世界航天新科技檔案（一）各國新型火箭（下-2）

+ 劉進(jìn)軍

“長征-9”超重型火箭

中國制定了登陸月球、火星，發(fā)射重型、超重型、大型和特大型航天器，建造空間站、太空太陽能電站和深空探測的宏偉計(jì)劃。這都需要重型火箭和超重型火箭?！伴L征-9”火箭正是中國正在論證研發(fā)的超重型運(yùn)載火箭。

結(jié)構(gòu)尺寸與運(yùn)力系數(shù)

“長征-9”火箭主要參數(shù)

“長征-9”火箭計(jì)劃

最大運(yùn)載有效載荷能力達(dá)到140噸，能夠運(yùn)載50噸有效載荷到地月轉(zhuǎn)移軌道，37噸有效載荷到火星?！伴L征-9”火箭的第一次飛行期望在2030年進(jìn)行，以2030年代登月著陸，并最終從火星采樣返回提供運(yùn)載能力為主要使命。

“長征-9”火箭正在論證研發(fā)之中，將設(shè)計(jì)為一種3級(jí)火箭，芯級(jí)火箭擁有10米直徑，使用4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)?！伴L征-9”火箭已設(shè)計(jì)了多個(gè)變種：

·“長征-9”：最大，擁有4個(gè)液體燃料助推器，運(yùn)載能力達(dá)到140噸。

·“長征-9A”：只有2個(gè)助推器，運(yùn)載能力100噸。

·“長征-9B”：只是芯級(jí)火箭，運(yùn)載能力50噸。

“長征-9”火箭采用“通用化、系列化、組合化”發(fā)展策略。它作為一種超重型運(yùn)載火箭，可媲美美國“土星-5”、“太空發(fā)射系統(tǒng)”、“獵鷹-重型”、蘇聯(lián)“能源”火箭，以及當(dāng)前正在開發(fā)中的美國“大獵鷹”火箭。

印度“統(tǒng)一”運(yùn)載火箭

“統(tǒng)一”火箭（ULV）是印度太空研究組織的一個(gè)中型至重型火箭發(fā)展項(xiàng)目，目標(biāo)是最終取代現(xiàn)役的“極地衛(wèi)星”（PSLV）火箭、“靜止衛(wèi)星-1”（GSLV-1）火箭、“靜止衛(wèi)星-2”火箭和“靜止衛(wèi)星-3”火箭系列。

“統(tǒng)一”火箭：

設(shè)計(jì)巧妙、變化多端、功能強(qiáng)大，如研制成功，可媲美俄羅斯“安加拉”、“質(zhì)子”，歐空局“阿麗亞娜-5”、“阿麗亞娜-6”，中國“長征-5”，美國“宇宙神-5”、“德爾塔-4”重型，日本“H-3”、“H-2B”等火箭。

芯級(jí)火箭：

稱為“SC160”。它安裝1 臺(tái)“S C E-200”半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，裝載160噸煤油或液氧推進(jìn)劑，提供強(qiáng)大動(dòng)力。

上面級(jí)：

稱為“C30”，安裝1臺(tái)“CE-20”低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，30噸液氫/液氧推進(jìn)劑，提供巨大動(dòng)力。

助推器：

有4種型號(hào)，其中3種的發(fā)動(dòng)機(jī)與“極軌衛(wèi)星”火箭（P S L V）、“靜止衛(wèi)星-1”火箭（GSLV-1）、“靜止衛(wèi)星-2”火箭和“靜止衛(wèi)星-3”火箭系列相同。

計(jì)劃中，“統(tǒng)一”火箭還將擁有2種變形火箭：

·“統(tǒng)一”重型火箭（HLV），能夠?qū)?0噸航天器發(fā)射到低地球軌道；

·“統(tǒng)一”超重型火箭（SHLV），能將41.3噸航天器發(fā)射到低地球軌道。

“統(tǒng)一”火箭的4種型號(hào)：芯級(jí)火箭相同，助推器種類、數(shù)量不同

模塊化設(shè)計(jì)，至少4種型號(hào)：

“統(tǒng)一”火箭采用模塊化設(shè)計(jì)，通過一個(gè)共同的芯級(jí)火箭和上面級(jí)，分別配備種類、大小、數(shù)量不同的助推器，就能組成4型、甚至6型火箭。

·6×S-13型：6個(gè)助推器，采用稍大于“極地衛(wèi)星”火箭的“S-13”發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒時(shí)間較長；

·2×S-60型：2個(gè)助推器，采用一種新的固體發(fā)動(dòng)機(jī)，“S-60”發(fā)動(dòng)機(jī)；

·2×S-139型：2個(gè)助推器，采用與“極地衛(wèi)星”火箭、“靜止衛(wèi)星-1”火箭、“靜止衛(wèi)星-2”火箭相同的“S-139”發(fā)動(dòng)機(jī)；

