Questo articolo è il primo di un post di un blog in due parti di China Aerospace Blog sulle piane spaziali cinesi. Definisce il contesto degli spaziplani in Cina e ripercorre i tentativi passati di realizzare tali veicoli. La parte 2 fornirà un'analisi dei progetti in corso di sviluppo da parte di società statali e private cinesi.

Sommario

1 - Introduzione agli spaziplani
2 - Il punto di vista della Cina in materia: spaceplane, booster, capsule?
3 - La prima industria spaziale cinese e il progetto 863
4 - Gli anni 2000 e 2010: accenni di un rinnovato interesse per gli spaziplani

Introduzione agli spaziplani

Un astronave è definito come un veicolo spaziale riutilizzabile che utilizza la portanza generata dal suo corpo e dalle ali per planare / volare durante le manovre nell'atmosfera terrestre, al contrario di veicoli spaziali a capsula o booster di lancio verticali che seguono una traiettoria balistica e si basano tipicamente su paracadute, airbag o retropropulsione atterrare.

Mentre gli spaziplani hanno innegabilmente vantaggi rispetto ai veicoli spaziali più convenzionali, l'efficienza in termini di costi della riutilizzabilità degli spazi spaziali e le sfide tecniche sono state un'equazione piuttosto complicata. Questo è il motivo per cui i lanci sono stati essenzialmente con razzi a lancio verticale e veicoli spaziali con equipaggio sono stati quasi tutti capsule: Apollo, Soyuz, Shenzhou, Crew Dragon, Starliner, ecc.

Nonostante tutto ciò, in passato è stata svolta una quantità enorme di lavoro sugli spaziplani. Durante il XX secolo sono state condotte ricerche molto attive per comprendere la scienza di tali piani spaziali, che affrontano simultaneamente le sfide delle dinamiche di volo ipersoniche, dell'ambiente atmosferico rarefatto e del riscaldamento estremo. Ci sono stati anche molti progetti ambiziosi, specialmente durante la "febbre dello spazioplano" degli anni '20 e '1970: DynaSoar, NASP, Space Shuttle, Buran, Hermes, Dream Chaser, ...; l'elenco è infinito. La maggior parte è stata infine abbandonata a causa di vincoli di bilancio o difficoltà tecniche. Molta letteratura è stata dedicata a questo argomento, tra cui i seguenti ottimi libri: [1980], [1] e [2].

Fig.1 - lo Space Shuttle, un emblematico spazioplano (credits: NASA)

Il punto di vista della Cina sulla questione: spaceplane, booster, capsule?

Dai veicoli spaziali cinesi passati e presenti, sappiamo che la Cina ha optato per approcci più convenzionali: booster sacrificabili, decollo verticale, capsule per veicoli spaziali con equipaggio. Nemmeno i piani per la riusabilità hanno riportato lo spazioplano nell'equazione: le startup NewSpace stanno gareggiando per costruire razzi VTVL * in stile SpaceX, e il futuro programma spaziale con equipaggio del paese farà affidamento su un "Next Generation Crewed Vehicle" che sarà presto testato ", Una capsula a forma di cono.

Ci si potrebbe chiedere se questa sia stata una scelta semplice. Come sono stati i dibattiti tra la leadership cinese nella scelta di una soluzione rispetto all'altra? Nonostante lo sviluppo di veicoli di lancio a decollo verticale per lo più usa e getta, c'è stato uno sviluppo di uno spazioplano in parallelo?

Per rispondere a queste domande, questo post del blog ripercorre la storia dello sviluppo dello spazioplano cinese e traccia una panoramica dei futuri progetti dello spazioplano (vedi Parte 2).

* VTVL: atterraggio verticale a decollo verticale

La prima industria spaziale cinese e il progetto 863

Il programma spaziale cinese può essere fatto risalire ai primi anni '1950, un periodo in cui l'interesse principale del mondo per lo spazio era la progettazione di missili balistici in grado di trasportare carichi nucleari. L'interesse della Cina per lo spazio non era diverso, ed è iniziato con lo sviluppo della serie di missili Dongfeng, guidata da alcuni brillanti rimpatriati cinesi come Tsien Hsue-Shen. Come la maggior parte dei paesi, questo ha successivamente portato a una famiglia di lanciatori sacrificabili, la serie Long March. Entro la fine degli anni '1980 e l'inizio degli anni '1990, la Cina aveva sviluppato capacità di lancio significative: i derivati ​​Long March 2 e 4 erano in grado di lanciare diverse tonnellate in LEO / SSO, e il Long March 3 (e 2E) di recente sviluppo aveva aperto la strada al lancio dei satelliti GEO. La Cina aveva messo in orbita i suoi primi satelliti meteorologici (Fengyun) e comsats (DFH-2), e aveva acquisito una certa esperienza nel rientro atmosferico con il programma satellitare recuperabile FSW. Finora nessun segno reale di uno spazioplano.

