中國的運(yùn)載火箭能否趕超馬斯克

謝智華 王哲

今年2月，美國人馬斯克用運(yùn)載火箭將一輛特斯拉汽車送上太空，引發(fā)了全世界的廣泛關(guān)注。作為“同行”，密切關(guān)注這一事件的十三屆全國人大代表、中國航天科技集團(tuán)有限公司第六研究院院長劉志讓在今年全國兩會期間接受本刊記者采訪時(shí)表示，與馬斯克的運(yùn)載火箭相比，中國在很多方面未遑多讓。

劉志讓表示，作為我國新一代大推力火箭的代表作，長征五號火箭的近地運(yùn)載能力是25噸，已經(jīng)具備一次運(yùn)送一個(gè)核心艙進(jìn)入太空的能力，也就是相當(dāng)于具備一次將十幾臺特斯拉送往太空的能力，但要大幅提升我國進(jìn)入空間能力、載人登月和深空探測等航天強(qiáng)國硬指標(biāo)，應(yīng)盡快立項(xiàng)并研制重型火箭。

重型火箭是航天強(qiáng)國的基礎(chǔ)

“要實(shí)現(xiàn)‘2030年躋身世界航天強(qiáng)國行列、2045年全面建成世界航天強(qiáng)國的目標(biāo)，中國需要推力更強(qiáng)的運(yùn)載火箭來自由進(jìn)入太空，重型運(yùn)載火箭是航天強(qiáng)國建設(shè)的重要支撐，也是大規(guī)模利用空間資源的基礎(chǔ)和開展深空探測的前提，希望國家對以重型運(yùn)載火箭為代表的新型動(dòng)力研發(fā)給予更大的支持力度?！眲⒅咀寣Ρ究浾哒f。

目前，我國正在研制的長征九號是新一代重型火箭，其地面推力達(dá)到3000噸以上、近地運(yùn)載能力100噸以上，起飛推力和近地運(yùn)載能力兩項(xiàng)指標(biāo)都超過了太空探索公司的獵鷹重型火箭。而大推力、單臺泵的發(fā)動(dòng)機(jī)布局，大大提升了火箭的可靠性，未來，我國還將研制推力更大的重型火箭，可以滿足我國未來載人登月、火星探測和后續(xù)深空探測需求。

劉志讓介紹，目前我國有30%的航天技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際一流水平，根據(jù)中國航天科技集團(tuán)的戰(zhàn)略部署，到2020年，我國力爭實(shí)現(xiàn)在軌航天器數(shù)量超過200顆，年發(fā)射30次左右，超越歐盟，基本達(dá)到世界航天強(qiáng)國水平。到2030年，力爭將這一數(shù)字提升至60%，使我國超越俄羅斯，躋身世界航天強(qiáng)國前列；到2045年，部分重點(diǎn)領(lǐng)域比肩美國，全面建成航天強(qiáng)國。

呼吁國家設(shè)立航天液體動(dòng)力重大專項(xiàng)

劉志讓在今年全國兩會上呼吁國家設(shè)立航天液體動(dòng)力重大專項(xiàng)，加大共性基礎(chǔ)技術(shù)研究，創(chuàng)建信息化、數(shù)字化條件下技術(shù)創(chuàng)新和研制制造能力；盡快啟動(dòng)重型運(yùn)載火箭研制立項(xiàng)和發(fā)動(dòng)機(jī)工程研究，加大對重復(fù)使用火箭動(dòng)力、天地往返組合動(dòng)力、新型空間動(dòng)力等先進(jìn)技術(shù)研究攻關(guān)支持力度，加快追趕超越步伐，率先實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國的目標(biāo)使命。

