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宇宙飞船和地面通讯哪个靠谱?长五的25吨近地轨道推送能力

宇宙飞船和地面通讯哪个靠谱?长五的25吨近地轨道推送能力16年首飞成功、17年第二次发射失败后,2018年10月30日,改进好的YF-77试车出现故障。“长征五号遥三”火箭发射推迟到今年年中。随后,今年4月4日,YF-77再爆出氧涡轮泵出现细小裂纹的问题,又要重新回炉。一直到前天,长五的第三次发射才获得圆满成功。 作为长五的关键部分,大推力氢氧发动机YF-77的研发从2001年12月就已经开始。但根据官方记录,该项目在2007年“遭遇了国内外罕见的重大技术障碍,先后四次试车结果不理想,直接影响到整个研制进展”。最终在2012年8月17日才实现全部技术突破。 为了克服以上问题,长五的研发提上了日程。一开始的长五是一个模块化设计的火箭系列,其中不同结构排列组合,衍生出小型、中型、大型,大型火箭又分成近地轨道专用型、地球同步转移轨道专用型等。 最终,这些型号发展成了今天的“长征六号”“长征七号”“长征五号乙”长五。在此之中,长五尤为重要,它才是那个能

长五的成功发射,使所有关心这一型火箭项目的人们都松了一口气。我国航天事业的后续工作无疑将建立在这一型重型运载火箭的成功之上,再次出发,指向宇宙空间站、登月和探火等“小目标”。

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火叔认为,长五的25吨近地轨道推力应该是近段时间人们最为津津乐道的指标,不过,如何正确对待这一指标,还有一些内容可以简单介绍。

1、艰难30年

早在1986年的“863计划”中,大型运载火箭的研发制造就已提上议程。不过在之后十几年间,中国航天业受困于起步太晚,一方面技术储备不足,另一方面尚未形成大型火箭迫切需求,相关进展缓慢。

上世纪研发并长期担纲主力的“长征二号”“长征三号”“长征四号”火箭家族,不仅技术落后,而且采用的都是昂贵且有毒的燃料,准备周期长,运力也不足,只能执行近地轨道(LEO)10吨以下的运载任务。

为了克服以上问题,长五的研发提上了日程。一开始的长五是一个模块化设计的火箭系列,其中不同结构排列组合,衍生出小型、中型、大型,大型火箭又分成近地轨道专用型、地球同步转移轨道专用型等。

最终,这些型号发展成了今天的“长征六号”“长征七号”“长征五号乙”长五。在此之中,长五尤为重要,它才是那个能够负担未来月球、火星乃至深空探索任务的大火箭。

按照国际惯例,为了求稳,航天新装备的新技术比例都会压缩在30%左右,但是长五一次性采用了90%的新技术。这种激进做法也导致了后面的研发并不顺利。

作为长五的关键部分,大推力氢氧发动机YF-77的研发从2001年12月就已经开始。但根据官方记录,该项目在2007年“遭遇了国内外罕见的重大技术障碍,先后四次试车结果不理想,直接影响到整个研制进展”。最终在2012年8月17日才实现全部技术突破。

16年首飞成功、17年第二次发射失败后,2018年10月30日,改进好的YF-77试车出现故障。“长征五号遥三”火箭发射推迟到今年年中。随后,今年4月4日,YF-77再爆出氧涡轮泵出现细小裂纹的问题,又要重新回炉。一直到前天,长五的第三次发射才获得圆满成功。

2、用更大的吨位实现了世界第三的推力

客观来说,长五的25吨近地轨道推力确实是一个难得的成就,如果抛开退役的美国土星5、失败的前苏联N1、退役的前苏联能源号、并且不算航天飞机的话,长五将排在猎鹰重型和德尔塔4型后面,在推力方面名列全球第三。

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土星5尾喷管

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俄罗斯“质子-M”

不过,中国目前火箭运载效率不如欧美的,有效载荷增加1吨,火箭总质量就要增加几十吨的,火箭性能越差,增加的就越多。

以载荷质量和起飞质量相比,同一系列和批次可能有小不同,但大概没错。

长五:25吨/900吨左右;

SpaceX猎鹰9:23吨/550吨,第一级可回收;

美国德尔塔4:28吨/733吨;

欧空局阿丽亚娜5:16-20吨/777吨;

