長征九號動力精益求精,中國載人登月挽弓待發

長征九號動力精益求精,中國載人登月挽弓待發

中國啟動了探月工程,無人探月下一步自然是載人登月!

中華民族自古就有嫦娥奔月的傳說,我國的無人探月工程也稱為嫦娥探月工程。然而,到達月球的事人而不是機器,才能激發世界的熱情與夢想,人類渴望再次踏上月球,中國航天也一直推動載人登月項目的立項。載人登月的關鍵是長征九號重型運載火箭,只有這樣的百噸級運力的重型火箭,才能支持中國載人登月夢想的實現。

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數天前的國家太空委員會上,美國副總統彭斯站在航天飛機前表示要將(美國)航天員送上月球

美國新任特朗普總統和副總統彭斯都打算重新登月,美國重返月球已經箭在弦上。與此同時,SLS重型火箭、獵戶座深空飛船,還有美歐俄日合作的深空門戶站(DSG)也在按部就班的研製,未來這些系統部署完畢後,只需要研製一個登月艙,載人登月就是水到渠成的事情了。美國重返月球為期不遠,俄羅斯、歐洲和日本也借船出海打算實施載人登月!我們中華民族自然不能落後於人,2011年就提出的長征九號重型火箭就也在不斷優化設計提高性能。

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有了深空門戶站,載人登月水到渠成而且花費不高,小鬼子也要載人登月啦!

作為航天愛好者,我們自然期待長征九號重型火箭在技術和性能上雙豐收,願望是美好的,但現實並不盡如人意。由於基礎工業的相對薄弱,以及我國過去幾十年沒有研製新火箭,中國運載火箭的研製經驗不足。新一代運載火箭中長征七號可看作長征二號F換髮,並沒有出現多大問題,但長征五號火箭就麻煩不斷了。

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載人登月需要重型火箭,然而我們長五大火箭還沒搞定,第二發就出現星箭俱毀的悲劇

2016年11月3日第一次發射中推遲不斷,即使歷盡波折最後發射成功,相信很多人也都記得直播視頻裡“這也能成功”的背景音,隨後2017年7月2日長征五號火箭第二次發射就出現事故導致徹底失敗。這樣的能力和水平下,長征九號火箭的設計沒法好高騖遠的片面追求技術先進性,尤其是跟隨獵鷹九號火箭追求高質量比的箭體。中國航天做熟不做生,更多的把壓力壓到火箭發動機上,希望能通過高性能的發動機提高火箭的綜合性能。

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早期長征九號重型火箭方案太過理想化,不久後就改弦更張了

早期的長征九號有固體助推器和液體助推器兩種構型,它們都將使用200噸級氫氧發動機,這主要是因為氫氧發動機比衝高,可以大大降低火箭的發射重量。當年登月競賽中美國土星五號在性能上完勝蘇聯N-I火箭,J-2氫氧發動機正是最大的功臣。龍樂豪院士曾多次展示過長征九號方案,重型火箭使用10米直徑芯一級和5米直徑助推器,分別安裝4臺和2臺500噸級大推力高壓補燃液氧煤油發動機,芯二級使用220噸級氫氧發動機,芯三級原定使用長征五號火箭YF-77氫氧發動機的真空版,但YF-77發動機性能不高,目前已經改為使用4臺新研製的25噸級高性能氫氧發動機,它的真空比衝提高到460秒,媲美美國最好的RL10B-2型氫氧發動機。

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龍院士2016年公開的長征九號系列構型,這樣的巨無霸除了運力達標,運載係數相當難看

龍院士對外公開的長征九號方案是個巨無霸,它的起飛質量高達4137噸,推力為5873噸,擁有140噸的近地軌道運力和50噸的奔月軌道運力,運載能力和美國SLS基本相當。然而這個版本的長征九號綜合水平實在不算多高,當年美國戰神五號火箭質量也不過是3704.5噸,而它的近地軌道運載能力可達187.7噸,運載係數比長征九號高得多。戰神五號或是SLS火箭是美國最新的重型火箭,中國火箭運載係數輸了不丟人,問題是50年前的土星五號也比長征九號強太多,土星五號火箭起飛質量不足3000噸,但奔月軌道運力也達到了50噸,這就實在尷尬的很了。

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2017年10月的方案,第二級改為高壓補燃氫氧發動機,通過提高發動機性能提高整體性能

話說回來,中國運載火箭設計經驗和能力先天不足,無暇在運載係數這種細枝末節上與美國爭鋒。最新公開的長征九號方案芯二級又有了巨大的變動,原來的燃氣發生器循環氫氧發動機,已經改為性能更高的分級燃燒/高壓補燃循環氫氧發動機。氫氧發動機本來比衝就高,改為高壓補燃循環後比衝更能提高到450秒左右,比原定的430秒提高了一個檔次。220噸級的高壓補燃氫氧發動機,無論是推力還是比衝上都堪稱中國的SSME(航天飛機主發動機),這意味著長征九號火箭綜合性能有望達到更高的水平。

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我們童年時代都聽過嫦娥奔月的故事,期待載人登月的中國夢和月球夢早日實現!

根據最新透露的消息,中國航天科技集團還在繼續完善長征九號重型火箭的設計,未來有望在2019年6月向國防科工局提交報告。如果長征九號火箭能在建國70週年正式立項,2030年前後有望實現首次發射,承載和實現中華民族飛天奔月的千年夢想!

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