有句話說“火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力有多大，中國航天的舞臺就有多大”。航天液體動(dòng)力是航天事業(yè)的核心之一，是航天裝備的心臟，是太空活動(dòng)的重要基礎(chǔ)和保障?！巴ㄟ^對標(biāo)分析，我們提出了中國航天液體動(dòng)力在提高核心技術(shù)指標(biāo)、深化基礎(chǔ)理論研究等方面的研究思路：第一，提高技術(shù)創(chuàng)新能力和研制能力。通過航天液體動(dòng)力專項(xiàng)實(shí)施，加大共性基礎(chǔ)技術(shù)研究，提高信息化、數(shù)字化條件下的技術(shù)創(chuàng)新和研制能力，補(bǔ)短板、除隱患，筑牢研發(fā)創(chuàng)新和生產(chǎn)制造根基，穩(wěn)定產(chǎn)品性能，提升質(zhì)量與可靠性水平，切實(shí)推動(dòng)我國航天液體動(dòng)力技術(shù)向世界一流水平邁進(jìn)。第二，加大液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)前沿技術(shù)研究。盡快啟動(dòng)重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工程研究，加大對重復(fù)使用火箭動(dòng)力、天地往返組合動(dòng)力、先進(jìn)空間動(dòng)力等先進(jìn)技術(shù)攻關(guān)的支持力度，有效支撐航天強(qiáng)國建設(shè)的后續(xù)任務(wù)。”劉志讓對記者說。

劉志讓介紹，我國現(xiàn)在研發(fā)的新型火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)為三型新研制發(fā)動(dòng)機(jī)，500噸級液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、200噸級和25噸級液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，分別用作重型火箭的一、二、三級。三型發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、比沖等核心指標(biāo)均達(dá)到國際一流水平。500噸級發(fā)動(dòng)機(jī)是我國現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力的4倍以上，現(xiàn)階段已完成了發(fā)動(dòng)機(jī)核心組件冷熱試驗(yàn)證，并開展半系統(tǒng)級熱試驗(yàn)，2018年可完成工程樣機(jī)裝配，如果立項(xiàng)成功，預(yù)計(jì)2020年前具備整機(jī)試車條件，2028年前完成發(fā)動(dòng)機(jī)的全部研制工作，助推2030年重型運(yùn)載火箭的首飛，為大幅提升我國進(jìn)入空間能力、載人登月和深空探測等航天強(qiáng)國硬指標(biāo)提供有力支撐。

據(jù)介紹，目前我國正在進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和方案深化論證工作，各項(xiàng)工作進(jìn)展順利。發(fā)動(dòng)機(jī)研制中進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新，不僅性能指標(biāo)達(dá)到國際一流水平，在研制流程上，形成了數(shù)字化研制模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)證等流程優(yōu)化；在研制手段上采用了大量仿真技術(shù)和智能化理念；在制造工藝上，采用了新材料和3D打印等新的技術(shù)成果。

火箭回收技術(shù)中國也不差

馬斯克除了將汽車送入太空之外，還進(jìn)行了多次火箭中央助推器的回收實(shí)驗(yàn)，被很多網(wǎng)友稱為“黑科技”。對此劉志讓分析說，回收火箭技術(shù)費(fèi)效比、風(fēng)險(xiǎn)性因素都得綜合考慮?；鸺目煽鼗厥帐侵貜?fù)使用的先決條件，主要有三種回收途徑，傘降、動(dòng)力反推垂直下降、滑翔飛行器水平降落。國外從上世紀(jì)70年代以來提出重復(fù)使用運(yùn)載器計(jì)劃，持續(xù)開展火箭回收技術(shù)研究，例如美國“三角快帆”計(jì)劃驗(yàn)證了火箭垂直起降、懸停、橫向移動(dòng)等技術(shù)，為垂直回收積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，美國藍(lán)源公司（Blue Origin）和太空探索公司（SpaceX）先后實(shí)現(xiàn)了亞軌道飛行器和運(yùn)載火箭一級的垂直回收與復(fù)用，引發(fā)了航天界廣泛的關(guān)注。

