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李會(huì)超:新一代火箭悉數(shù)報(bào)到,上一代火箭還將堅(jiān)守崗位
最后更新: 2021-01-02 09:42:35不過(guò),并非所有的航天器重量都能達(dá)到“國(guó)之重器”級(jí)別,一型火箭的運(yùn)載能力如果和衛(wèi)星等航天器的實(shí)際需求脫節(jié),就會(huì)陷入沒(méi)有衛(wèi)星客戶使用的尷尬境地。美國(guó)SPACE X公司研發(fā)的獵鷹重型火箭是目前現(xiàn)役火箭中運(yùn)載能力最高的火箭。但是由于其運(yùn)載能力機(jī)不能滿足載人登月這一標(biāo)桿航天任務(wù)的需求,又超出了目前大部分衛(wèi)星的需要,因此首飛成功后的兩年多年內(nèi)僅進(jìn)行過(guò)1次商業(yè)發(fā)射。而同一時(shí)期生意不斷的,還是運(yùn)載能力相對(duì)較小的獵鷹9型火箭。
(新一代火箭模塊化組合示意圖,摘自《中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)的成就與展望》一文)
因此,當(dāng)解決了運(yùn)載能力上限的有無(wú)問(wèn)題后,還要解決上限以下、對(duì)于不同重量的航天器的運(yùn)載能力覆蓋問(wèn)題。新一代運(yùn)載火箭在設(shè)計(jì)時(shí),采用了模塊化、通用化的設(shè)計(jì)思路,通過(guò)不同模塊的組合,可以形成適應(yīng)不同任務(wù)的運(yùn)載能力。執(zhí)行嫦娥五號(hào)、天問(wèn)一號(hào)等高軌深空航天器發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征五號(hào),在去掉第二級(jí)、換裝大型整流罩后,就變成了更適于低軌載人航天任務(wù)的長(zhǎng)征五號(hào)B。而長(zhǎng)征五號(hào)的助推器和長(zhǎng)征七號(hào)的第一級(jí)基本相似,是新一代火箭中的3.35米模塊,安裝有兩臺(tái)YF100發(fā)動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)征七號(hào)的助推器變成一顆獨(dú)立的火箭后,就成為了發(fā)射方式機(jī)動(dòng)靈活、靶場(chǎng)準(zhǔn)備時(shí)間極短、適合發(fā)射微小衛(wèi)星的長(zhǎng)征六號(hào)。
在2013年的一篇論文中,中國(guó)火箭技術(shù)研究院范瑞祥等科技人員對(duì)長(zhǎng)征七號(hào)經(jīng)過(guò)模塊化組合的運(yùn)載進(jìn)行展望時(shí),提出了以長(zhǎng)征七號(hào)3.35米模塊作為第一級(jí)的16種火箭構(gòu)型方案。不同構(gòu)型的助推器種類數(shù)量、芯二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)選型有所不同,有些構(gòu)型還添加了第三級(jí)。今年首發(fā)不幸失利的長(zhǎng)征七號(hào)改在這篇論文中被列為CZ-734構(gòu)型,而現(xiàn)在實(shí)際使用的長(zhǎng)征八號(hào)是這篇論文中提出的CZ-722(HO)構(gòu)型。按照這篇文章的估算,長(zhǎng)征七號(hào)各種構(gòu)型可以覆蓋近地LEO軌道2.0-13.5噸、太陽(yáng)同步軌道1.0-8.5噸、GTO同步轉(zhuǎn)移軌道1.2-7.0噸的運(yùn)載能力,具有較高的靈活性。
對(duì)哪個(gè)構(gòu)型的運(yùn)載能力需求最迫切,就可以利用已經(jīng)由標(biāo)桿任務(wù)驗(yàn)證過(guò)的模塊,快速組合研發(fā)出那種火箭構(gòu)型。比起新一代火箭中的其他型號(hào),長(zhǎng)征八號(hào)這種“編外”型號(hào)的研制時(shí)間很短,從立項(xiàng)到首飛僅花了三四年的時(shí)間,足見(jiàn)模塊化技術(shù)對(duì)火箭研制帶來(lái)的改變。 而之所以這種構(gòu)型的火箭能率先轉(zhuǎn)正,則是因?yàn)橛谔?yáng)同步軌道的3-4.5噸航天器的發(fā)射需求十分旺盛,但3噸已經(jīng)是上一代主要用于太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星發(fā)射的長(zhǎng)征4號(hào)系列火箭運(yùn)載能力的天花板。長(zhǎng)征8號(hào)火箭的成功首飛,成功的填補(bǔ)了長(zhǎng)征火箭在這一領(lǐng)域的運(yùn)載能力空白。另一種由CZ-734構(gòu)型“轉(zhuǎn)正”的長(zhǎng)征七號(hào)改,也是為了填補(bǔ)處于長(zhǎng)征三號(hào)乙和長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載能力之間的5.5-7噸GTO軌道發(fā)射的空白。這個(gè)重量范圍內(nèi)的大型通信衛(wèi)星近年來(lái)所占比例逐漸加大,發(fā)射需求越來(lái)越高。
上一代長(zhǎng)征火箭還會(huì)繼續(xù)工作
當(dāng)新一代火箭悉數(shù)亮相后,上一代長(zhǎng)征火箭是否會(huì)很快消失在我們的視野中?筆者認(rèn)為,答案是否定的。首先,新一代火箭已有的構(gòu)型還無(wú)法覆蓋上一代火箭的運(yùn)載能力范圍,如果現(xiàn)在全部“下架”上一代火箭,將使一些中型載荷失去發(fā)射工具。
長(zhǎng)征二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)家族的諸多火箭型號(hào),根底上都可以溯源到東風(fēng)5型洲際彈道導(dǎo)彈,有著諸如使用有毒燃料等諸多固有的局限。但通過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)改進(jìn)和任務(wù)驗(yàn)證,它們?cè)谒采w的發(fā)射能力范圍內(nèi)已經(jīng)形成了較高的可靠性。其中,長(zhǎng)征2號(hào)乙和長(zhǎng)征3號(hào)甲火箭還因其出色的表現(xiàn),獲得了“金牌火箭”的稱號(hào)。而長(zhǎng)征2F火箭,則是唯一一種能夠滿足載人任務(wù)可靠性要求的火箭。此外,新一代火箭采用了全新的總裝轉(zhuǎn)運(yùn)模式和燃料,除了文昌發(fā)射場(chǎng)外,其他幾個(gè)發(fā)射場(chǎng)的設(shè)備尚不具備保障長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)的新一代大型火箭的能力。長(zhǎng)征七號(hào)具備運(yùn)輸?shù)饺珖?guó)所有發(fā)射場(chǎng)的可能,但要發(fā)射這種火箭,酒泉、太原和西昌發(fā)射場(chǎng)的設(shè)備需要進(jìn)行規(guī)模較大的升級(jí)改造。
(上一代火箭一般采用在發(fā)射工位總裝的準(zhǔn)備方式,而新一代火箭則是在總裝廠房中總裝完成后再轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射工位。)
在長(zhǎng)征八號(hào)首飛太陽(yáng)同步軌道幾天后,12月27日,長(zhǎng)征4號(hào)丙火箭將遙感十三號(hào)衛(wèi)星送入了太陽(yáng)同步軌道??深A(yù)見(jiàn)的是,未來(lái)幾年內(nèi),這種新老火箭并肩完成航天任務(wù)的場(chǎng)景將成為常態(tài)。同時(shí),新一代火箭的各種構(gòu)型也會(huì)按需求逐步“上線”,完成替代上一代火箭的工作。
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