中國長征五號B運載火箭對比美國獵鷹9(Falcon 9)重型火箭

一: 中國長征五號B運載火箭

中國長征五號B運載火箭對比美國獵鷹9(Falcon 9)重型火箭


▲ 長征五號B運載火箭成功託舉新一代載人飛船試驗船(宿東 攝)

中國長征五號B運載火箭對比美國獵鷹9(Falcon 9)重型火箭


▲ 長征五號B運載火箭飛天瞬間(宿東 攝)


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▲ 長征五號B運載火箭點火瞬間(高一鳴 攝)

長征五號B火箭由中國航天科技集團有限公司一院抓總研製,全長約53.7米,相當於18層樓高,起飛質量約849噸,近地軌道運載能力達到25噸級,可滿足約22噸的空間站艙段發射需求。

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▲ 長征五號B運載火箭全身圖(宿東 攝)

長征五號系列運載火箭主要包括長征五號長征五號B兩型火箭。兩兄弟火箭一樣“胖”,芯一級直徑均為5米,捆綁4個直徑3.35米的助推器,最直觀的區別是高度和構型不一樣。

相對於長征五號,長征五號B火箭矮了約3米,減少了二子級和級間段,是我國首型“一級半”火箭(助推器又稱為“半級”)。不過,長五B有個“大腦袋”——整流罩比長五更大。這是根據空間站任務要求新研製的長20.5米、直徑5.2米我國最大的整流罩。所以,才能放得下巨大的空間站核心艙。

多一級的長五擅於“跑長途”,能將“乘客”送往3萬6千公里高的地球同步軌道、38萬公里外的月球、以及最近距離也要數千萬公里的火星

少一級的長五B則是一個“短跑健將”,專注於將“乘客”送到地球附近200-400公里左右的軌道,那裡是我國空間站建設的主戰場。

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▲ 長征五號B運載火箭在廠房中(宿東 攝)

本次任務是我國乃至亞洲運載火箭首次發射超過20噸的航天器。任務的成功,進一步奠定了長征五號系列運載火箭運載能力在世界現役火箭第一梯隊中的地位,標誌著我國正式打通25噸級“天地運輸走廊”,具備了建設載人空間站等大型空間基礎設施的能力。這是我國在建設航天強國的征程中邁出的關鍵一步。

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▲ 長征五號B運載火箭轉場(宿東 攝)

本次任務中,採用大推力氫氧發動機的火箭芯一級直接將航天器送入預定軌道,標誌著我國成為極少數掌握“一級半”火箭大推力直接精確入軌技術的國家之一。

型號隊伍還突破了低溫火箭“零窗口”發射、大直徑艙箭分離等一系列關鍵技術,確保後續空間站艙段準時發射、安全分離、精確入軌,同時也為我國發展更大規模的運載火箭奠定了堅實基礎。

新一代載人飛船,顧名思義,就是全面升級的天地往返交通工具,面向我國近地空間站運營、載人深空探測等任務需求,飛船採用返回艙與服務艙兩艙構型,未來在執行近地軌道任務時,可以一次運送6-7名航天員。

這次亮相的新一代載人飛船試驗船,是新一代載人飛船的“試驗版”,由航天科技集團五院抓總研製。飛船“身高”近

9米,身體最“胖”處直徑約4.5米,體重超過20噸


VS對比


二:美國獵鷹9(Falcon 9)重型火箭

SpaceX又出來搞事了:他們創紀錄地使用Block 5型獵鷹9火箭一次攜帶64顆衛星投入軌道!

SpaceX的CEO馬斯克曾表示:“在不進行任何維護的情況下,使同一枚火箭能發射入軌多達10次;在翻新維護的基礎上,可重複使用至少100次。

要知道這次發射的總共有64顆衛星,包括15個“微型衛星(microsats)”和49個“立方體衛星(cubesats)”。


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首先這個9號的得名,並不是因為其之前還有6號、7號或者8號,而是因為它的第一級擁有9臺發動機(獵鷹9號有兩級箭體)。


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在獵鷹9 Block 5之前還有獵鷹9號1.0、獵鷹9號1.1、獵鷹9 Block 3 和Block 4 等多個版本。