Eppure questo periodo vedrebbe il primo tentativo confermato della Cina di progettare uno spazioplano, anche se alla fine è rimasto a livello di studio. Gli anni '1980 furono una mania degli astronauti, in cui quasi ogni potenza industriale stava progettando il proprio spazioplano per lanci orbitali completamente riutilizzabili ed economici. Gli Stati Uniti avevano già il loro Space Shuttle in servizio nel 1981, l'Unione Sovietica stava lavorando a Buran, l'Europa a Hermes, il Giappone a HOPE, ecc. Sulla scia dell'Iniziativa di difesa strategica degli Stati Uniti, molti altri paesi stavano investendo pesantemente nella ricerca fondamentale per fornire le prossime scoperte nella tecnologia spaziale.

Anche in questo caso, la Cina non fu diversa e nel 1986 lanciò il Piano 863, noto anche come Piano statale di ricerca e sviluppo per l'alta tecnologia (国家 高技术 研究 发展 计划). Gli obiettivi del Piano 863 erano Biotecnologia, Spazio, Tecnologia dell'informazione, Tecnologia laser, Automazione, Energia e Nuovi materiali. All'interno della parte tecnologica spaziale c'era un programma di volo spaziale con equipaggio chiamato Project 863-204. Nel 1987 è stata quindi avviata una procedura di gara per un veicolo spaziale con equipaggio, alla quale hanno risposto fino a 60 istituti di ricerca cinesi. Sono stati presentati 11 progetti, di cui 6 selezionati dal comitato di 863 esperti, ai quali è stato chiesto di proseguire con uno studio approfondito di fattibilità.

I sei progetti rappresentavano uno spettro molto ampio di soluzioni di trasporto spaziale, che vanno da una capsula conservativa, un paio di proposte simili allo Space Shuttle con Tianjiao-1 e Chang Cheng-1, e le molto più futuristiche V-2 e H-2, con quest'ultimo a decollo orizzontale e dotato di motori a respirazione d'aria. Gli spaziplani di seconda generazione V-2 e H-2 erano considerati troppo impegnativi e furono messi da parte nel 1988. Il dibattito tra gli spaziplani più convenzionali e la capsula continuò tuttavia, e fu solo fino al 1990 che il Ministero dell'Aeronautica e Aerospace ha deciso di optare per la soluzione in capsule, vista come più realistica ed economica nel breve termine. La soluzione Tianjiao-1 di CALT non è mai stata ufficialmente esclusa all'epoca, essendo lo spazioplano “un obiettivo a lungo termine per il 2015 circa”. Il trionfo della soluzione capsula ha portato all'ufficializzazione del programma nel Progetto 921 nel 1992, alias il programma spaziale Shenzhou. Una prospettiva storica più dettagliata sul Progetto 921 può essere trovata in [4].

Fig.2 - rispettivamente Chang Cheng-1, Tianjiao-1, V-2 e H-2 (crediti: Mark Wade)

Anni 2000 e 2010: accenni a un rinnovato interesse per gli spaziplani

Nonostante l'adozione del Progetto 921 e la riuscita missione del primo taikonauta a bordo di Shenzhou nel 2003, la ricerca sulle piane spaziali probabilmente continuò tra gli istituti della CASC e vari partner accademici. Nel 2006, CALT ha presentato all'IAC di Siviglia quella che è diventata nota come Roadmap 2006 [5], svelando un piano in 3 fasi verso veicoli di lancio riutilizzabili, rappresentati come una tecnologia necessaria per ridurre i costi di lancio. In questa tabella di marcia, la riutilizzabilità è stata raggiunta attraverso il sollevamento di veicoli spaziali che sarebbero stati in grado di atterrare orizzontalmente. Il passaggio 1 era un veicolo di lancio con atterraggio orizzontale a decollo verticale simile a Tianjiao-1 e Chang Cheng-1 nel Progetto 863. Il passaggio 2 sarebbe stato il raggiungimento di un atterraggio orizzontale a due stadi in orbita (TSTO), con decollo orizzontale ( HTHL) e il passaggio 3 sarebbe un aereo spaziale HTHL a stadio singolo per orbitare (SSTO). A quel tempo, lo Step-1 doveva essere pronto "in 15 anni" e lanciato in aggiunta al Long March 5, che era in fase di sviluppo.

