Японская РН М-V создана ISAS для осуществления возможности выведения КА на межпланетные траектории. Грузоподъемность РН позволяет выполнять запуски автоматов к Луне, Марсу, Венере и в пояс астероидов.
В проект полностью твердотопливной РН М-V были заложены следующие принципы:
• использование таких достоинств ракетного двигателя твердого топлива, как простота и малая стоимость, для запуска КА среднего размера;
• совершенствование и модернизация технологий (новые сверхлегкие материалы и конструкции, управление и наведение, аэродинамика, бортовое радиоэлектронное оборудование и т.д.);
• в качестве космодрома был использован KSC с соответствующей инфраструктурой;
• сохранение низких затрат на эксплуатацию для проведения (no возможности) ежегодных пусков РН.
Трехступенчатая ракета-носитель М-V имеет стартовую массу 135 т, общую длину 30,7 м, максимальный диаметр корпуса 2,5 м и способна доставить КА массой 1,85 т на низкую околоземную орбиту — почти втрое больше, чем ее предшественник РН M-3SII.
Ракета-носитель M-V
Первый старт РН М-V состоялся 12.02.1997 г.
Поскольку РН M-V имеет примерно такую же высоту, что и РН M-3SII, планировалось, что новая РН сможет использовать существующую пусковую инфраструктуру с минимальными модификациями.
РН M-V запускается из Центра KSC; в подготовке к пуску участвуют примерно 300 человек.
В отличие от более ранних разработок, двигатели РН М-V не были адаптацией существующих РН, а создавались заново.
Был разработан РДТТ М-14 для первой ступени РН. Он снаряжен двухсегментным зарядом твердого топлива с центральным каналом (сечение – семилучевая звезда), спрофилированным из условий уменьшения эффективного времени горения и снижения гравитационных потерь, с выходом на тягу 196 кН на 75-й секунде полета.
Заряд топлива второй ступени РН тоже имеет канал в виде семилучевой звезды.
Форма заряда топлива третьей ступени РН сложнее — он имеет центральный (девятилучевая звезда) и две радиальные щели. Так обеспечивается необходимый уровень тяги при воспламенении и стабильный («плоский») график тяги, не свойственный сферическому РДТТ.
Двигатель М-34 — третья ступень РН M-V
Разгонный двигатель четвертой ступени РН имеет «растянутый» график работы; начальная тяга насколько возможно снижена для управления ориентацией стабилизированной вращением ступени РН.
Для уменьшения гравитационных потерь для первой и второй ступеней РН использован принцип «горячего разделения». Двигатель второй ступени РН запускается в момент спада тяги М-14. Только за счет этого массу выводимого РН полезного груза удалось увеличить на 50 кг. Для этого создан специальный межступенной отсек, допускающий:
• сброс без соударения с соплом двигателя второй ступени РН;
• противодействие сжимающим нагрузкам от остаточной тяги двигателя М-14 после срабатывания пиротехники для разделения, и разделение, когда нагрузки меняют знак;
• свободный выпуск газов, истекающих из двигателя второй ступени РН.
Работа межступенного отсека при горячем разделении первой и второй ступеней РН M-V
Хвостовой отсек переходника — решетка, через которую истекают газы из двигателя второй ступени РН; средний отсек — цилиндрический, составлен из трех подкрепленных панелей. Детонационный удлиненный заряд, проложенный по периферии вокруг передних и хвостовых частей отсека, запускается в момент включения двигателя второй ступени РН и разрезает конструкцию. Пока двигатель М-14 работает на остаточной тяге (нагрузка сжимающая), панели отсека соединены. Когда нагрузка становится растягивающей (тяга двигателя второй ступени РН растет, а тяга двигателя М-14 падает до нуля), панели спереди отделяются от второй ступени РН и разворачиваются с помощью пружин вокруг шарниров в задней части («цветок с тремя лепестками»).
Начиная с четвертого полета РН М-V, конструкция переходника была упрощена: решетчатая ферма увеличилась в 1,5 раза, а обечайка отсека стала неразъемной; она остается на второй ступени РН после разделения.
Основа конструкции отсека между второй и третьей ступенями РН — подкрепленная цилиндрическая оболочка. Внутри нее установлено приборное оборудование второй ступени РН, снаружи, спереди — двигатель М-34 и головной обтекатель. Разделение ступеней РН — «холодное»: блоки расталкиваются пружинами с относительной скоростью 2,2 м/с, чтобы избежать соударения даже в случае, если вторая ступень РН обладает остаточной тягой.
Двигатели М-14 (первая ступень РН) и М-24/25 (вторая ступень РН) имеют корпуса из высокопрочной стали, двигатели М-34 (третья ступень РН) и KM-V1 (разгонная четвертая ступень РН) — из углерод-углеродного композиционного материала.
Материал и метод изготовления корпусов двигателей М-14 и М-24/25 выбирался более чем из десятка претендентов на основании технико-экономического анализа. Цилиндрические обечайки РДТТ сварены из катаных листов, днища получены прессованием заготовок с последующей механообработкой. Силовые шпангоуты — точеные.
Головной обтекатель имеет длину примерно 9 м и диаметр 2,5 м. Он образован двумя многослойными оболочками из углерод-углеродного композиционного материала с сотовым заполнителем и подкреплен продольными и поперечными элементами. Разделение «половинок» головного обтекателя — посредством толкателей и пружин.
Вся внешняя поверхность головного обтекателя покрыта слоем пробковой теплозащиты. Обтекатель держит скоростной напор 149 кПа при угле атаки 5° и числе Маха 3,1. По суммарной массе (715 кг) он всего в 1,5 раза тяжелее головного обтекателя РН M-3SII, хотя длина и диаметр увеличены более чем на 30% и 50% соответственно.