万法本原
目前现役火箭中运载力最大的火箭是谁?相比不少人都知道是这几年在航天市场一枝独秀的SpaceX公司的“猎鹰重型火箭”,其LEO近地轨道63.8吨、GEO地球同步转移轨道最大26.7吨的运载力成功问鼎世界运火箭运载力排行榜榜首。而我国目前现役火箭中运载力最大的就是长征5号重型火箭了,其近地轨道最大25吨、地球同步转移轨道最大14吨的运载力相比猎鹰重型火箭的确少之又少,就算是后期的长征5号乙型火箭的GEO轨道最大23吨的运载力也是低于猎鹰重型火箭的。而猎鹰重型火箭简单来说就是将三枚猎鹰9火箭并联在一起来实现这么大的运载力的,同样为了增加运载力的还有美国空军喜爱的德尔塔4重型火箭,那我国的长征运载火箭为什么不采用并联的方式来提高运载力呢?
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像猎鹰重型火箭因为一级结构布置了多达27台发动机来满足推力需求,所以为了降低因为某台火箭发动机停机造成火箭发射失败,猎鹰重型火箭一级结构的27台发动机除了可以自动补偿推力外,在整个发射过程中27台发动机的推力都是按照设计时大时小的,这样不仅降低了因为单边火箭发动机停机数量过多,造成弥补推力不足的问题,而且也能够通过这种推力差满足了火箭程序转弯需求。或者像德尔塔4这种因为火箭一级结构中三个并联芯级只有三台发动机,如果因为左右某台发动机停机造成左右推力不均衡问题,会导致火箭发射轨迹严重偏斜,就算是火箭能够正常发射没有坠毁,最后也会因为火箭飞行路线偏移、没有达到入轨发射精度而发射失败。
所以总结一下就是,我国目前现阶段的火箭采用串联+捆绑的设计方式除了因为这一设计比较成熟简单外,还有一个就是我国缺乏合适的大推力火箭发动机,如果没有大推力火箭发动机强制上并联设计的话,只能是设计出和猎鹰重型火箭这种怪胎,毕竟这种采用多发动机设计大大降低了火箭的可靠性。而SpaceX设计猎鹰重型火箭只是为了向外界展示和试验,其下一代的重型火箭依然还是串联设计。而对于我国来说并联设计最大的优势就是可以大幅度提高LEO和GEO轨道运载力,但是涉及到载人航天或者是更高轨道的发射任务,还是传统的串联设计+捆绑更好,如果主芯级火箭发动机推力够大的话,还可以取消助推级,更能提高火箭发射可靠性和发射效率。
魑魅涅磐
首先,公开报道中暂称它为“新一代载人火箭”。
初看名字,有人不以为然,以为它和“新一代运载火箭” 混淆了。
并非如此,“新一代运载火箭”是由长征五号、六号、七号和11号组成的新的航天发射系统,有别与老长征系列。
而“新一代载人火箭”
是由921牵头的项目,有人也叫921火箭。它的主要职能就是匹配新一代载人飞船,即深空飞船,以进行中国未来的载人登月!
