最近幾天中國航天領域可以說就像是過年一樣,頻頻放出大招。首先,珠海航展上兩枚新型長征系列運載火箭模型的亮相,一枚是已經立項并且有所進展的長征五號登月型,簡稱CZ5-DY。另外一枚則是龍樂豪院士透露過的長征九號2021版。這兩款火箭模型的亮相并不簡單,它們的出現意味著中國航天登月計劃已然提上了日程。
除了運載火箭的曝光,在發動機上也迎來了巨大突破。11月5號,由我國航天6院自主研制的液體火箭發動機YF-130整機試車成功,這臺發動機單機推力達到了500噸。是我國研制的最大推力的火箭發動機,是現役液氧煤油發動機的4倍。這臺發動機的試車成功意味著我國在運載火箭運力上將有重大突破。
除了500噸級的YF-130,我們還在為“八年九機”而奮斗。接下來,我們一起展開聊聊珠海航展上的新型運載火箭,它們的參數及未來的任務,還有“八年九機”是哪九機。
奔向深空
中國航天科技集團董事長吳燕生在20大期間展望了未來我國的航天計劃,他表示;進入新征程,中國航天將在三個方面發力創新。一是進一步提高中國進入空間的能力,將對現役運載火箭進行更新換代,研制新一代載人運載火箭和重型運載火箭。二是繼續實施航天重大工程,如進行載人月球探測、月球科考基地的建設、火星采樣返回,實施小行星探測等。
可以看出,未來我們的目標就是奔向更遠的深空。執行深空探測和載人登月甚至登火都需要大推力運載火箭的支持,長征五號登月版以及長征九號就成為至關重要的一環。
在嫦娥五號任務圓滿完成之際,我國的探月工程第一階段也完美落幕,在第二階段中,我們將進行更全面的探測,為載人登月和月面科研站打基礎。長征五號登月版就是為載人登月而研發的。
·長征五號登月版
長征五號登月版,原名是流傳已久的921運載火箭,也就是新一代載人運載火箭。新一代載人飛船的是基于搭載新一代載人飛船而設計的。新一代載人飛船主要用于載人登月任務,登月版將達到25噸。想要把25噸重的大家伙送往地月轉移軌道,目前長征系列的運載火箭還沒有可以勝任的,強如長征五號也僅僅能將25噸重的載荷送往近地軌道。所以,921運載火箭的提案出現在大眾視野。
新一代載人飛船支持載人登月目的而研發,全長約9米,最大直徑4.5米,最大發射重量25噸。在充分繼承我國載人航天工程已有技術的基礎上,它在結構、推進、回收、能源、熱控、電子、人機交互和可重復使用等方面采用了一系列先進技術,使飛船具備高可靠、高安全、低成本和宜居的特點。在前期將用于載人登月任務,未來可能會基于低成本、可重復使用等優勢,大空間用于近地軌道商業載人航天和近地軌道貨運任務。
新一代運載火箭(長征五號登月版-921)是根據我國載人航天工程發展規劃,為發射我國新一代載人飛船/月面著陸器而全新研制的高可靠、高安全的載人運載火箭。火箭全長約 90米,起飛重量約 2187 噸,采用三級半構型,箭體直徑5米,捆鄉2個5米直徑通用芯級,可將27噸有效載荷直接送入奔月軌道,或將70噸有效載荷送入近地軌道,是我國航天強國建設的重要戰略支撐預計 2027年具備首飛條件。
為什么不用長征九號?
