比较中美3000吨级运载火箭 zt

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比较中美3000吨级运载火箭

今年,中国新一代微型运载火箭长征十一号、新一代小型运载火箭长征六号首飞在即;新一代中型运载火箭长征七号、新一代大型运载火箭长征五号即将诞生;太阳同步轨道火箭长征八号、重型登月火箭长征九号已在论证。

1月15日,美国国家航空航天局发布了一组研制中的"太空发射系统"(SLS)的最新三维模拟图片。无独有偶,就在去年底,中国的元老级航天专家也向媒体披露了同样为3000吨级、用于载人登月的长征九号运载火箭。[详细]尽管长征九号还未有正式立项,国内争议也颇多,但可以预见,未来的太空竞争将在中美两国间展开。那么,对比SLS和长征九号,从中可以发现些什么?

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美国NASA新公布的SLS火箭发射模拟图。

1月15日,美国国家航空航天局(NASA)发布了一组正在研制中的"太空发射系统"(Space Launch System,SLS)的最新三维模拟图片,引起媒体的广泛关注。

所谓"太空发射系统"就是一种发射重量在3000吨左右的超重型运载火箭,用于发射"多用途载人飞船"(MPCV),可把宇航员送进深空开展小行星、月球和火星探测任务。MPCV是此前"猎户座"飞船的改良版,重约23吨,可搭载4名宇航员执行为期21天的深空探测任务。SLS火箭的首次发射暂定在2017年,届时它将发射一艘无人MPCV飞船进行绕月飞行。

SLS火箭是自土星5退役后,人类建造最大型的运载火箭,它将为人类今后登陆火星铺路。而就在去年底,中国发射了嫦娥3号月球探测器,中国的元老级航天专家也趁机向媒体披露了同样为3000吨级、用于载人登月的长征九号运载火箭。尽管长征九号还未有正式立项,国内争议也颇多,但可以预见,未来的太空竞争将在中美两国间展开。那么,对比SLS和长征九号,从中可以发现些什么?

我们先看美国的SLS火箭,提起SLS就必须回顾小布什时代雄心勃勃的"星座计划",星座计划以"重返月球"为口号,也有一款3000吨级的"战神5"超重型运载火箭。当时美国深陷金融危机,奥巴马在2010年停止了耗资巨大的"星座计划","战神"未出山即夭折。但奥巴马此举遭到美国参议院的激烈反对,出于维持美国太空领先地位的考虑,美国参议院很快在NASA 2011财年授权法案中加入研制一款3000吨级运载火箭的要求,取代"星座计划"中的战神1和战神5火箭,这就是今天我们看到的SLS火箭。SLS火箭的终极货运版性能指标、乃至结构与战神5极为相似,美国人实际是在争论中浪费了2、3年时间。

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若不出意外,美国土星5号火箭的全球最强火箭桂冠将会保持至2032年。

现在媒体报道SLS时,都强调它将超过土星5号,成为人类历史上最大的运载火箭。但实际上,SLS是一款模块化、系列化的火箭,按计划要到2032年的第13次发射时,SLS才会达到全状态,低轨运载能力130吨,从而超过土星5号的119吨。也就是说若不出意外,从1967年至2032年,土星5号将保持人类运载能力最强火箭的桂冠长达65年之久!土星5号作为当年美苏太空争霸的产物,所有一切按需供给、不惜工本;而现在SLS追求的则是尽可能经济,大部分技术继承于现有的航天飞机、土星5、德尔塔火箭。采用成熟技术的另一好处是,一旦作出决定,研制进度非常快,从2011年到2017年,美国人计划只用6年时间去推出SLS火箭。

不严谨地说,SLS火箭大致可分为载人、货运两个版本,均为二级半运载火箭。SLS火箭载人版的第一级直径为8.4米,安装有3台原用于航天飞机的RS-25D氢氧发动机。RS-25D一款上世纪70年代研制的可复用氢氧发动机,但直至今天它仍是综合性能最好的氢氧发动机之一,其质量只有约3.5吨,地面推力189.6吨、真空推力232.4吨,推重比约66,具有高达452.3秒的真空比冲,也是现役比冲最高的大推力发动机。NASA计划在航天飞机退役留下的RS-25D库存用完后,一级发动机将改用RS-25D的一次性版本RS-25E,进一步降低费用。

