中国的重型运载火箭目前究竟发展到什么地步了?

张家小智儿


我国重型运载火箭的扛鼎之作当属长征九号(CZ-9),根据公开报道在今年3月24日,中国航天科技集团有限公司六院负责研制的500吨级液氧煤油发动机燃气发生器-涡桨泵联动试验取得成功,这也标志着我国500吨级重型运载火箭发动机的关键技术攻关和方案深化论证达到预期目标,这为我们日后的人类登月活动奠定了坚实基础。联合报更是报道,这款500吨级火箭发动机1秒可以烧掉1.6吨燃料!

长征九号主要负责我国载人登月活动、火星科考取样返回、太阳系外圈行星探测等多种大运载高难度任务。长征九号芯级箭体直径约9,5米,其中近地轨道运载能力在50吨~140吨,奔月转移轨道运载能力在15吨至50吨,奔火星转移轨道运载能力在12吨至44吨。长征九号的近地轨道运载能力高至140吨,而月球转移轨道运载能力更是可以达到50吨,这个性能基本和美国土星五号登月火箭相似。

长征三号总设计更是畅想,长征九号火箭高约110米,起飞推力能达到3千吨级,足以将120吨的航天器送入太空。而长征九号的燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功标志完成新的节点。其不但验证了发生器-涡轮泵组件的可行性,还实现了启动、初级、主级到关机的平稳过渡。

液体火箭发动机主要包含推力室、燃气发生器、涡轮泵、自动器和控制系统等。其中涡轮泵是火箭发动机的核心部件,它需要在1秒钟完成1.6吨推进剂的高压输送。由于其结构复杂、工作环境极其恶劣,因此涡轮泵的设计也是发动机研制的关键要素。


航空之家


首先要明白采用多个小型火箭发动机和单个大型火箭发动机的优劣,小型火箭发动机虽然推力小等,但是胜在技术简单、成本低,所以很多火箭都采用多台小型火箭并联的方式来提高火箭的发射质量。像美国的SpaceX的猎鹰重型火箭的一级采用了多达27台火箭发动机,这27台发动机单台的推力不到100吨,火箭一级却可以产生超过2200多吨的推力,虽然这种方式是可以实现发展大型火箭的夙愿,但是其缺点也是很明显的,比如可靠性不高是最大的缺点,由于采用了数量更多的火箭发动机,所以其可靠性很难和大推力的火箭发动机相比,还有就是发射效率不高,评价一枚火箭的先进与否,最重要的就是火箭的发射载重比,所以火箭箭体质量越轻,发射同样的航天器就越节省燃料,火箭的性能就越先进,放在商业航天市场竞争力就越大。

比如猎鹰重型火箭虽然推力超过2200吨,Leo轨道的运载力超过了60吨,但是其并不能作为登月火箭使用,原因就是运载力太低的缘故。要想提高运载力就得提高火箭的发射质量和火箭的推力才行,但是猎鹰重型火箭其一级火箭并联了27台发动机,再不能通过简单的增加火箭发动机数量的方式来提高火箭的发射质量和推力了。所以要想发展发射质量更大的重型火箭就必须有超大推力的火箭发动机才行。比如像美国阿波罗登月计划时研制的土星五号重型火箭采用的F-1液氧煤油发动机,单台推力达到了680吨,所以土星五号只需要5台F1火箭发动机就可以达到3000吨的起飞推力;再一个像前苏联研制的人类历史上推力最大的RD-170火箭发动机的最大海平面推力更是超过了800吨,所以我国要想发展自己的登月计划就必须研制属于自己的超大推力火箭发动机。

这就是我国正在为长征九号登月/火星活动而研制的500吨级液氧煤油火箭发动机,目前这款发动机已经完成了涡轮泵运转试验,预计今年年底前就会进行整机试验。涡轮泵是是用于火箭发动机燃料输送控制的,涡轮泵的性能也直接决定了火箭发动机的性能高低,这款超大推力的火箭发动机采用了主流的高压补燃、分级燃烧、泵后摇摆等多项先进技术。相比目前现役火箭发动机中推力最大的俄罗斯的RD180火箭发动机(基于RD170来的马甲版)推力更大。

而且我国也正在为长征九号火箭研制推力更大的氢氧火箭发动机,长征九号的二级火箭会采用一台最大推力超过200吨的氢氧火箭发动机,虽然目前这款发动机的研制进度如何不得而知,但是不管是即将面世的500吨的重型火箭发动机还是快要面世的200吨级氢氧火箭发动机的面世,都代表了我国在超大推力液体火箭发动机技术上的巨大进步。想一想目前我国最先进的长征五/六/七号的火箭一级采用的还是最大推力只有120吨的YF-100液氧煤油发动机,而500吨级的火箭发动机绝不是简单的放大就可以做到的,所以我国即将面世的500吨级火箭发动机面世后,我国的登月计划将不会因为火箭发动机问题而延缓进度。

不过前段时间的新闻很多人都看了吧,就是关于担任我国500吨级火箭发动机和其他新型火箭发动机研发的张小平离职的新闻很多人都感到很惋惜,而且从后续的新闻消息来说,的确是影响到500吨级火箭发动机的研发进度了。所以原计划今年进行整机试验的计划应该会推迟吧。


魑魅涅磐


众所周知,中国近些年呈现出全方位的迅猛发展趋势。这种状况用厚积薄发来形容是最为贴切的,同时在百花齐放的良好趋势下,中国航天科技所取得一项项成就,依旧是其中不可忽视的亮点。而今,在两会现场,由中国航天科技集团有限公司传来喜讯。中国重型运载火箭关键技术获突破性进展,预计会在2030年首飞。另一方面,该集团还宣称就在3月份,中国长征系列运载火箭将迎来第300次发射。好消息一个接一个,相信大家和我一样激动到不行。要知道,在2018年中国就以37次的超高发射总数,稳居世界第一。而后,早早就有消息传来,2019年中国航天发展依旧迅猛,长征火箭将实施至少30次的发任务。虽然,这个消息几乎可以肯定是真的。但是由两会现场真正落实消息后,大家才算毫无负担为祖国强大兴奋不已。具体情况究竟如何?小伙伴们不妨一起来了解一下!

中国近些年在航空航天上的成就,是全球各国有目共睹的。可以拿一个直观数据来看,在长征系列火箭中。我们用时37年,完成了从首次成功发射到第100次发射的目标。之后,又用7年时间,完成了从第100次发射到第200次发射的任务。现在,更是只用4年时间,就将要完成从第200次发射到第300次发射任务。这么直观一看,中国在航天基本上秉持着,发展越来越快越来越好的良好趋势。另外,也是我国航天工程的关键人物李洪副总经理,正面透露出将会在2019年3月,长征火箭将迎来第300次发射任务。而且,他该对我国目前正在计划的长征系列还做了其他的介绍。

比如说长征五号遥三火箭早已蓄势待发,就差最后协调阶段,预估会在今年下半年进行发射高轨大吨位通信卫星的任务。同时我国的新一代中型火箭的研制工作,都在顺利进行中。而且,其中最为关键的消息就是中国重型运载火箭关键技术取得了大突破,在2018年时,由于我国科研人员的潜心研制,得以完成多次发动机部组件级热试验等多个重大突破,如此一来关键技术得以攻关。在打下坚实基础的情况下,如今几乎可以确定重型火箭有望2030年首飞。对此,小伙伴你们都还知道关于我国未来航天工程的那些计划,欢迎在评论区留言分享!


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