其實(shí)，早在“十一五”期間，中國就開展了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)使用技術(shù)的探索和研究，突破單臺發(fā)動(dòng)機(jī)不下臺連續(xù)熱試車、大范圍推力調(diào)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)。進(jìn)入“十三五”以來，我國也加快可重復(fù)使用運(yùn)載器的研究力度，制定了發(fā)展規(guī)劃，并提出重復(fù)使用動(dòng)力的研究計(jì)劃。

劉志讓介紹，我國針對三種火箭回收技術(shù)均已開展研究工作，并制定詳細(xì)的發(fā)展計(jì)劃和節(jié)點(diǎn)，但是尚未開展飛行驗(yàn)證。其中動(dòng)力反推垂直下降方案要求火箭主動(dòng)力具有多次起動(dòng)能力、大范圍變推力能力，滿足回收過程中火箭減速、小沖擊等需求，技術(shù)難度較大。近期針對該回收方案要求，航天六院開展了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)研究，例如增加起動(dòng)次數(shù)、提高推力變化范圍等，以滿足總體飛行驗(yàn)證需求，實(shí)現(xiàn)火箭一級的回收與重復(fù)使用。后續(xù)針對完全重復(fù)使用運(yùn)載火箭、水平起降天地往返運(yùn)載器的使用需求，我們將開展重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)、組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究工作，分別實(shí)現(xiàn)中期一、二級火箭重復(fù)使用，遠(yuǎn)期水平起降重復(fù)使用運(yùn)載器服役的規(guī)劃目標(biāo)，推動(dòng)重復(fù)使用航天運(yùn)輸領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行。預(yù)計(jì)2025年前后實(shí)現(xiàn)落區(qū)可控回收、部分重復(fù)使用等目標(biāo)。2030年實(shí)現(xiàn)完全重復(fù)使用火箭動(dòng)力兩級運(yùn)輸系統(tǒng)的工程應(yīng)用。

針對水平起降重復(fù)使用天地往返飛行器，也就是大家俗稱的“空天飛機(jī)”的研發(fā)情況，劉志讓表示，空天飛機(jī)確實(shí)能夠帶來航天運(yùn)輸方式的變革，但其最關(guān)鍵的問題還是在動(dòng)力上，而這方面的研制難度很大，要想真正研制空天飛機(jī)，需要國內(nèi)各方優(yōu)勢力量聯(lián)合攻關(guān)才能發(fā)展更快。目前，經(jīng)過前期大量探索，航天六院在組合動(dòng)力方面技術(shù)思路逐步聚焦，試驗(yàn)設(shè)施不斷完善，部分技術(shù)已得到充分驗(yàn)證，已形成完整的研制策劃和發(fā)展路線圖。未來，在組合動(dòng)力領(lǐng)域，航天六院期望聯(lián)合國內(nèi)其他優(yōu)勢科研力量共同推進(jìn)研究工作。

深空探測肩負(fù)重要使命

在未來中國將會開展的載人登月、火星探測、空間站建設(shè)等重大工程研究工作中，航天六院也肩負(fù)重要使命。

劉志讓介紹，在空間飛行器動(dòng)力方面，航天六院研制了空間化學(xué)推進(jìn)產(chǎn)品系列：以490N發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的高性能衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，以7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的大范圍推力調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)，以2500N發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的神舟飛船變軌發(fā)動(dòng)機(jī)，以及各種空間姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)。航天六院還同步開展了空間電推進(jìn)技術(shù)的研究和攻關(guān)，霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)具備工程應(yīng)用條件。

在載人登月、火星探測等未來航天任務(wù)研究中，航天六院還將研制新的空間發(fā)動(dòng)機(jī)，開展環(huán)境適應(yīng)性研究，滿足月球、火星表面軟著陸及起飛任務(wù)需求；同時(shí)開展低溫推進(jìn)劑在軌貯存技術(shù)研究，力爭實(shí)現(xiàn)高性能液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)空間長期駐留和可靠工作。同時(shí)，開展大功率空間電推進(jìn)系統(tǒng)、空間核熱動(dòng)力等新型動(dòng)力的研究，以適應(yīng)火星探測等深空探測任務(wù)需求。