纯干货数据:
全箭长度 84.7米
起飞质量 2200吨
LEO 69.3吨
LTO 27.5吨
全煤油起飞级:
芯一级 YF-100K×7 直径5米
芯二级 YF-100K×2 直径5米
芯三级 YF-75D×2 直径5米
新飞船直径4.5米,
返回舱内部空间13立方米,
货运能力4吨,
其中返回舱提供2.5吨下行能力,
推进舱提供1.5吨的非加压货运能力,
计划2021年试飞。
中国航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥王小军介绍:新一代载人运载火箭将按照载人飞行的最高安全标准进行设计,在近期可以用于载人月球探测工程中的环月、绕月等演示验证任务,快速推动我国运载火箭技术和进出空间能力的重大提升和跨越。未来还可以和长征九号运载火箭组合使用建立月球基地,实现月球可持续开发利用。
2019.05.10消息,航天科技一院研制的我国首件5米直径共底结构贮箱下线。
推测新载人火箭(921火箭)的进度比预想中得快,目前来看2025年前后就有可能首飞。
o上知天文o
手机码字,随便说几点,有点乱凑活看,不一定全面。
典型的三芯级并联cbc构型的火箭就是德尔塔4和重型猎鹰,德尔塔4是现役技术含量最高的全氢氧火箭,真空推力340吨,是长5氢氧发动机真空推力的5倍,靠3个发动机就能上天,长5第一级就用了10个发动机。这个属于技术碾压,学不来的,就不说了。
重点说一下重型猎鹰,它是在猎鹰9的基础上改的,被众多国内专家网友嘲笑,但现在它已经是我国在短期内无法造出大推力发动机情况下有效提升运力的模仿对象。去年珠海航展展出的未来的新921火箭的模型【如图】就是模仿重型猎鹰的3芯级,21~24个发动机并联,除了不能回收外,其他如动力冗余、自主检测等多项先进理念也全面向重型猎鹰看齐,有兴趣的朋友可以去找找当时的PPT,非常详细。有一种说法是有必要在长9之外有一个备份,避免现在长5不行,空间站、嫦娥5、火星探测全部不行的尴尬。
我国最好的发动机就是长5上装的yf100和yf77,长5的芯级是没力气的,海平面总推力只有50吨×2并且YF77前途未卜,全靠液氧煤油的助推器,我国稍微运力大一点的火箭都捆了4个助推器,猎鹰9可以光杆上天。除了发动机推力不足以外,推重比低也是原因之一,重型猎鹰的单发推力其实还比长5的助推的推力还略小些,但猎鹰用的梅林1d+是有史以来推重比最高的发动机,500公斤不到的重量试车推力109吨以上,推重比230+,比第二名的nk15高出接近一倍,这两年又增推数次,现在的极限推力也没个说法。而我们最强的yf100虽然推力有120吨,但重量也接近2吨,推重比70左右,也就是在推力相差无几的情况下重量大了将近4倍【如图,以人为参照物可以看出yf100大了很多,上面还有一大截挡住了】,体积一大同样的火箭横截面积下可布置发动机的数量就少,也就无法像猎鹰那样满满当当的塞满9个发动机(也可以考虑少塞一点)。再举个例子,苏俄最强的发动机RD170推力800吨看上去牛皮哄哄,但一台RD170有4个巨大的喷口,重量接近10吨,直径4米,猎鹰9直径3.7米,连一台RD170都装不了,同样的位置装梅林或者猛禽推力远不止800吨,更别说大推力发动机无法深度节流回收无法备份冗余。
人们总是更关心推力多少多少吨这种浅显易记的指标,而忽视了干质比、比冲、推重比、经济性、成功率这些更重要的指标。猎鹰系列的材料减重等硬核的黑科技也是长征系列无法比拟的,猎鹰9仅仅500多吨的中型火箭,其低轨的运载能力就能比肩长5这样800多吨的大型火箭,同步转移轨道运力也达到8.5吨,超过了发射史上最重卫星的需求,重型猎鹰的运力更是3倍于此。而长5是30年前就开始筹备设计的火箭,本身的理念就落后于时代,作为特种火箭也没有经济性可言,现在对他要求已经降到能用就行。
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长5的yf100,技术源于苏联RD120。百度搜索RD120直接就能转到YF100的百科词条(可能最近比较敏感,已经改掉了)
猎鹰系列的发动机,暴改过6、7个版本,推力从34吨一直增加到100+
去年珠海航展展出的新载人火箭模型
打完字才发现错过了今晚的发射直播,就在20分钟前第72发猎鹰9成功发射回收。下一次发射是12天后的重型猎鹰第三次发射。
老祖宗还没起床
导弹和火箭的问题问W君总是没错的。就这么自信!