介于美國阿波羅計劃中的土星五號超重型運載火箭,在起初我國也是設想通過研發超重型運載火箭一體式發射載人飛船以及登月艙。但我國在產重型運載火箭的研發基本處于空白,并且當時提出設想的時候,大推力發動機的進展也比較滯后。所以,介于綜合考慮選擇了與美國阿爾忒尼斯計劃相同的方案,發射兩枚運載火箭分別發射載人飛船和登月艙。
當然,這種方案并不是因為沒有超重型運載火箭而向下妥協的方案。長征五號登月版除了可以加速載人登月的進程之外,還可以填補25噸—80噸之間的運力空缺。還可以用于未來月球基地或月球空間站的艙段運輸任務,是一枚多功能的運載火箭。
·長征九號
長征九號運載火箭是我國正在研發中的第一枚超重型運載火箭,它將是繼土星五號、N1、SLS發射系統后有一枚超100噸級的運載火箭,起初是計劃用于我國載人登月計劃的運載火箭,目前已被長五登月版代替。
長征九號,我國研發的第一款150噸級龐大巨獸。今天主要介紹兩款主流的長征九號構型,基本型和“光棍型”。
目前曝光的長久構型都是龍樂豪院士的PPT里曝光的。
光棍型長征九號:光棍型長征九號重型火箭模型首次在這次珠海航展上亮相。光棍型重型運載火箭全長延至110米,最大直徑10.6米,比NASA的SLS發射系統和SpaceX的星艦更大更長,起飛質量4122噸,起飛推力5200噸。近地軌道運力150噸,地月轉移軌道運力50噸。光棍長九的一級火箭采用24臺推力240噸的液氧煤油發動機,二級火箭為4臺推力120噸的氫氧補燃發動機,三級火箭為1臺推力120噸的氫氧補燃發動機,同時表示了應該預研液氧甲烷發動機,說明將來可能會用這種發動機替換液氧煤油發動機。這個跟龍樂豪院士的PPT出入不大,龍院士的版本采用26臺甲烷發動機。
除了推力的曝光,長征九號光棍版的可回收性也得到了證實,這次長征九號的模型中出現了柵格舵,這是在火箭一級返回時控制箭體姿態和起到一定減速效果的。這也就意味著光棍型長征九號會是一枚可重復利用的超重型運載火箭,對標SpaceX的星艦。航天科技集團一院火箭總體設計師劉秉介紹,重型運載火箭的運載能力比我國現役運載火箭更大,它將使我國空間探索能力大幅提升,對于月球和火星探測以及更遠的太陽系探測起到更大作用。
光棍型的長九是提出長九設想的最新版,也就是龍樂豪院士PPT中的2021版-2022版,而在次之前的幾款捆綁式長九則是2011版的衍生品,被成為基本型長九。
基本型長征九號:基本型的長九采用捆綁式設計,是長征家族標志性的設計。10米的芯級加四枚助推器。一級采用500噸級的YF-130液氧煤發動機,這款發動機已經整機試車成功。二級火箭采用220噸級的YF-90液氧液氫發動機。三級則是25噸級的YF-79高空氫氧發動機。基礎款似乎不用過多介紹,就在發文前館長看到了一則采訪,將取消消耗型長征九號的研發。
據《太空新聞》報道,中國已經正式宣布了這一方向。該出版物引1用了中國運載火箭技術研究院總設計部主任劉冰本周接受中國中央電視臺的采訪。他證實,完全可消耗的長征9號的計劃已被取消。相反,目前的設計在第一階段具有網格鰭片,沒有側面助推器。劉說,目標是開發一種具有可重復使用的第一級的大型火箭,能夠向低地球軌道運送150噸,向月球運送高達50噸。劉說,設計過程仍然不穩定,有幾個技術挑戰有待解決。其中一個設計決策可能涉及推進。
目前這兩款新一代的運載火箭能夠確定的是長征五號登月型是已經正在設計并且加速研發中的。長征九號的最終設計還沒定下來,但各項基礎的技術已經開始進行,例如發動機。
“八年九機”計劃
八年九機很好理解,從2021年-2028年八年九款發動機。
11月5日隨著一聲巨響,YF-130型500噸級液氧煤油發動機首次整機試車成功!該型發動機配置有全球最大的“補燃循環發動機推力室”。起初,這款發動機應該是搭載在長征九號的一級上,為長九起飛作為初始動力。但長九的消耗型取消了,YF-130的用處目前并不明確,也許將來長九的消耗型重新立案也是有可能的。
YF-130的整機試車成功,一躍成為了目前推力最大的液氧煤油發動機。這也是八年九機中,九臺發動機推力最大的發動機。
除此之外,其他八臺發動機是:
200噸級全流量分級燃燒循環液氧甲烷發動機、220噸分級燃燒循環液氧液氫發動機、360噸級補燃循環液氧煤油發動機、大推力補燃循環常規發動機、85噸燃氣發生器循環液氧煤油發動機、80噸級燃氣發生器循環液氧甲烷發動機、8噸補燃循環常規發動機、25噸閉式膨脹循環液氧液氫發動機。
其中,200噸級的全流量分級燃燒循環液氧甲烷發動機、220噸分級燃燒循環液氧液氫發動機和25噸閉式膨脹循環液氧液氫發動機在未來將搭載在長征九號上。