新闻背景
近日,我国新一代大推力运载火箭长征5号火箭顺利通过了中国航天科技集团公司的转阶段评审,从初样研制阶段转入试样阶段。在试样阶段,该火箭将完成芯一级动力系统试车、全箭模态试验、全箭合练等标志性试验,以确保火箭首飞成功。
美俄欧日
都有火箭“大力士”
从全球航天活动的总体发展来看,为了满足日益增长的太空开发需求,人造地球卫星、飞船和空间站、空间探测器等航天器的体积和重量越来越大,因而要求发射这些航天器的运载火箭向大推力、高可靠、低成本和少污染等方向发展,为此,世界各航天大国都在积极研制新型大推力运载火箭,并采取以下主要措施:
一是简化设计,如减少火箭级数(级数越少越可靠)和增加火箭的直径(可多装燃料以增加推力)等;
二是采用共用组件或技术,实现通用化、组合化和系列化;
三是使用无毒、无污染、大比冲(火箭发动机单位重量推进剂产生的推力,比冲越高代表效率越好)推进剂,目前,液氢/液氧或液氧/煤油是无毒、无污染、大比冲、低成本(1吨煤油的价格不到1万元,而常规推进剂——偏二甲肼不仅有毒、有污染,价格也是其数倍)的推进剂,但需要在低温下工作,所以技术比较复杂。
现在,近地轨道运载能力达20吨级的大推力运载火箭已成为航天器发射的主力,当前活跃在航天发射领域的著名大推力运载火箭有:美国的宇宙神5号、德尔他4号、猎鹰9号,欧洲的阿里安5号,俄罗斯的质子号,日本的H2号A运载火箭等。
美国洛马公司的宇宙神5号火箭为两级型火箭,比以前的火箭更皮实、更可靠,流水线式的制造过程降低了人为出错的机会。该火箭芯级直径3.81米,使用液氧/煤油发动机,有14种构型,近地轨道运载能力最大达25吨;发射准备时间少,只需提前12小时送上发射台即可。此外,这种火箭发射时不用庞大的发射塔,只需1座发射架,并可在大风条件下发射。
美国波音公司的德尔他4号火箭为两级型火箭,芯级直径5.08米,使用液氢/液氧发动机。该系列火箭可根据需要加配不同尺寸的整流罩和数量不一的助推器,有5种构型。这些火箭不仅能发射1~23吨的近地轨道有效载荷,还可发射4~10.9吨的地球同步转移轨道有效载荷。
猎鹰9号火箭由私营公司自己投资研制的,为两级型火箭,使用液氧/煤油发动机,有3种构型,近地轨道运载能力为9.9~32吨, 地球同步转移轨道运载能力4.9~19.5吨。其第1级安装了9台火箭发动机,所以在起飞时,若有1台或2台发动机发生故障,猎鹰9号火箭的发射不受影响。由于该火箭成本低于其它火箭,所以目前供不应求。
欧洲阿里安5号为两级型火箭,芯级直径5.4米,使用液氢/液氧发动机,有4种构型,近地轨道运载能力最大达21吨,在全球卫星发射市场名气较大。
俄罗斯质子号火箭是苏联时代研制的老火箭,有两级型、三级型、四级型, 其中用于商业发射的质子-M为三级型,芯级直径4.1米,使用有毒和污染的偏二甲肼/四氧化二氮常规推进剂,近地轨道运载能力最大达21吨。由于总价便宜,所以质子-M火箭在卫星发射市场的竞争能力较强,但近年多次发射失败。
日本H2号A及增强型火箭为两级型火箭,芯级直径5.4米,使用液氢/液氧发动机,有5种构型,近地轨道运载能力最大达19.5吨。
“长征”5号将把我国空间站送上太空
虽然我国“长征”系列运载火箭已取得了举世瞩目的成就,但与上述国外新型大推力运载火箭相比存在明显差距,很难适应未来航天的发展需求。例如,我国目前使用的运载火箭近地轨道运载能力最大为9.5吨,只有国外新型大推力火箭的一半左右;由于“长征”火箭是在液体弹道导弹基础上进行适应性改进而形成的,通用化、系列化、组合化程度低,因此出现了型号多、通用性差的局面,同时限制了规模化、产业化的发展;我国火箭的第1、第2级和助推器现仍都使用有毒、有污染的推进剂,从而存在航区和人员安全及环境污染问题等等。