·2×S-200型：2個(gè)助推器，采用與“靜止衛(wèi)星-3”火箭一樣的“S-200”發(fā)動(dòng)機(jī)。

印度“統(tǒng)一”運(yùn)載火箭

“統(tǒng)一”火箭主要參數(shù)

助推器-S-200助推器 2長度 25米直徑 3.2米推進(jìn)劑質(zhì)量 207噸發(fā)動(dòng)機(jī) S-200推力 4658千牛/臺(tái)總推力 9316千牛比沖 274.5，真空燃燒時(shí)間 130秒燃料 丁羥芯級(jí)火箭-SC-160推進(jìn)劑質(zhì)量 160噸發(fā)動(dòng)機(jī) SCE-200推力 海平面∶1820千牛真空∶2030千牛比沖 海平面∶299秒，2.93千米/秒真空∶335秒，3.29千米/秒燃燒時(shí)間 259秒燃料 煤油/液氧上面級(jí)-C-30推進(jìn)劑質(zhì)量 30噸發(fā)動(dòng)機(jī) CE-20推力 200千牛比沖 443秒，4.34千米/秒燃燒時(shí)間 650秒燃料 液氫/液氧

向無毒火箭之路邁進(jìn)：

低溫發(fā)動(dòng)機(jī)、半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)是一種先進(jìn)的推進(jìn)技術(shù)，早期只有美國和俄羅斯掌握。而印度原有的“極軌衛(wèi)星”火箭、“靜止衛(wèi)星”火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑都是劇毒有害燃料，釋放到空中、水中將造成環(huán)境污染。全球火箭的趨勢是改用對(duì)生態(tài)更友好的無毒類推進(jìn)劑。

·低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑為液氧和液氫，極少產(chǎn)生污染，其燃料溫度為-250°。

·半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑為液氧和煤油，其優(yōu)點(diǎn)是：推力大；無毒、無腐蝕性，安全環(huán)保，易于存貯和運(yùn)輸；費(fèi)用低廉，可靠性高，可重復(fù)使用。

研制半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)：

2008年12月19日，印度政府批準(zhǔn)：為未來太空運(yùn)輸系統(tǒng)研發(fā)大推力半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，即200噸級(jí)高壓補(bǔ)燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。估計(jì)研發(fā)費(fèi)用為1798億盧比，加上58.8億盧比的外匯。半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)將促進(jìn)印度未來太空任務(wù)的應(yīng)用,如可重復(fù)使用運(yùn)載火箭、“統(tǒng)一”運(yùn)載火箭和行星際飛行任務(wù)的火箭。這將是印度邁向先進(jìn)太空運(yùn)輸技術(shù)自力更生的重要一步。

印度是較早開始研制半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的國家之一?！敖y(tǒng)一”火箭和未來火箭應(yīng)用半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，將提高2～3倍運(yùn)載能力，達(dá)到事半功倍。

印度2015年公布的半低溫發(fā)動(dòng)機(jī)研制信息

研制低溫發(fā)動(dòng)機(jī)：

印度從上世紀(jì)80年代開始研制低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，在自行研制的道路上遭遇過數(shù)次挫折。直到上世紀(jì)90年代初，印度從俄羅斯引進(jìn)了7臺(tái)RD-56M低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，并投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行仿制。2002年9月15日，印度宣布研制成功國產(chǎn)低溫火箭上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。

2010年，安裝CUS發(fā)動(dòng)機(jī)的印度GSLV MK-2運(yùn)載火箭首次發(fā)射，卻以失敗告終，這給印度航天計(jì)劃帶來了重大挫折。經(jīng)過不斷改進(jìn)及試驗(yàn)，功夫不負(fù)有心人，2014年1月，印度安裝國產(chǎn)低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的GSLV MK 2-D5火箭發(fā)射升空，將1顆通信衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。印度由此成為繼美國、俄羅斯、中國、法國、日本后，世界上第六個(gè)掌握低溫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的國家。

“哈斯”運(yùn)載火箭

“哈斯-2CA”是一枚單級(jí)火箭，一種擁有奇特的線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行測試平臺(tái)。它能夠發(fā)射100千克有效載荷進(jìn)入低地球軌道，研制和發(fā)射費(fèi)用為100萬美元?；鸺幸粋€(gè)特殊的質(zhì)量比，由過氧化氫和煤油混合燃料提供動(dòng)力。

“哈斯-2CA”火箭主要參數(shù)長度 16米直徑 1.5米起飛重量 16.3噸推力 224千牛運(yùn)載能力 低軌道100千克

“哈斯-2CA”火箭

誕生于多級(jí)火箭發(fā)祥地的單級(jí)火箭：“哈斯-2CA”

