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发布者:普天宁普防雷 发布时间:2014-1-23 阅读:2258次 
比较中美3000吨级运载火箭

 

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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。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?

 

 
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。

 
 
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。

 
 
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。

 
 
美国SLS火箭计划把航天飞机留下的RS-25D发动机用完。
 
 
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。

 
 
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。


 

 

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