由于氢氧发动机出力不足,SLS火箭载人版在第一级捆绑了2具5段式可复用固体火箭助推器(RSRM-V),这也是源于航天飞机的4段式固体火箭助推器。RSRM-V的推力达到了惊人的1630吨,是世界上推力最大的火箭发动机。

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SLS使用的发射工位和垂直移动/发射平台全是诞生自土星V,又被航天飞机继承,再留给SLS的现成产品。

SLS火箭载人版的第二级则来自德尔塔火箭,装有1台RL-10B2氢氧发动机,单台最大推力约100吨。

这样,SLS火箭载人版全长97.5米,起飞重量2495吨,起飞推力达到3810吨,近地轨道运载能力为70吨。其第一级采用3台RS-25D/E氢氧发动机,助推器为2台RSRM-V,第二级采用1台RL-10B2氢氧发动机,全部仅6台发动机,极为简洁。

SLS火箭的货运版的改变是,第一级发动机增加至5台RS-25E,第二级直径加大至与第一级相同的8.4米,采用1至3台J-2X氢氧发动机。J-2X发动机源自土星五号火箭使用的J-2氢氧发动机,其真空推力达到了133吨,将是推力最大的上面级发动机,几乎相当于我国未来长征五号火箭第一级所用的YF-77氢氧发动机的2倍。SLS火箭货运版全长增加至117米,起飞重量增加至2948吨,最大低轨运载能力提高至130吨,完成对土星5的超越。

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美国SLS火箭计划把航天飞机留下的RS-25D发动机用完。

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SLS火箭载人版和货运版对比。


可以说,SLS火箭是利用成熟技术达到全新高度的典范。相比起来,中国长征九号就完全是另外一种状态了。按照目前公开的一些"蛛丝马迹",长征九号也是一款二级半火箭,一级直径8米,捆绑4具3.35米助推器,采用的发动机都是一款最大推力450-500吨级的液氧煤油发动机,性能比长征五号的YF-100发动机有大飞跃。长征九号一级安装4台,助推器安装1台,起飞推力达到3600-4000吨,与美国SLS火箭货运版差不多。长征九号第二级采用的也是全新的200吨级液氧煤油发动机,推力也是长征五号的YF-77的4倍。

也就是说,中国要造长征九号,必须先研制出上述规划中的大推力发动机。从某种意义上说,中美的超重型运载火箭之路完全相反,美国是利用成熟技术、按照尽可能经济的原则在短时间内"攒"出一款新火箭。但中国需要完全全新研制,所谓"雄关慢慢从头越",通过研制长征九号可以推动国产大推力火箭发动机技术的发展。

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见诸于专业报告的长征九号,国内航天业界较少考虑公众宣传。

现在长征五号还未进行首次发射,长征九号未来即便得以立项,研制时间正常来说也得花上十多年时间。美国SLS火箭首次发射计划在2017年,而长征九号最快应该也要到2030年之后了,这也正体现了中美航天技术的差距。

全新研发、加上科研体系的效率,可以肯定,研制长征九号的实际成本必然会比美国在SLS火箭上的花费更高。但正如上述,长征九号项目可以推动国产大推力火箭发动机技术的发展,回过头降低长征五号等商用发射的成本。是否上马载人登月项目、是否研制长征九号火箭,就请大家发表看法了。

最后还是要提一提,NASA屡屡公布新太空项目的3D模拟图片,这些精美、充满科技张力的图片争取了公众支持,甚至获得外国媒体的广泛转载、称颂,实现了一种"软实力"输出。而我国的长征九号规划则需要国内媒体、航天爱好者们的各种挖掘、询问,连猜带蒙。无论长征九号是否立项,今时今日,这种态度是不行的。


可以说,SLS火箭是利用成熟技术达到全新高度的典范,相比起来,中国长征九号则是一款需从头研制的火箭。要造长征九号,必须先研制出大推力发动机。可以肯定,研制长征九号的成本会比SLS更高。但必须看到,长征九号项目可以推动国产大推力火箭发动机发展,在技术上反哺商用发射。
 
