新聞背景
近日,我國新一代大推力運載火箭長征5號火箭順利通過了中國航天科技集團公司的轉階段評審,從初樣研制階段轉入試樣階段。在試樣階段,該火箭將完成芯一級動力系統試車、全箭模態試驗、全箭合練等標志性試驗,以確保火箭首飛成功。
美俄歐日
都有火箭“大力士”
從全球航天活動的總體發展來看,為了滿足日益增長的太空開發需求,人造地球衛星、飛船和空間站、空間探測器等航天器的體積和重量越來越大,因而要求發射這些航天器的運載火箭向大推力、高可靠、低成本和少污染等方向發展,為此,世界各航天大國都在積極研制新型大推力運載火箭,并采取以下主要措施:
一是簡化設計,如減少火箭級數(級數越少越可靠)和增加火箭的直徑(可多裝燃料以增加推力)等;
二是采用共用組件或技術,實現通用化、組合化和系列化;
三是使用無毒、無污染、大比沖(火箭發動機單位重量推進劑產生的推力,比沖越高代表效率越好)推進劑,目前,液氫/液氧或液氧/煤油是無毒、無污染、大比沖、低成本(1噸煤油的價格不到1萬元,而常規推進劑——偏二甲肼不僅有毒、有污染,價格也是其數倍)的推進劑,但需要在低溫下工作,所以技術比較復雜。
現在,近地軌道運載能力達20噸級的大推力運載火箭已成為航天器發射的主力,當前活躍在航天發射領域的著名大推力運載火箭有:美國的宇宙神5號、德爾他4號、獵鷹9號,歐洲的阿里安5號,俄羅斯的質子號,日本的H2號A運載火箭等。
美國洛馬公司的宇宙神5號火箭為兩級型火箭,比以前的火箭更皮實、更可靠,流水線式的制造過程降低了人為出錯的機會。該火箭芯級直徑3.81米,使用液氧/煤油發動機,有14種構型,近地軌道運載能力最大達25噸;發射準備時間少,只需提前12小時送上發射臺即可。此外,這種火箭發射時不用龐大的發射塔,只需1座發射架,并可在大風條件下發射。
美國波音公司的德爾他4號火箭為兩級型火箭,芯級直徑5.08米,使用液氫/液氧發動機。該系列火箭可根據需要加配不同尺寸的整流罩和數量不一的助推器,有5種構型。這些火箭不僅能發射1~23噸的近地軌道有效載荷,還可發射4~10.9噸的地球同步轉移軌道有效載荷。
獵鷹9號火箭由私營公司自己投資研制的,為兩級型火箭,使用液氧/煤油發動機,有3種構型,近地軌道運載能力為9.9~32噸, 地球同步轉移軌道運載能力4.9~19.5噸。其第1級安裝了9臺火箭發動機,所以在起飛時,若有1臺或2臺發動機發生故障,獵鷹9號火箭的發射不受影響。由于該火箭成本低于其它火箭,所以目前供不應求。
歐洲阿里安5號為兩級型火箭,芯級直徑5.4米,使用液氫/液氧發動機,有4種構型,近地軌道運載能力最大達21噸,在全球衛星發射市場名氣較大。
俄羅斯質子號火箭是蘇聯時代研制的老火箭,有兩級型、三級型、四級型, 其中用于商業發射的質子-M為三級型,芯級直徑4.1米,使用有毒和污染的偏二甲肼/四氧化二氮常規推進劑,近地軌道運載能力最大達21噸。由于總價便宜,所以質子-M火箭在衛星發射市場的競爭能力較強,但近年多次發射失敗。
日本H2號A及增強型火箭為兩級型火箭,芯級直徑5.4米,使用液氫/液氧發動機,有5種構型,近地軌道運載能力最大達19.5噸。
“長征”5號將把我國空間站送上太空
雖然我國“長征”系列運載火箭已取得了舉世矚目的成就,但與上述國外新型大推力運載火箭相比存在明顯差距,很難適應未來航天的發展需求。例如,我國目前使用的運載火箭近地軌道運載能力最大為9.5噸,只有國外新型大推力火箭的一半左右;由于“長征”火箭是在液體彈道導彈基礎上進行適應性改進而形成的,通用化、系列化、組合化程度低,因此出現了型號多、通用性差的局面,同時限制了規模化、產業化的發展;我國火箭的第1、第2級和助推器現仍都使用有毒、有污染的推進劑,從而存在航區和人員安全及環境污染問題等等。