中国大推力火箭 - 图文

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2011年9月29日天宫一号目标飞行器发射成功,11月1日中国将发射神舟八号飞船与其进行中国第一次空间无人交会对接试验。国人在高兴的同时,不得不提的是中国还必须要发展更大推力的火箭才能在未来执行空间站建设任务。而在目前,中国火箭技术还大幅落后于世界主流水平。

中国最早的长征2号火箭其实就是用来发射了卫星的东风5号洲际导弹。 长征2号火箭源于东风5号洲际导弹

2011年9月29日天宫一号目标飞行器发射成功,据报道11月1日还将进行神舟八号飞船的发射,随后进行中国第一次空间无人交会对接试验。细心的朋友可能会发现,发射天宫一号的CZ-2FT1火箭的运载能力仅为8600千克,这还是经过改进增加了100千克运载能力的结果。长征二号F火箭凝聚了中国航天人过去数十年的努力,是中国运载能力最大的火箭之一,但对比美俄等航天强国中国大推力运载火箭在运载能力和技术上仍存在巨大的差距,即使对比欧日这些后起之秀也略逊一筹。

和美国苏联类似,中国航天的运载火箭也源自弹道导弹项目,直至今日长征系列运载火箭仍然和弹道导弹血脉相连。目前所用的长征二号系列火箭中最早的长征二号火箭,其实就是中国第一种洲际弹道导弹东风五号导弹的衍生品,第一批次生产的6枚东风五号洲际导弹中,前2枚用于弹道导弹测试称为东风五号洲际导弹,后4枚用于发射卫星改称长征二号运载火箭,从这段历史可以看出早期的东风五号导弹和长征二号火箭实际上仅有发射载荷的区别。

长征2号丙火箭发射成功率较高

在1974年首次发射失败后,1975年11月26日长征二号运载火箭发射成功。1974年为了发射研制中的静止轨道通信卫星,中国开始论证研制长征二号甲和长征二号乙火箭,第三级发动机分别为使用常温偏二甲肼四氧化二氮推进剂的YF-40和使用低温氢氧推进剂的YF-73。

进入20世纪80年代以后中国继续改进东风五号和长征二号,诞生了第二批次东风五号和长征二号丙运载火箭,长征二号丙运载火箭的LEO运载能力达到了2400千克,并大大提高了火箭的可靠性,直到今年8月18日发射实践十一号-04星失败,才打破长征二号丙运载火箭发射全程成功的金身。

正在向发射架转运中的神舟八号飞船与长征2F火箭的综合体。长征2F火箭在所有中国火箭中可靠性指标最高。

长征2F火箭在中国火箭中可靠性最高

20世纪80年代中国运载火箭研究院和上海航天局继续改进长征系列运载火箭,在90年代取得了全面的突破。为了满足发射大质量外国通信卫星的需求,研制了捆绑式运载火箭长征二号E(CZ-2E),它可将9.2吨的有效载荷送入倾角28.5度的200千米高度圆轨道,1990年长征二号E火箭首次发射。使用EPKM发动机的火箭编号为长征二号E/ETS,可将3.5吨的卫星送入同步转移轨道,1995年长征二号E/ETS火箭首次发射。

长征二号F(CZ-2F)火箭在可靠性方面做了更多有益的探索。长征二号F火箭是中国按照高可靠性和高安全性原则设计的第一种运载火箭,从而成为中国可靠性指标最高的火箭。长征 二号F火箭设计中广泛使用了冗余设计和裕度设计,针对中国工业水平不高元器件质量较差的的问题,进一步提高了元器件质量等级要求和筛选标准,箭体结构设计 上提高了剩余强度系数,所使用的发动机也加入了提高可靠性的设计。此外还用了钝感火工品降低火工品误爆的可能性,从而大幅度提高安全性,在提高维护性上还 研制了更有效的故障检测系统。经过一系列设计上的改进,长征二号F火箭可靠性指标从0.91提高到0.97,保证了中国载人航天历次发射的成功。发射天宫 一号的长征二号F火箭进一步改进设计提高可靠性,编号为长征二号F/G。