俄罗斯质子M:23吨/700吨。

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阿丽亚娜-5

以此可见,长五的技术,大概相当于欧美15年前的水平。不过,这也是难能可贵的成就了。基本上美国特别是SpaceX和NASA一骑绝尘,领先的幅度犹如天顶星人。其他都是跟随者,其他人无非是50步还是100步的问题了。

3、必要性

近年来,发展商业载荷的重量需求一直是下降的。

这也很正常,技术的发展,使得设备越来越小,越来越轻,以前可能要用2吨的大卫星做的事情,现在500公斤就可以完全替代,甚至部分性能还可以超越。

欧日也没有空间站的需求,所以新火箭的载荷水平也没有进一步提升的需求。作为这一需求的对照,H3和阿丽亚娜6基本都是平行取代旧火箭,技术的进步体现在别的方面,比如经济性。

和它们不同,我国短时间内不会有也借不到SLS,猎鹰,航天飞机这种级别的火箭,要发射空间站主体只能靠长五。

前面说过,长五之前的长2到长四,不光近地轨道推力全部在10吨以下,而且全部是毒推毒发,不光准备时间长,一旦燃料出现问题,一点办法也没有,因为你没办法把燃料泄掉。

但是我们接下来建载人空间站、登月和探火,就对推力有了更高的要求。所以长五的运力指标必须尽量高。

不过,从整个发射市场的角度来说,长五的运力优势没有拉开明显差距,在它下面的猎鹰9,近地23吨左右、质子也有这个推力,哪怕日本H-2B,19吨、阿丽亚娜5,20吨,确实我们没有沾沾自喜的必要。

H-2B已经是2009年的技术,阿丽亚娜5是2002年。哪怕德尔塔4,也是2004年的事情了。

而且如前文所述,别人应用需求摆在那里,有充分的理由不设计到长五这个指标,运力上的差别更多决定于设计需求而不是技术高低。

4、下一代重型火箭们追求的“小目标”

长五的发射对于我国来说是不计成本解决有无问题,而其他新一代的火箭都已经经过了这一阶段,运力不再是唯一目标,而是求索简化设计、降低综合成本的方法。

眼下的主流大火箭设计是氢氧芯级-氢氧上面级-固体助推的二级半设计为主,在地面起飞阶段用低成本,无运动部件可靠性高,推重比高的固体助推帮助起飞,省去预燃系统比燃气发生器循环都更简单便宜可靠的膨胀循环不仅在上面级而且也开始在芯级当中去应用。

长五的设计由于芯级的氢氧机推力比冲较低,在助推器上用了高达8台的昂贵分级燃烧煤油发动机。这种做法虽然堆出了运力指标(YF100海平面比冲有300s,阿丽亚娜5的固体助推只有260s ),但无论是在成本还是可靠性还是发射准备上都不是很好的选择,即使考虑长七长六分担了研发测试成本,多次发射的性价比恐怕也很成问题。未来采用固推助推,又或者是开发大推力的氢氧机做CBC构型应当是进一步努力的方向。

甲烷推进剂火箭,也是可以考虑的方向,在经济性和推力方面都更有潜力。

在长五漫长的30年研发过程中,世界发射市场已经发生了很大的变化,那怕是从长五首发到现在改进的3年中,也有不小的变革。搅局者马斯克的SpaceX现在异军突起,可以说一家民营公司拥有了和世界航天强国的国家航天机构平起平坐的地位。其万丈光芒很有可能意味着新的力量在酝酿和诞生。作为其代表作,火箭回收的可能性已经完全得到验证,SpaceX的部分火箭已经经历了4-5次重复发射。

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虽然由于考虑到回收的需要,火箭的燃料经济性以及有效载荷受到一定的限制,但没有人还能否定火箭回收在降低发射成本方面的巨大作用。SpaceX由于发射报价比竞争对手降低30%的巨大优势,已经成为发射市场最大的承包商。我国也必然在这方面加大探索,前不久已经有一家商业航天公司实现了我国第一次火箭回收,虽然技术总体难度还比不上SpaceX,但重大意义是跨出了宝贵的第一步。

5、光辉未来

长五只是我国向深空探索迈出的一步,在长五之后,是不是会有推力150吨 的长九正式立项?很有可能。

即使长9没有成为现实,但已经成为现实的是,我国已经连续两年全世界火箭发射次数第一。

随着国家经济状况的好转,我们的航天机构可以有更多经费和更多人才投入到这一烧钱的竞争中去。放眼全球,能够在推力和发射次数上跟美国一较长短的,有且只有我们。

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