Fig 3 - il documento della Roadmap 2006 di CALT all'IAC

Fig. 4 - illustrazione del processo in 3 fasi di CALT da carta IAC

Un'altra importante notizia dello spazioplano durante lo stesso decennio è stato il progetto Shenlong, un dimostratore dello spazioplano costruito dai cinesi, rivelato nel 2007 e di cui si sa poco. Shenlong è stato portato all'attenzione internazionale nel dicembre 2007 quando una foto dell'aereo fissata sotto un bombardiere Xi'an H-6K (vedi Fig. 5) è stata pubblicata su Internet. La presenza dei tubi di Pitot, le superfici più scure per il rientro atmosferico, mostra che si trattava probabilmente di un dimostratore operativo. Non si sa molto sui suoi voli, sebbene le voci di voli atmosferici e suborbitali siano fiorite nel 2010 e nel 2011. Lo status di Shenlong, così come un presunto successore Aotian-1, rimane poco chiaro oggi. Per quanto riguarda le applicazioni, proprio come la sua controparte americana l'X-37B, rimangono un mistero. Mentre lo Shenlong potrebbe benissimo essere una pietra miliare all'interno del progetto dello spazioplano in 3 fasi della CALT, è anche noto che i cinesi stanno lavorando alla tecnologia ASAT e ai missili ipersonici. A dimostrazione di ciò, il missile ipersonico DF-ZF / Wu-14 è stato rivelato durante la parata militare nazionale cinese nell'ottobre 2019, a dimostrazione del forte interesse per le armi ipersoniche.

Fig.5 - La famosa istantanea che ha rivelato Shenlong al mondo nel 2007 (crediti sconosciuti)

In una nota più recente, CASC nel 2017 ha presentato la Roadmap 2045, che dettaglia alcune pietre miliari da raggiungere tra il 2020 e il 2045 per quanto riguarda i veicoli di lancio [7]. Tra questi c'è la piena riutilizzabilità dei LV cinesi nel 2035. Sfortunatamente, non c'è nulla riguardo a quali design siano favoriti. Indubbiamente, il successo dei booster riutilizzabili VTVL negli Stati Uniti ha influenzato le scelte della Cina, ma è probabile che la ricerca sugli spazi spaziali HTHL sia ancora perseguita da alcune accademie e istituti CASC *. La China Academy of Aerospace Aerodynamics ha pubblicato ad esempio un video nel 2019 su un esperimento di separazione riuscito tra un aereo alato a due stadi, che si svolge in una galleria del vento ipersonica [8].

Restate sintonizzati per la seconda parte di questa serie, in uscita la prossima settimana.

* Vedere la Parte 2 per un resoconto più dettagliato degli sforzi accademici sugli spaziplani.

Fig.6 - Separazione TSTO eseguita in galleria del vento ipersonica da CAAA (crediti: CAAA)

Riferimenti

[1] Volo senza ali - The Lifting Body Story, R. Dale Reed
[2] Affrontare la barriera del calore: A History of Hypersonics, TA Heppeenheimer
[3] Spaceplane Hermes: Europe's Dream of Independent Manned Spaceflight, Luc van den Abeelen
, Programma Shenzhou (Progetto 921), SinoDefence.com, 25/08/2017
, Tabella di marcia del veicolo di lancio riutilizzabile a marcia lunga, CALT, 2006
, China's Space Plane Program, IASC, luglio 2011
, 中国 构建 航天 系统 路线 图 ： 2045 年 全面 建成 航天 强国, ChinaNews, 16/11/2017
, Nation fa una svolta nel progetto dell'aereo spaziale, ECNS, 23/10/2019

Fonte: https://china-aerospace.blog/2020/05/05/chinese-spaceplanes-a-historical-perspective/