LE-5

طُوِّر محرك الصاروخ السائل LE -5 ونماذجه المشتقة في اليابان لتلبية الحاجة إلى نظام دفع للمرحلة العليا لمركبات الإطلاق من سلسلتي HI و H-II . وهو محرك ثنائي الوقود مبرد ، يستخدم الهيدروجين السائل _{والأكسجين} السائل . تولت شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة أعمال التصميم والإنتاج الأساسية . ^{[ 1 ]} يُعد هذا المحرك صغيرًا نسبيًا من حيث الحجم وقوة الدفع، حيث تبلغ قوة دفعه 89 كيلو نيوتن (20,000 رطل) والنماذج الأحدث 130 كيلو نيوتن (30,000 رطل).    

يتميز المحرك بإمكانية إعادة التشغيل عدة مرات، بفضل نظام الإشعال الشراري الذي يعتمد على مواد إشعال أحادية الاستخدام، على عكس المشعلات النارية أو المشعلات فائقة الاشتعال الشائعة في بعض المحركات الحديثة. ورغم أنه مصمم للعمل حتى 16 مرة ولمدة تزيد عن 40 دقيقة من التشغيل، يُعتبر محرك H-II قابلاً للاستهلاك، حيث يُستخدم لرحلة واحدة ثم يُتخلص منه. في بعض الأحيان، يُشغل مرة واحدة فقط لمدة تسع دقائق، ولكن في مهمات المدار الانتقالي إلى المدار الجغرافي الثابت، يُشغل المحرك غالبًا مرة ثانية لدفع الحمولة إلى المدار الأعلى بعد تثبيت مدار أرضي منخفض مؤقت.

صُمم محرك LE-5 الأصلي كمرحلة ثانية لمركبة الإطلاق HI. وقد استخدم دورة مولد غاز تقليدية إلى حد ما . أما الإصدارات اللاحقة فقد استخدمت دورة سحب الغاز من الموسع .

كان محرك LE-5A نسخة مُعاد تصميمها بشكل كبير من محرك LE-5، مُخصصة للاستخدام في المرحلة الثانية من مركبة الإطلاق H-II الجديدة. ويكمن الاختلاف الرئيسي في تحويل آلية تشغيل المحرك من مولد الغاز إلى دورة سحب الغاز المُوسّع . وكان LE-5A أول محرك في العالم يعمل بدورة سحب الغاز المُوسّع ويدخل الخدمة التشغيلية. ^{[ 2 ]} يُسحب وقود الهيدروجين السائل المُبرّد للدورة عبر أنابيب وممرات في كل من فوهة المحرك وغرفة الاحتراق، حيث يسخن الهيدروجين بشكل كبير بينما يُبرّد هذه المكونات في الوقت نفسه. ويؤدي تسخين الوقود البارد في البداية إلى تمدده، ويُستخدم لتشغيل التوربين الخاص بمضخات الوقود. ^{[ 3 ]}

كان محرك LE-5B نسخةً مُعدّلة من محرك LE-5A. ركّزت التعديلات على خفض تكلفة الوحدة مع الاستمرار في زيادة الموثوقية. اتجهت التعديلات نحو التبسيط وخفض تكلفة الإنتاج قدر الإمكان، على حساب خفض الدفع النوعي إلى 447 ثانية، وهو الأدنى بين النماذج الثلاثة. مع ذلك، فقد أنتج أعلى قوة دفع بين الثلاثة وكان أرخص بكثير. كان التغيير الرئيسي عن نموذج 5A هو أن نظام تصريف الوقود في محرك 5B كان يُدوّر الوقود حول غرفة الاحتراق فقط، بدلاً من كلٍّ من الغرفة والفوهة في محرك 5A. ^{[ 4 ]} أُجريت تعديلات على ممرات تبريد غرفة الاحتراق والمواد المُكوّنة لها مع التركيز بشكل خاص على نقل الحرارة بكفاءة لضمان نجاح هذه الطريقة. ^{[ 5 ]} يمكن خفض سرعة المحرك إلى 5% في وضع الخمول. ^{[ 5 ]}