对于火箭技术世界上各个国家都有自己的玩法,这也就是火箭江湖中的各大门派了。本质上其实并不能说谁优谁劣。
先说说猎鹰火箭吧,咱就当武侠小说来讲。
是年火箭江湖上有三大门派分别为中美俄。这三个门派是火箭届的泰山北斗。
而一个街头小混混(这样说还真不为过)偶然的机会悟出来一套功夫也开始跻身江湖扬名立万,这个小混混就是spaceX。
大家提到了猎鹰火箭往往会很关注这是一款可以回收再利用的火箭。但为什么能够回收再利用则知之甚少。
是火箭有额外的控制机构吗,自然不是。关键还在喷嘴(发动机)上。
猎鹰火箭的发动机叫做墨林(merlin)发动机,是在新世纪里由美国人研究的唯二两种发动机之中的一种。
从结构上我们可以看到,这台发动机除了在主喷管之外还有一个小喷管,这个小喷管并不燃烧仅仅是在旁路上喷出废气。
依靠废气来控制火箭的飞行姿态。
但要注意的是,莫林发动机本身的推力其实并不大!真空推力只有914千牛。
而美国2000年后研究成功的另外一种发动机RS-68的真空推力则为3.3兆牛!
看到这里就不迷信猎鹰火箭了吧?
别急继续说猎鹰火箭,库玛斯是干it出身的,深知单核处理能力不行多核凑的道理。于是在猎鹰1的基础上就又搞了一个猎鹰9,9个墨林发动机。
放倒了看就是这样的
九个发动机形成的阵列不仅仅解决了推力问题还使得墨林发动机的可控性更为出色。
到了重型猎鹰其实就是三个猎鹰九捆绑在一起27个发动机而已。
但在这里如果仔细去看重型猎鹰开始像正派武学靠拢了之前喷管的方形排列方式不着痕迹的给改成了圆形的轴对称排列方式。——这也算是spaceX团队悟道了。
猎鹰这种江湖邪教其实也没太大必要讲太多。它的意义更多的是航天商业化的意义。一直以这种方式(月工)下去是会走到苏联火箭一段时间内到死局中的。唯一所特别的也就是冷战结束后美国航天乏力没什么钱了。这也没太大必要说。
再说德塔火箭,现在是德塔4,用的就是刚刚提到的rs-68发动机。
德塔火箭是一个很长期的发展计划,题主所提到的并列型号其实是后期的重型德塔。
从上面的德塔火箭谱系图中是不是也可以看出德塔火箭有捆绑型并列型等多种布局。
但美国的火箭其实单个单元的推力要比中国和俄罗斯的都小一些。推力不够怎么办?——捆绑!又想省成本又想推力大怎么办?——捆绑固体燃料火箭
!实在载荷太重了发射不上去怎么办?并联三枚火箭,不考虑成本。——这就是美国火箭正统派别的武功秘籍了。
对于中国,呵呵。是另一派了!
三枚德塔4并联在一起发射重量为732吨,近地载荷28.3吨。而一枚中国的长征五火箭的发射重量就达到了878吨!
如果要换成3个主芯并联的话火箭得有1200吨的发射重量了,没啥太大必要性。
同时捆绑火箭有捆绑火箭的好处,在助推段长征5的助推器只需要工作不到三分钟就可以抛弃了,剩下的五分钟时间里都是主芯发动机在工作。这样成本更低可靠性更高。
这也是中国独练“内功”搞大火箭的秘籍了。
说实话 火箭都是有自己国家的国情的。你以为NASA的专家们并联起来三枚德塔四的时候没有眼红咱们的长征5吗?
军武数据库
火箭发动机的推力不够大,所以长征5号一级火箭只能并联10台火箭发动机,才能达到足够的推力。当然这样做也会降低火箭的安全系数。除非新一代的100吨级以上的氢氧发动机和五百吨级的液氧煤油发动机研制成功才能得到解决
黎11希1
这是中国人思维狭隘的原因,我们研制时,人家没这样做过,所以中国当然不用。
手机用户2771632866
很简单一句话:技术达不到。
中国的火箭发动机推力远不及国外的,进口的人家也不卖那么高推力的。多加燃料也只是徒增重量,所以选对的才重要。
空城待人
臆测:发动机的稳定性不够自信,振动比较大吧