重型運(yùn)載火箭戰(zhàn)場上只剩中美競爭

備受矚目的長征九號重型運(yùn)載火箭有了最新進(jìn)展。這幾天，我國重型運(yùn)載火箭的研制接連迎來好消息。先是國家航天局副局長吳艷華接受央視采訪時透露，現(xiàn)在國家已經(jīng)確定將研制長征九號重型運(yùn)載火箭，之后是中國航天科技集團(tuán)一院透露，“十四五”期間中國航天將持續(xù)推進(jìn)新一代載人運(yùn)載火箭和重型運(yùn)載火箭的研制。

航天專家黃志澄告訴澎湃新聞，長征九號運(yùn)載火箭這幾天突然出現(xiàn)多個好消息，尤其是航天局副局長的表態(tài)，這說明該火箭可能很快將立項(xiàng)研制，從關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研階段轉(zhuǎn)向正式立項(xiàng)研制階段，這對項(xiàng)目本身來說意義重大。

長征九號火箭可用于載人登火

長征九號是我國正在論證預(yù)研的重型運(yùn)載火箭。

“按運(yùn)載能力分，運(yùn)載火箭可分為小型、中型、大型和重型，我們一般將起飛重量大于2000噸、低軌道最大運(yùn)載能力在100噸級的火箭稱為重型運(yùn)載火箭?！焙教鞂＜尹S志澄向澎湃新聞介紹說，“冷戰(zhàn)期間，美國的‘土星’-5號、蘇聯(lián)的N-1和‘能源’號都屬于重型運(yùn)載火箭?！?/p>

目前，我國運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭是長征五號，其近地軌道運(yùn)載能力可以達(dá)到25噸，在世界現(xiàn)役火箭中排名第三，排第一的是美國的“獵鷹重型”火箭，其近地軌道最大運(yùn)載能力約63噸，排第二的是美國的“德爾塔”-4火箭，最大運(yùn)載能力約28噸。

“如果未來想載人登月、載人登火，最好的選擇是使用重型運(yùn)載火箭，長征五號火箭目前運(yùn)力無法滿足要求，因此我們需要長征九號這樣的重型運(yùn)載火箭?！秉S志澄說。

現(xiàn)在，長征九號論證工作基本結(jié)束，一些關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研也有了重大突破，為正式立項(xiàng)奠定了基礎(chǔ)。中國探月工程首任總指揮欒恩杰近日也透露了重型運(yùn)載火箭研制的最新進(jìn)展。據(jù)央視軍事2月28日報(bào)道，欒恩杰介紹，100噸級（編者注：即長征九號）重型運(yùn)載火箭的論證階段已基本完成，進(jìn)入立項(xiàng)后續(xù)階段，重型火箭的研究工作有望在“十四五”期間展開。

欒恩杰指出，運(yùn)載工具的升級將快速提升我國進(jìn)入空間的能力，對于加速空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，更是如虎添翼。

目前，正值全國“兩會”期間，來自航天的代表委員也透露了重型運(yùn)載火箭的相關(guān)消息。科技日報(bào)3日報(bào)道稱，據(jù)悉，“十四五”期間中國航天將持續(xù)推進(jìn)新一代載人運(yùn)載火箭和重型運(yùn)載火箭兩型的研制，突破現(xiàn)有火箭的箭體尺寸以及發(fā)動機(jī)推力，從而支撐后續(xù)更遠(yuǎn)距離的深空探測。

《科技日報(bào)》稱，全國政協(xié)委員、中國航天科技集團(tuán)一院運(yùn)載火箭專家、中國科學(xué)院院士姜杰表示：“這兩型火箭的成功研制，將大幅提升我國航天器進(jìn)入外太空的能力?！?/p>

根據(jù)姜杰介紹，未來5年，我國除了繼續(xù)推進(jìn)兩型“重量級”火箭研制，航天工程還將與智能技術(shù)深度融合，航天工程系統(tǒng)各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)將實(shí)現(xiàn)智能化，運(yùn)載火箭在故障條件下將具備自適應(yīng)控制、在線軌道規(guī)劃、任務(wù)降級處理等幾種能力，以精確入軌為終極目標(biāo)，讓執(zhí)行任務(wù)更加靈活。

姜杰表示，站在“十四五”開局的新起點(diǎn)上，長征系列運(yùn)載火箭將助力中國探索宇宙的腳步邁得更遠(yuǎn)。

多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研獲得突破

火箭專家龍樂豪曾披露，長征九號芯級最大直徑達(dá)到10米級，捆綁四個5米直徑的助推器，起飛重量4000多噸，低軌運(yùn)載能力達(dá)到140噸。

2015年，國防科技工業(yè)局正式批準(zhǔn)重型火箭的關(guān)鍵技術(shù)深入研究，主要包括兩方面，其一是總體技術(shù)，其二是發(fā)動機(jī)技術(shù)。經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，我國重型運(yùn)載火箭關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研取得了不少成果。

2016年1月，中國航天科技集團(tuán)一院采用整體鍛造法成功研制出重型火箭貯箱過渡環(huán)，為我國超大直徑箭體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)奠定基礎(chǔ)，標(biāo)志著重型火箭突破了最大難題。

2017年6月，我國首臺泵后擺火箭發(fā)動機(jī)首次試車獲得圓滿成功，成為世界上第二個掌握泵后擺核心技術(shù)的國家。試車成功后，當(dāng)時中國航天科技集團(tuán)六院院長劉志讓介紹稱，泵后擺技術(shù)將搖擺裝置后置，不僅用最小的擺動實(shí)現(xiàn)了推力矢量的變化，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)還更加緊湊，火箭總體構(gòu)型更加優(yōu)化，更重要的是為重型運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)研制掃除了攔路虎，起到“瘦身健體”的作用，為研制更大推力液體火箭發(fā)動機(jī)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

