长征火箭为何不采用猎鹰重型火箭直接将三组
第三枚长征五号运载火箭王者归来,明天(年12月27日晚上8点)就要恢复发射了,航天爱好者们心情都很激动,也很复杂。大家在预祝它发射能够取得圆满成功的同时,心中也有一个问题:那就是为什么我们最新研制的大推力运载火箭――长征五号运载火箭(也包括别的长征系列火箭)不能像美国的重型猎鹰运载火箭那样,采用直接把三组相同的主芯级捆绑起来的结构?这样采用成熟的技术既简单可靠,研制周期又短,另外还能大幅提高运力。但现在我们的长征系列火箭大多都是采用串联或串并联(即一级火箭加装助推器)的结构,研制周期长且复杂。
这个问题的原因是什么,下面我来简单分析一下
一,咱们首先了解一下有关背景。
美国SpaceX公司年1月成功发射重型猎鹰运载火箭,把一辆特斯拉跑车送入了火星轨道。
该火箭是由三枚猎鹰9号火箭直接捆绑起来构成的,构型为bab,三枚火箭都是芯级直径,所以你认为它没有助推器也可以,当然你说两边的两枚火箭是助推器也行。每个助推器安装9台梅林ID发动机,共27台。
三个芯一级火箭发动机截面图中间这枚猎鹰9号火箭上面加了第二级,第二级安装1台真空梅林ID发动机。设计思路和结构就是这么简单,几乎完全是多枚猎鹰9号的组合。因此研制周期短,而运载能力在世界现役运载火箭中是最大的,近地轨道能力(LEO)63.3吨,地球同步轨道能力26.7吨。那为什么各国都几乎不采用这种设计呢?
原来这种设计有违传统设计理念,那就是一级发动机过多,故障率明显增大,一旦有发动机出现故障,会直接导致发射失败。另外多台发动机容易导致复杂的藕合振动、火箭推重比下降等问题,所以一般子一级设计发动机数目都在10台以里。前苏联曾经研制用于载人登月的N1火箭,其子一级设计30台发动机,结果4次发射均告失败,粉碎了苏联人的载人登月梦。
苏联N1运载火箭自那以后火箭设计很少采用这种方式。
二,那这次重型猎鹰火箭为什么又采用这种方式呢?
是因为它采用先进设计手段确保其可靠性。采用动力冗余技术,即当有少数发动机出现故障时,在不影响其它发动机正常工作的情况下箭载控制系统对故障发动机实施紧急关机和故障隔离,继续执行并完成主发射任务的技术。它还采用轻质箭体结构技术、牵制释放技术(火箭在起飞前利用牵制释放系统牵制住火箭,让发动机低工况工作一段时间,采集敏感参数和评估分析,快速判断发动机工作状态,提高发射成功率)、冷分离技术(助推器分离和一二级分离均采用无损式冷氮喷射分离,而不是爆炸分离)、
发动机节流技术(一二子级的节流变推力能力,保证一子级助推器分离时芯级仍有最多的推进剂,达到延长芯级飞行时间的目的),成功的解决了传统遗留问题。据可靠消息,年SpaceX公司又成功发射两枚重型猎鹰火箭,稳定性得到验证,目前已投入商业运营。
三,成功就是硬道理。我国科技人员已经看到了这种成功,早已经开始调整未来新一代运载火箭的发展方向和定位布局。
本来我国把长征五号、长征六号和长征七号运载火箭定位为新一代运载火箭,逐步取代长征二、三、四号老旧系列运载火箭。长五长六长七全部采用通用化、模块化、智能化、系列化设计,发动机全部使用环保无毒无污染推进剂,但随着年7月第二发长征五号火箭的失利,暴露出很多问题,包括技术上的、设计上的、工艺上的以及定位上的不足。长征七号是从载人火箭长征二号F改进而来,起初有意专门用于载人和货运飞船的运输,
长征七号它的最大近地轨道能力14吨,以后准备逐步成为我国主力火箭,但它在运力上和长征五号有很大重复之处,目前长七正在改进,比如上面增加一级改进为长征七号甲,也就是说长征七号并不具备完全替代老火箭的能力。现在只有长征五号才是我国目前最需要的,但它的发动机比冲和推重比都不高,为弥补推力的不足当时只得增加发动机数量,从而降低了可靠性。
本来打算用它搭载发射试验新一代载人飞船,但自第二发失利以来,复飞时间也是一推再推,在它基础上研制的用于发射空间站的长征五号B火箭也受到了影响。特别是为满足未来深空载人探测比如说载人登月甚至载人登陆火星、瞄准当前最新科技全新打造的新一代多用途载人飞船必须尽早测试,
新一代载人飞船所以我国科学家们审时度势迅速作出调整,重新定位新一代运载火箭,毅然推出新一代载人运载火箭(尚未命名),借鉴美国重型猎鹰火箭的设计理念,芯一级是直接捆绑三个相同的、直径5米的助推器,是bab构型,中间芯一级上面加二级、三级、整流罩和逃逸塔。
新一代载人运载火箭火箭全长90米,起飞推力吨,近地轨道能力70吨,地月转移能力25吨。用于发射新一代载人飞船人货两用的近地版、深空版以及小行星火星探测器和未来月球基地项目,注意有载人登月的能力。现在正处于方案论证阶段,预计年完成关键技术攻关。相信用不了多久一定会研制成功。
四,最后
再次预祝第三发长征五号发射成功,因为如果成功,下面的第四发长五明年将用来发射我国火星探测器(地火之间距离是周期性变化的,必须确保年9月前发射才能最节省时间),
我国的火星探测器第五发长五将用来发射嫦娥五号月球采样返回探测器,
嫦娥五号模型不能再耽误了。
转载请注明:http://www.abuoumao.com/hyls/1181.html