长征3B火箭在中国火箭中运载能力最强,近地轨道的运载能力已达到12吨。不过相比日本H-IIB火箭在近地轨道的16吨运载能力,已是明显落后。

长征三号甲火箭应用氢氧发动机

20世纪80年代中国运载火箭研究院成功研制了发射静止轨道卫星的长征三号火箭,1984年4月8日成功将东方红二号通信卫星成功送入同步转移轨道,长征三号火箭可将1600千克的卫星送入同步转移轨道。竞争静止轨道卫星发射失败的长征四号火箭取消,上海航天局以此为基础研制了长征四号甲运载火箭,这同样是一个三级运载火箭,但主要用于发射太阳同步轨道卫星,它可将1500千克的卫星送入倾角99度、高度901千米的轨道太阳同步轨道。包括风云一号、风云三号在内的很多太阳同步轨道卫星都是使用长征四号甲及其后继型号发射的,中国的部分侦察卫星和资源卫星也使用长征四号系列运载火箭发射。

应用新的YF-75氢氧发动机,运载火箭研究院将长征三号改进为长征三号甲运载火箭,长征三号甲火箭一、二级和长征三号基本相同,第三级改用大推力的YF-75发动机并使用了数字化小型控制系统、冷氦增压推进剂输送技术等先进技术,将同步转移轨道运载能力提升到2.65吨,1994年长征三号甲火箭首次发射。今天印度运载能力最强的GSLV MkI/II火箭的同步转移轨道运载能力仅有2吨,无论长征二号E还是长征三号甲火箭的同步转移轨道运载能力都远高于此。

长征三号乙火箭LEO能力达到12吨

中国当时研制的东方红三代静止轨道通信卫星质量匹配长征三号甲火箭的运力,国内并没有更大质量卫星的发射需求,但同期欧美大型通信卫星的质量已经开始飙升。为了招揽外星发射任务,中国运载火箭研究院研制了长征三号乙(CZ-3B)捆绑式运载火箭,它的芯级就是一枚长征三号甲火箭,四枚液体助推器的组成布局和长征二号E火箭相同。长征三号乙运载火箭的同步转移轨道运载能力增加到5吨,可以发射主流的静止轨道通信卫星,1997年8月20日长征三号乙火箭成功将马步海卫星送入同步转移轨道。此后长征三号乙火箭进行了各项改进,最新的长征三号乙增强型运载火箭已经将同步转移轨道运载能力提高到5.5吨,理论上的LEO(近地轨道)运载能力达到12吨。它是中国运载能力最强的运载火箭。

美国在60年代的冷战时期就已发展出来至今其他国家都没能超越的土星五火箭,该火箭在近地轨道运载能力达到了令人惊叹的118吨。

中国火箭与发达国家仍有较大差距

中国航天事业尤其是运载火箭数十年来的成绩,在发展中国家中可以说是独一无二的。印度迄今为止研制使用的PSLV和GSLV火箭,其同步转移轨道运载能力分别只有1.2吨和2吨,以运载能力衡量相当于中国20年前的水平。至于另一个发展中国家的大国巴西,甚至没有一次成功的运载火箭发射。伊朗成功的发射了2颗卫星,但运载火箭的技术档次和运载能力尚不及中国长征一号运载火箭的水平。不过这个世界上的航天列强多数是发达国家,面对美国、俄罗斯、欧洲和日本等国家,中国运载火箭的技术和运载能力就要相形见绌了。

美俄冷战时期火箭技术就已独步全球

美国在20世纪60年代就研制了近地轨道运载能力118吨的土星五号运载火箭,1965年开始发射的大力神3C火箭的近地轨道运载能力就达到了13吨。70年代研制的航天飞机轨道器具有将29吨有效载荷送入太空的能力,美国空军80年代还研制了近地轨道运载能力达到21吨的大力神4火箭作为航天飞机不能满足军用任务时的备份。

作为冷战时代针锋相对的对手,虽然近百吨运载能力的N1火箭研制失败,但1965年苏联的质子号运载火箭首次发射,到1968年三级火箭结构的质子火箭投入使用时,近地轨道运载能力达到了21吨,在1987年能源号火箭首次发射前,质子火箭一直是苏联运载能力最大的运载火箭。

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