羅馬尼亞是多級(jí)火箭的誕生地，多級(jí)火箭已經(jīng)成為運(yùn)載火箭的經(jīng)典設(shè)計(jì)。但成立于羅馬尼亞的方舟太空公司卻異想天開，想研制一種單級(jí)入軌的火箭。單級(jí)火箭，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性更強(qiáng)、價(jià)格便宜，但是單級(jí)火箭、單級(jí)入軌的推力不夠，與多級(jí)火箭的理論和技術(shù)格格不入。它真的可行嗎？能成功嗎？

“哈斯-2CA”火箭通過以下操作，可以使單級(jí)火箭、單級(jí)入軌成為可能：

（1）稠密推進(jìn)劑；

（2）制造先進(jìn)的輕型復(fù)合材料推進(jìn)劑貯箱；

（3）線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，保證在幾乎所有飛行水平上的最佳性能，比任何火箭發(fā)動(dòng)機(jī)減少30%燃料消耗；

（4）推力矢量控制通過在16個(gè)燃燒室中節(jié)流8個(gè)燃燒室來實(shí)現(xiàn)，消除了發(fā)動(dòng)機(jī)的繁重復(fù)雜的亂流系統(tǒng)。

“哈斯-2CA”火箭將目標(biāo)市場鎖定納米、微型衛(wèi)星市場。據(jù)估計(jì)，2016年～2022年，全球?qū)l(fā)射3000顆1千克～50千克的納米、微型衛(wèi)星。鑒于此，未來10年，方舟太空公司擁有廣闊的市場空間。

方舟太空公司還有許多科技創(chuàng)新計(jì)劃，一大堆金點(diǎn)子（或者餿主意）。不論金點(diǎn)子，還是餿主意，敢于暢想并付諸實(shí)踐，就是創(chuàng)新。2017年3月，方舟太空公司宣布：“哈斯-2CA”火箭計(jì)劃2018年發(fā)射到軌道。方舟太空公司還設(shè)計(jì)了“哈斯-2B”火箭與“哈斯”載人飛船。

目標(biāo)——飛上太空！

“哈斯”運(yùn)載火箭

金點(diǎn)子或餿主意：

線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)

“哈斯-2CA”火箭采用線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，以單級(jí)入軌方式。

這并非是方舟太空公司的獨(dú)家創(chuàng)意，美國宇航局的火箭團(tuán)隊(duì)曾在地面上對(duì)線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了廣泛的測試，是美國宇航局一個(gè)單級(jí)入軌飛行器的一部分，并曾是航天飛機(jī)的候選方案。由于日程安排和預(yù)算限制，美國航天飛機(jī)最終使用了經(jīng)典的鐘形噴管發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在看到實(shí)際飛行之前取消了線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。因此，線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)從未真正進(jìn)行過太空飛行。

方舟太空公司為“哈斯-2CA”單級(jí)火箭配備了線性塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，將這項(xiàng)技術(shù)帶回公眾的視野。

方舟太空公司的航天工程師們在創(chuàng)造世界上最有效率的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。他們希望證實(shí)：線性塞式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)更具燃油效率。希望和夢想能否實(shí)現(xiàn)？想象力比科技更重要，創(chuàng)新與顛覆才能離成功更近！

“哈斯”這個(gè)名字來自500年前，那是一個(gè)英雄輩出的年代！

1961年，一份450頁的“錫比烏手稿”被發(fā)現(xiàn)于羅馬尼亞的圖書館，人們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這份制作于16世紀(jì)中后期的古老文件中，居然包含了一份詳細(xì)的報(bào)告，描述了“飛行標(biāo)槍”的有效射程，以及在錫比烏市的一次發(fā)射實(shí)驗(yàn)——這居然是一枚多級(jí)火箭。1555年，成千上萬的人目睹了實(shí)驗(yàn)的完全成功。這些文件描述了三級(jí)、固體燃料火箭的原理，涉及多級(jí)火箭的運(yùn)動(dòng)理論、不同的燃料混合物、液體燃料等，甚至還介紹了三角形狀翅片和鐘形噴嘴。

報(bào)告的作者是康拉德·哈斯(1509-1576)，一名奧地利炮兵軍官，曾是錫比烏火炮倉庫的負(fù)責(zé)人，也是一位500年前偉大的發(fā)明家。他設(shè)計(jì)了一枚3級(jí)火箭，而這類火箭直到上個(gè)世紀(jì)六十年代，才被制造出來。雖然歷史文獻(xiàn)并沒有記載當(dāng)時(shí)該地區(qū)的航空探索活動(dòng)，但很難說，康拉德·哈斯是否開啟了火箭研制歷史，影響了現(xiàn)代火箭技術(shù)。

“哈斯”

500年前的

3級(jí)火箭發(fā)明家