného počtu motorů vygeneruje tah 2 942 nebo 4 413 kN.

Když už jsme nakousli pomocné urychlovací stupně na tuhé pohonné látky, pojďme si říct, že na raketě H3 se použije verze SRB-3, které jsou odvozené od SRB-A používaných na raketě H-IIA a malé raketě Epsilon. SRB-3 jsou trochu kratší než jejich předchůdci, ale pojmou více pohonných látek a vyvinou větší tah – 2 158 kN. Na první stupeň rakety H3 bude možné připojit 0, 2 nebo 4 motory SRB-3. První dokončený exemplář SRB-3 prošel statickým zážehem v srpnu 2018 a další dva testy proběhly v letech 2019 a 2020. Právě při nich proběhla certifikace motoru SRB-3 pro raketu H3. Kromě toho ještě v roce 2019 skončily plnorozměrové testy separačního mechanismu.

Výše popsaný první stupeň (ať už s pomocí SRB-3 nebo bez ní) urychlí horní stupeň, náklad a aerodynamický kryt. Druhý stupeň bude pohánět jeden motor LE-5B-3, který zajistí navedení nákladu na plánovanou dráhu. Motor LE-5B-3 je nejnovější verzí motoru LE-5. Nová verze byla navržena s důrazem na lepší výkon a snížení výrobních nákladů. Motor LE-5B-3 vyvine tah 137 kN při specifickém impulsu 448 s. Stejně jako výše popsaný LE-9 využije tzv. expander bleed cycle. Motor LE-5B-3 provedl svůj první certifikační test v roce 2017 a úspěšně prošel dvaceti zážehy. Druhý motor byl pečlivě testován mezi roky 2018 a 2019, aby mohla být dokončena certifikace tohoto motoru.

Na vrcholu horního stupně bude sedět aerodynamický kryt, který bude chránit náklad. Kryt vznikne ve dvou verzích (krátké a dlouhé), přičemž obě budou mít průměr 5,2 metru. V prosinci 2019 byly úspěšně dokončeny zkoušky odhození krytu. Všechny popsané testy byly nezbytné k tomu, aby mohl přijít první významný vrchol – sestavení rakety H3 TF1 (Test Flight No. 1). V roce 2020 byly motory usazeny do prvního a druhého stupně TF1. Díky tomu bylo možné, aby raketa podstoupila funkční testy za základně Tobišima v prefektuře Aiči.

V lednu 2021 byly tyto testy dokončeny a nosič mohl být odeslán na kosmodrom Tanegašima. O měsíc později se části rakety včetně dvou pomocných stupňů SRB-3 začaly skládat na mobilní vzletovou plošinu ML-5 (Movable Launcher 5) v hale VAB (Vehicle Assembly Building) postavené pro rakety H-IIB. Krok označovaný zkratkou VOS (Vehicle On Stand) byl posledním důležitým milníkem před zkouškou WDR (Wet Dress Rehearsal), pro kterou dostala raketa na horní stupeň neletovou hmotnostní maketu aerodynamického krytu s nákladem. V březnu 2021 byla raketa vyvezena na vzletovou rampu 2 startovního komplexu Jošinobu (LC-Y). Poté byly nádrže rakety naplněny kapalným kyslíkem a vodíkem.

Zkouška WDR spočívá právě v plnění nádrží rakety pohonnými látkami, simulaci předstartovního odpočtu a kontrole pozemního vybavení před startem. Raketa prošla simulovaným odpočtem až do času T-8 sekund, kde byl odpočet podle plánu zastaven. Zkouška byla úspěšně dokončena a pohonné látky mohly být z nádrží odčerpány. Krátce poté byla raketa převezena zpět do haly VAB. Tady na ni čekaly kontroly, po jejichž dokončení mohlo být konstatováno, že nosič je v dobrém technickém stavu. Od té doby raketa H3 čeká v hale VAB na další zkoušky a závěrečnou certifikaci motorů LE-9. Aktuálně je start rakety pořadníkového označení TF-1 plánován na první čtvrtletí roku 2022 a nákladem bude snímkovací družice ALOS-3 (Advanced Land Observation Satellite 3).

TF1 poletí v konfiguraci H3-22S. První číslo konfigurace (za pomlčkou) označuje počet motorů LE-9 na prvním stupni (tedy buďto 2 nebo 3). Druhé číslo zase udává, kolik pomocných motorů na tuhé pohonné látky bude připojeno k prvnímu stupni. Označení konfigurace uzavírá písmeno označující délku použitého aerodynamického krytu. Družice ALOS 3 poletí na raketě se dvěma motory LE-9, dvěma pomocnými stupni SRB-3 a krátkou verzí aerodynamického krytu. Raketa H3 dopraví družici na sun-synchronní dráhu ve výšce 669 kilometrů, která bude vůči rovníku skloněna o 97,8°.

Raketa H3 bude schopna dopravit až tři tuny nákladu na sun-synchronní dráhu, případně 6,5 tuny na dráhu přechodovou k dráze geostacionární, ze které je k dosažení geostacionární dráhy potřebné delta-v 1,5 km/s. Až se raketa H3 dostane do služby, bude možné v roce 2023 vyřadit z provozu rakety H-IIA. S raketou H3 se počítá pro vynášení komerčních komunikačních, vědeckých i průzkumných misí včetně nákladní lodě HTV-X k ISS. Tato loď (označovaná též Kotonotori) je novou generací japonských nákladních lodí pro ISS. Kotonotori má mít menší celkovou hmotnost, ale zároveň má umožnit dopravovat na ISS více nákladu v nehermetizované sekci. Nová loď bude schopna zůstat u ISS připojena až šest měsíců, případně bude schopna volného letu na oběžné dráze až po dobu 18 měsíců. Poprvé by měla startovat koncem roku 2022 na raketě H3 v konfiguraci 24L.

Raketa H3 a loď Kotonotori by teoreticky mohly pomoci také chystané lunární stanici Gateway. Japonci totiž uvažují o tom, že by spojili tři první stupně této rakety, čímž by vznikl nosič s pracovním označením H3 Heavy. Tato těžkotonážní raketa by mohla vynášet k Měsíci nákladní loď HTV-XG. Není vyloučena ani možnost, že by loď HTV-XG mohla letět na menší raketě H3, případně na amerických raketách jako je třeba Falcon Heavy. Premiérová mise lodi HTV-XG by mohla odstartovat nejdříve v roce 2025 a první raketa H3 Heavy nepřijde před rokem 2030.

Přeloženo z:
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2021/09/h3-render.jpg
https://images.squarespace-cdn.com/…E2%80%99s+NASA
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/H-II_series.png
https://forum.nasaspaceflight.com/…dlattach;topic=21491.0;attach=1661521;image
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2021/09/topics_20190411_h3_01.jpg
https://forum.nasaspaceflight.com/…dlattach;topic=21491.0;attach=1661498;image
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2021/09/index_pct_02.jpg
https://global.jaxa.jp/projects/rockets/h3/images/h3_photo1.jpg
https://danielmarin.naukas.com/files/2019/11/Captura-de-pantalla-108.png
https://forum.nasaspaceflight.com/…dlattach;topic=37623.0;attach=1965671;image