长征五号火箭完成芯一级动力点火试验, 2017前后发射嫦娥五号
时间:2015-03-23

明年就要首飞了,今天,长征五号大火箭完成大考。据国防科工局消息,今天下午16时左右,我国规模最大、复杂程度最高的新一代大运载火箭“长征五号”,在北京成功完成芯一级火箭的发动机点火试验,这意味着“长征五号”最难关键技术取得突破,为2016年实现首飞打下重要基础。

长征五号是我国目前运载能力最大的火箭,今天完成的是芯一级动力系统第二次试车,进一步验证了芯一级模块设计方案的正确性,为年内转入发射场合练奠定了坚实基础。此前2月9日,长征五号在京成功进行了芯一级动力系统试车,标志着这项工程研制取得重大进展。

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今天下午16时左右,我国规模最大、复杂程度最高的新一代大运载火箭“长征五号”,在北京成功完成芯一级火箭的发动机点火试验。

国防科工局局长、国家航天局局长许达哲表示,“长五”是我国首型全新研制的新一代运载火箭,能够将我国进入空间的能力提升2.5倍以上,大幅提升我国运载火箭总体技术水平,为进一步完善运载火箭能力布局提供了有力保障。同时,“长五”的研制,为我国新型高强度、轻质化材料的深化应用奠定了基础。

“长五”近地轨道运载能力25吨,地球同步转移轨道运载能力14吨,与国际上主流运载火箭的运载能力相当。按计划,“长五”将于2016年择机进行首飞试验,2017年前后在海南发射场托举探月三期嫦娥五号月球探测器,之后还将承担载人空间站等发射任务。。

“探月三期是我国航天领域迄今难度最大、最复杂的工程,要实现月面采样返回,全面完成探月工程绕月、落月、返回地球的总目标。目前,嫦娥五号任务正处于紧张的产品研制、系统集成和试验验证阶段,计划2017年前后在海南发射场由长征五号运载火箭执行发射。”许达哲说。

“长五”由中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院抓总研制。在全体参研参试人员的共同努力下,历经8年艰苦攻关,全面突破12大项、200多个关键核心技术,已进入整箭级大型地面试验阶段。

中国航天科技集团公司中国航天推进技术研究院是“长五”发动机的主要承担单位。

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长征五号火箭

“‘长五’动力系统由芯一级、芯二级和四个助推器共同组成。23日进行第二次试车的芯一级产品直径5米,总长约33米,主要由箭体结构、增压输送、测量、控制、伺服等系统组成,使用无毒无污染的液态氧和液态氢作为推进剂。”中国航天推进技术研究院院长谭永华说。今年晚些时候,“长五”还将进行芯二级动力系统试车。

我国的运载火箭技术起步于20世纪50年代。经过近60年的发展,至今共研制14型长征系列运载火箭,形成长征二号、长征三号、长征四号三个系列。目前,现役运载火箭共计8个型号,能满足低、中、高不同轨道,不同类型卫星、探测器、载人飞船的发射能力。

2014年12月7日,长四乙遥运载火箭成功将中巴地球资源04星送入预定轨道,长征系列运载火箭顺利完成第200次发射。我国成为继美俄之后第三个独立完成双百次宇航发射的国家,发射成功率超过95%,入轨精度达到国际先进水平。

“长五”的研制坚持“通用化、组合化、系列化”的设计理念,以“无毒、无污染、高可靠、适应性强、安全性好”为目标,将完善我国运载火箭能力布局,牵引并带动无毒无污染新一代运载火箭系列化发展,为建设美丽中国贡献力量。

据央视新闻、新华社等报道

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上图为长征五号运载火箭芯二级氢箱运抵中国航天科技集团公司六院101所低温区贮箱台,准备进行液氢工况内压合格试验、液氢轴弯内联合使用载荷合格试验以及整箱内压破坏试验等研制任务。
 
国产发动机技术还是落后
单发LOX发动机推力500吨也就是美国50-60年代土星V F-1发动机的80%.

还有很长的路要走
 
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