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獵鷹9號1.0版


  • 一級火箭回收採用降落傘式,結果箭體、降落傘都在再入大氣時被摧毀
  • 2010年6月4日~2013年3月1日
  • 共計發射5次,4次成功,從未回收成功


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獵鷹9號1.1版


  • 首次採用反推力著陸,升級發動機,增高箭體,安裝柵格翼,升級飛行控制系統
  • 2013年9月29日~2016年1月17日
  • 共計發射15次,14次成功
  • 共計3次嘗試回收一級火箭,0次安全回收


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獵鷹9號1.2版


  • 也叫FT版(Full Thrust全推力版),包括Block 3、Block 4,重要升級版本
  • 加大發動機推力、升級著陸架、升級柵格翼、增高箭體、升級整流罩
  • 2015年12月22日~2018年4月18日
  • 共計發射33次,全部成功
  • 共計24次嘗試回收一級火箭,22次安全回收
  • 理論上覆用火箭可使用2~3次,實際使用2次,從未嘗試3次


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而獵鷹9 Block 5 就是它們的集大成者。


  • 最大特點:在不進行任何維護的情況下,使同一枚火箭能發射入軌多達10次;在翻新維護的基礎上,可重複使用至少100次。
  • 加大發動機推力、升級著陸架、升級更耐高溫的柵格翼、優化飛控系統
  • 目前已成功回收使用3次


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發動機進行過多次的改進:從早期的默林-1C到後來的默林-1D,再到現在的默林-1D魔改。


推力從1.0版本的4940千牛到block 5的8130千牛,達到近65%的提升!


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Block 5 型的9臺發動機的佈局採用了中心1臺,一圈8臺的形式。


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9臺發動機其中的任意1臺壞掉,都不影響任務的完成。即便壞了2臺發動機,同樣能夠將衛星送入預定軌道。


不過,這個中心1臺,一圈8臺的佈局,並不是一蹴而就的。


在早期版本的獵鷹9中,發動機是呈3X3矩陣型分佈的,單個發動機損壞就能導致發射任務失敗。


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箭體方面,先說箭體與動力系統的配合。


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之前的9臺默林發動機是通過巨大的高強度鋁合金框架連接到一起之後,再焊接到一級箭體上的。


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這樣做,雖然靠譜,但是一旦單臺或者多臺發動機出現故障,或者鋁合金框架出現不可逆的形變,整個一級火箭就得報廢了。


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現在,Block 5 型進一步升級了。


以前更多考慮的是重複使用的技術可行性,而現在則是面向單枚火箭可以重複使用10次以上來設計。


因此,Block 5 型的連接盤不再焊死在箭體上,而是用螺栓連接。


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今後一旦發現問題,就整體拆卸,更換連接盤。這樣整枚一級火箭還可以再次使用。


另外,為了能夠實現複用10次的目標,9臺發動機之間的防熱護盾也改為可拆卸式設計。


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柵格翼和RCS反推系統是獵鷹9號系列運載火箭實現一級回收的關鍵,其姿態穩定和姿態控制要仰賴該系統的完美配合。


獵鷹9 block 5 升級了柵格翼,材料採用更為耐熱的鈦合金。


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下圖左側為老款柵格翼,鋁合金製成,外有白色防熱漆;


右側為新款鈦合金柵格翼,沒有塗任何塗料。


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鈦合金的強度更高,因此,可以省掉了上圖黃框內的加強筋,在氣動上更加優化。


而紫色限位孔的位置不變,方便對已有箭體的改裝。


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支撐腿


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獵鷹9號火箭的支撐腿是保證回收成功的關鍵。


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舊版本的4條支撐腿,為了展開後固定得牢靠,在外部設計了閉鎖機構,一旦打開,就無法再自動縮回。


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這設計確實有助於安全著陸,不過火箭如果需要再次使用的話,需要手動拆解閉鎖機構,重新讓伸縮腿復位。


操作起來十分麻煩,

12人小組要耗費4個小時才能搞定。。。


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Block 5 型火箭把閉鎖機構設計在了箭體內部,由一個主作動器帶動8個小機構聯動完成,而且是伸縮自如的。


這樣,火箭在回來之後,只需派1名工程師,操縱主作動器,就能夠在10分鐘以內完成支撐腿復位工作。


大大縮減了工作量。


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block 5是目前最完善的獵鷹9運載火箭。



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