بعد أن تسببت الرحلة التجريبية الخامسة (F5) للطائرة H-IIA في 28 مارس 2003 في اهتزازات شديدة (وإن لم تكن مُتلفة) للمرحلة العلوية أثناء إطلاق محرك LE-5B، بدأ العمل على نسخة مُحسّنة منه. أُجريت أول رحلة تجريبية للمحرك المُحسّن، المسمى LE-5B-2، على متن طائرة H-IIB في 10 سبتمبر 2009. شملت التحسينات الرئيسية إضافة صفائح لتحسين انسيابية التدفق في مشعب التمدد، وخلاط جديد للهيدروجين الغازي والسائل في خط تغذية الهيدروجين، ولوحة حقن جديدة مزودة بـ 306 حاقنات محورية أصغر حجمًا (مقارنةً بـ 180 حاقنًا في محرك LE-5B). ^{[ 6 ]} وقد خفّض هذا التحديث الاهتزازات الناتجة عن المرحلة العلوية إلى النصف.

بالنسبة لمركبة الإطلاق H3 ، تم تحديث محرك LE-5B لتحسين الأداء، وخفض التكاليف، وضمان توافر قطع الغيار على المدى الطويل مع الحفاظ على انخفاض مخاطر التطوير. تم استبدال المكونات القديمة، بما في ذلك الإلكترونيات في وحدة التحكم بالمحرك، بأجزاء أحدث، كما تم تحديث غرفة الاحتراق، والمضخات التوربينية، وفوهة التوربين، وخلاط الوقود لدعم مهام H3 الأطول.

بالمقارنة مع الصاروخ السابق LE-5B-2، زاد الصاروخ LE-5B-3 من الدفع النوعي من 446.8 إلى 448.0 ثانية (من 4.382 إلى 4.393 كم/ث) بفضل تحسينات أُدخلت على خلاط الهيدروجين، مما حسّن تدفق الوقود داخل المحرك. تسمح هذه الزيادة بحمل حمولة إضافية تبلغ حوالي 40 كيلوغرامًا (88 رطلاً) إلى مدار النقل الثابت بالنسبة للأرض . ^{[ 7 ]}  

تم تمديد مدة الإطلاق المخطط لها من 534 ثانية إلى 740 ثانية لتلبية متطلبات مهمة H3. خلال أعمال التطوير السابقة، تم اكتشاف تشققات إجهاد في أجزاء من مضخة التوربين للوقود بعد تشغيلها لفترات طويلة. ولمعالجة هذه المشكلة، تم تعديل تصميم التوربين لتقليل الإجهاد وتحسين المتانة أثناء عمليات الاحتراق الطويلة. ^{[ 7 ]}

تم اختبار أول نموذج للمحرك المحدث في مارس 2017. وبعد حملتين لاختبارات التأهيل، اكتمل تطوير LE-5B-3 في مايو 2019. ^{[ 7 ]}

خلال الرحلة التجريبية الأولى لصاروخ H3 عام 2023، فشل محرك LE-5B-3 في الاشتعال بسبب عطل في الدائرة الكهربائية بين وحدة التحكم بالمركبة وجهاز إشعال المحرك. ونتيجة لذلك، فقد الصاروخ سرعته، وبعد 14 دقيقة و50 ثانية من بدء الرحلة، صدر أمر بتدميره. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

* ، ضغط رأس الخزان فقط

• صاروخ حامل ياباني عالي السرعة
• صاروخ حامل ياباني من طراز H-II
• صاروخ حامل ياباني من طراز H-IIA
• صاروخ حامل ياباني من طراز H-IIB
• LE-7 – محرك صاروخي ياباني يعمل بالهيدرولوكس ذو احتراق مرحلي 
• LE-9 – محرك صاروخي ياباني يعمل بتمدد الماء والأكسجين 
• تطوير محرك LE-X، مراجعة MHI التقنية، المجلد 48، العدد 4