據(jù)悉，該技術(shù)可用于重型運(yùn)載火箭的液氧煤油發(fā)動機(jī)研制。長征九號運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)包括大推力液氧煤油發(fā)動機(jī)和氫氧發(fā)動機(jī)。

2018年7月，中國航天科技集團(tuán)一院與中南大學(xué)聯(lián)合研制出世界上最大的火箭貯箱瓜瓣。該瓜瓣直徑達(dá)10米級，強(qiáng)度提升10%，且成形精度達(dá)毫米級。研制人員介紹，10米級貯箱瓜瓣成形技術(shù)的突破，為我國重型運(yùn)載火箭10米級貯箱原理樣件的研制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為火箭結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化作出突出貢獻(xiàn)。

今年1月，澎湃新聞從中國航天科技集團(tuán)獲悉，擬服務(wù)于中國重型運(yùn)載火箭的大推力補(bǔ)燃循環(huán)氫氧發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)取得積極進(jìn)展。

目前，大推力補(bǔ)燃循環(huán)氫氧發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已完成預(yù)燃室熱試驗(yàn)、氫渦輪泵與預(yù)燃室聯(lián)動試驗(yàn)、氧渦輪泵與預(yù)燃室聯(lián)動試驗(yàn)等一系列最具代表性和里程碑意義的熱試驗(yàn)，標(biāo)志著中國突破了大推力補(bǔ)燃循環(huán)氫氧發(fā)動機(jī)系統(tǒng)技術(shù)及高壓大流量預(yù)燃室、高效多級渦輪泵等核心組件的關(guān)鍵技術(shù)，為工程研制奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

重型運(yùn)載火箭賽道上的國家表現(xiàn)如何？

重型運(yùn)載火箭是航天強(qiáng)國的標(biāo)志之一，并且僅有少數(shù)航天強(qiáng)國正在研制這種類型的火箭，目前，這個賽道上，只有中美俄三個國家。

2月22日，據(jù)美國航天新聞網(wǎng)報(bào)道，美國宇航局宣布，SLS（太空發(fā)射系統(tǒng)）火箭芯級的第二次靜態(tài)熱試車推遲進(jìn)行，原因是有閥門存在問題。

1月17日，SLS火箭芯一級在密西西比州斯坦尼斯中心實(shí)施首次點(diǎn)火試驗(yàn)的過程中，僅僅燃燒了67秒就自動關(guān)機(jī)，沒有達(dá)到預(yù)期的8分鐘燃燒。這是SLS火箭研制過程中，第一次遭遇重大試驗(yàn)失敗。

SLS火箭是美國宇航局主導(dǎo)、波音公司研制的重型運(yùn)載火箭，可用于載人登月、月球基地建設(shè)、載人探火等深空探測任務(wù)，系列化設(shè)計(jì)的運(yùn)載能力在70至130噸。在特朗普政府時期提出的“阿爾忒彌斯”載人登月計(jì)劃中，SLS火箭將在2024年發(fā)射“獵戶座”飛船和登月艙，實(shí)現(xiàn)美國載人重返月球的夢想。

“SLS重型運(yùn)載火箭和‘獵戶座’飛船是美國載人登月的重要系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)是小布什政府提出的‘星座’計(jì)劃的產(chǎn)物，”航天專家龐之浩告訴澎湃新聞，“SLS最大運(yùn)載能力超過130噸，‘獵戶座’飛船是一種可深空探測的載人飛船，可支持載人探月和載人探火?！?/p>

SLS火箭原定于2018年11月進(jìn)行首飛，后來因?yàn)榧夹g(shù)等原因推遲，成本也不斷超支。去年6月份的審計(jì)報(bào)告顯示，火箭的建造成本已從62億美元飆升至80億美元，增幅高達(dá)29%。

研制工作一波三折、首飛時間一推再推，而最近的試驗(yàn)工作又問題不斷，這為今年11月首次飛行投下了不少陰影，能否如期首飛有待觀察。

俄羅斯也提出了研制重型運(yùn)載火箭的計(jì)劃。2016年8月，俄羅斯國家航天事務(wù)集團(tuán)確認(rèn)，該機(jī)構(gòu)決定以蘇聯(lián)航天飛機(jī)所用的火箭技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有火箭發(fā)動機(jī)，在今后5年至7年間研制出近地軌道運(yùn)載能力達(dá)160噸的超重型運(yùn)載火箭，這將是全球最大的運(yùn)載火箭。

俄羅斯新研制的重型運(yùn)載火箭將借鑒1988年蘇聯(lián)發(fā)射航天飛機(jī)時采用的“能源”號火箭的技術(shù)，當(dāng)時這種火箭的近地軌道運(yùn)載能力為100噸。

“從2016年提出至今已經(jīng)過去了近5年時間，俄羅斯重型運(yùn)載火箭一直沒有立項(xiàng)研制的消息。重型運(yùn)載火箭耗資巨大，俄羅斯當(dāng)下經(jīng)濟(jì)狀況下，沒有足夠的經(jīng)費(fèi)推進(jìn)，甚至‘安加拉’-A5大型運(yùn)載火箭研制試驗(yàn)工作都出現(xiàn)推遲。”黃志澄說。

“俄羅斯繼承了蘇聯(lián)大量航天遺產(chǎn)，重型運(yùn)載火箭相關(guān)技術(shù)的積累還是很多的，但就是缺錢，所以這種火箭的研制一直‘停留在PPT上’?！秉S志澄指出，“這個賽道上，實(shí)際上只有中美兩國已經(jīng)起步?！?/p>

中國正在研制的重型運(yùn)載火箭長征九號計(jì)劃在2030年左右進(jìn)行首飛。
責(zé)編AJX