中國要發(fā)展超重型運(yùn)載火箭？

本報(bào)特約記者　張亦馳　本報(bào)記者　劉揚(yáng)

近日，中國發(fā)展運(yùn)載能力達(dá)到140噸的重型運(yùn)載火箭的消息在互聯(lián)網(wǎng)上熱傳，引起航天愛好者的廣泛關(guān)注。根據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者調(diào)查，最新議論源于《深空探測學(xué)報(bào)》之前刊發(fā)的一篇名為“我國航天運(yùn)輸系統(tǒng)成就與展望”的論文，由于該論文的撰寫者包括此前不斷呼吁要加快重型火箭研究的龍樂豪院士，所以廣受矚目。該文對中國未來的運(yùn)載火箭進(jìn)行了展望，透露不少關(guān)鍵信息。有專家認(rèn)為，航天能力的強(qiáng)弱關(guān)鍵在運(yùn)載火箭，而運(yùn)載火箭的關(guān)鍵則在火箭發(fā)動機(jī)。

披露中國未來運(yùn)載火箭族譜

該文對中國運(yùn)載火箭進(jìn)行了回顧和展望，將不斷發(fā)展的長征1號到長征11號運(yùn)載火箭的長征系列運(yùn)載火箭分為4代，其中長征5號、長征6號、長征7號和長征11號為第四代運(yùn)載火箭。

當(dāng)然，文章最吸引人的地方在于披露了計(jì)劃發(fā)展新型運(yùn)載火箭。首先披露的新一代中型中低軌火箭，也就是長征8號運(yùn)載火箭，它是一種兩級火箭，一級芯級狀態(tài)與長征7號基本一致，采用兩臺YF-100發(fā)動機(jī)，但捆綁的是2個(gè)2米的120噸級固體助推器，二子級采用兩臺YF-75液氫液氧發(fā)動機(jī)（也就是長征3乙運(yùn)載火箭的三級），近地軌道運(yùn)載能力為7.6噸。另外還會研制新一代中型高軌道火箭，并同時(shí)推進(jìn)長征-3D和長征-3E火箭的更新?lián)Q代，也就是對其助推器和一二級發(fā)動機(jī)進(jìn)行“換發(fā)”。

文章首次披露了一種空射運(yùn)載火箭，計(jì)劃利用運(yùn)-20運(yùn)輸機(jī)為載機(jī)，采用內(nèi)裝式箭機(jī)組合方案，發(fā)射周期為12小時(shí)，太陽同步軌道的運(yùn)載能力不低于200公斤。此外，文章還披露中國正在探索可重復(fù)使用航天運(yùn)載系統(tǒng)。

重型運(yùn)載火箭成為關(guān)注焦點(diǎn)

當(dāng)然，文章中最大的看點(diǎn)還是長征9號重型運(yùn)載火箭。實(shí)際上，去年年底發(fā)布《2016中國的航天》白皮書時(shí)，國家航天局副局長吳艷華已經(jīng)明確，現(xiàn)在正在啟動下一代重型運(yùn)載火箭長征9號的研制攻關(guān)，初步計(jì)劃在2030年左右首飛。

這篇論文較為詳細(xì)地介紹了未來長征9號的參數(shù)。文章稱，長征9號火箭為三級半結(jié)構(gòu)，芯級最大直徑10米級，近地軌道運(yùn)載能力140噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力66噸。近地軌道運(yùn)載能力已超出美國登月使用的“土星5號”運(yùn)載火箭和蘇聯(lián)“能源”號運(yùn)載火箭。該重型火箭是完成深空探測、載人登月和登火、空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要支撐。該火箭的三個(gè)構(gòu)型對應(yīng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)相同，可模塊化組合，既可捆綁液體助推器，也可捆綁固體助推器。

從該論文的配圖上看，構(gòu)型為長征-934的火箭（其中3代表3級，4代表4個(gè)助推器）總共24個(gè)噴管，其中芯級噴管8個(gè)，每個(gè)助推器上有4個(gè)噴管。根據(jù)其示意圖，其一級將全部采用液氧煤油發(fā)動機(jī)，二級和三級則均使用液氫液氧發(fā)動機(jī)。

《中國航天》雜志在去年第5期專訪龍樂豪的文章中還談到，重型火箭還有一種芯二級都采用液氫液氧發(fā)動機(jī)外加四個(gè)大型固體助推器的二級半方案，目前仍在做關(guān)鍵技術(shù)的深化論證和攻關(guān)。

中國運(yùn)載火箭研制任重道遠(yuǎn)

這篇文章談及的上述型號均屬于“計(jì)劃發(fā)展型號”，是否已經(jīng)立項(xiàng)尚不得而知。不過從文章談到“要加快推動重型運(yùn)載火箭長征9號的立項(xiàng)和研制工作”來看，至少該火箭當(dāng)時(shí)尚未立項(xiàng)。

一名不愿透露姓名的中國專家對《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，中國運(yùn)載火箭通過60年的發(fā)展，在運(yùn)載能力和可靠性等性能上已經(jīng)居于世界第一梯隊(duì)。但國產(chǎn)運(yùn)載火箭的發(fā)展仍然任重道遠(yuǎn)。相比國外的運(yùn)載火箭體系，國產(chǎn)火箭型譜過多，略顯繁雜。長征7號系列和計(jì)劃中的長征8號、長征3號的換推進(jìn)劑型號、新一代中型高軌道火箭在技術(shù)和能力上有著比較大的重疊，有的型號完全可以通過其他型號的少許改進(jìn)來代替。相比之下，國外運(yùn)載火箭通常通過一種大推力的芯級火箭為基礎(chǔ)，通過搭配各種級別的助推器，完成跨度非常大的發(fā)射任務(wù)。

另外，在上述新一代運(yùn)載火箭中，除了長征9號以外，大多數(shù)是對現(xiàn)有火箭發(fā)動機(jī)的新的排列組合，從技術(shù)角度看沒有代的跨越。實(shí)際上，中國運(yùn)載火箭的研制也在一定程度上存在“心臟病”問題。國產(chǎn)火箭發(fā)動機(jī)的問題體現(xiàn)在推力小和比沖相對較低，不僅低于美俄，也低于歐洲和日本。迄今為止，中國尚沒有一種采用分級燃燒循環(huán)的液氫液氧發(fā)動機(jī)投入使用。長征5號雖然實(shí)現(xiàn)了25噸的近地軌道運(yùn)載能力，但僅一級就使用了10臺發(fā)動機(jī)，一定程度上降低了可靠性。反觀美國重型“德爾塔-4”運(yùn)載火箭，只使用3臺發(fā)動機(jī)就實(shí)現(xiàn)了比長征5號更大的運(yùn)載能力，而且起飛重量更低。美國的“獵鷹-9”運(yùn)載火箭的一級發(fā)動機(jī)也達(dá)到了9臺，但由于其能夠大范圍調(diào)節(jié)推力，在起飛階段即便壞掉一兩臺發(fā)動機(jī)，其他發(fā)動機(jī)可以增加推力來確保發(fā)射的成功。該專家表示，中國應(yīng)適度將重點(diǎn)向火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域傾斜，通過發(fā)動機(jī)的技術(shù)突破，帶動運(yùn)載火箭能力的提升。航天能力的強(qiáng)弱很大程度上取決于火箭，而火箭的關(guān)鍵則在發(fā)動機(jī)?！?/p>