中国最新火箭震惊五角大楼!

我国新一代大推力发动机的开发,时间并不晚。最晚上世纪90年代中期,就开始了新一代120吨级液氧煤油发动机YF100的开发工作。根据外界流传的说法,120吨级大推力液氧煤油发动机和俄罗斯的RD-120发动机有一些血缘关系,90年代中期,我国从俄罗斯引进两台RD-120液氧煤油发动机 (推力约85吨),用于研究液氧煤油发动机的相关技术,这可以看作是YF100研制过程中的一个里程碑。需要注意的是,RD120和着名的 RD170/180/190/191系列没有直接关系,技术水平要低一些,目前只是用于海上发射的天顶号运载火箭的第二级。根据零星的报道,2002年5 月16日,120吨推力的YF100发动机进行了整体试车并获成功。


与此同时,传说中的YF77也进入开发阶段,曾经有一段时间,或许是爱好者们对高技术的狂热,亦或开发者们对新技术的追求,YF77被说成是典型的分级燃烧式液氧液氢发动机,不过很遗憾,进入新世纪后随着越来越多信息的公开,已经明确了这是一种燃气发生器循环的液氧液氢发动机。从技术上说,燃气发生器循环方式的发动机要落后一些,尤其是真空比冲要低了不少,目前曾经投入使用的大推力液氧液氢发动机,用于阿波罗计划的土星5号二子级的J2发动机是普通的液氧液氢发动机,但是随后的航天飞机主发动机(SSME),苏联/俄罗斯大型运载火箭能源号芯级的RD1020都是分级燃烧式发动机,冷战时期针锋相对,感觉真的是技术发展的黄金时期。此后日本人的H-2/H-2A运载火箭的LE7/LE7A采用的也是分级燃烧式发动机,但是命运多舛,频繁出现发射失败问题;与此同时,ESA投入使用的阿里安5的芯级采用了较为简单的燃气发生器循环方式的发动机。更重要的是,技术的领头羊美国人研制的新型液氧液氢发动机RS68 居然也是燃气发生器循环方式,为的是降低成本提高可靠性,缩短开发周期。日本与欧美两方面的对比毫无疑问对中国的开发工作产生了影响,最后采用相对低端但是更廉价可靠的燃气发生器循环方式,尽管有些遗憾,但是也是可以理解的。


进入21世纪后,在新一代发动机的路线图中又出现了新的YF115发动机的身影,对于这个突然出现的型号,如果没看到它的性能数据,很容易联想到上世纪 YF73对YF40的故事,但是YF115并不是YF77的竞争者,事实上,它是一台推力在15吨级的分级燃烧液氧煤油发动机,主要用于新一代运载火箭的上面级,真正竞争的对手,应该是YF75液氧液氢发动机。分析认为这可能主要是为了掌握分级燃烧/高压补燃的新技术,作为技术积累用。毕竟即使采用高压补燃,但是液氧煤油发动机的比冲,比之燃气发生器循环的液氧液氢发动机,仍然是差了很多的,典型的例如RD180真空比冲为330秒,但是RS68真空比冲可达402秒,ESA的火神更是高达422秒之高。当然,采用高压补燃的液氧煤油发动机,比之原来的四氧化二氮/偏二甲肼燃料的发动机,性能尤其是发动机比冲要高出不少,典型的如我国YF40发动机,真空比冲仅为294.2秒,如果是大型的发动机推力与RD191(190吨推力,真空比冲338秒)如DaFY6-2,真空比冲更是仅有255秒。大胆猜测一下,采用YF115发动机作上面级的CZ-5型号这将是CZ-4的后继。


最近一段时间,不断传来YF77和YF100试车的消息,显示发动机的开发相当顺利。2006年1月15日,人民网报道50吨液氧液氢发动机(YF77)进行了200秒热试车;根据《中国航天报》的确切报道,2006年4月17日,120吨液氧煤油发动机(YF100)成功进行了400秒长程试车;最新的消息是来自《新闻联播》,报道提到2006年7月3日,我国新一代大型运载火箭120吨液氧煤油发动机(YF100)进行了首次600秒试车并喜获成功。


新一代火箭的结构按照构想,采用新型大推力发动机的新一代运载火箭将形成一个系列,彻底取代原有的CZ-1/2/3/4各种型号的火箭,这样的模块化设计,可以降低使用费用,同时使用大推力发动机,减少了发动机数目,也更容易提高可靠性。


我国新一代运载火箭将采用2.25米,3.35米和5米三种直径,运载能力覆盖LEOLow Earth Orbit:近地轨道)约1.2吨到25吨,GTO(Geostationary Transfer Orbit:地球同步转移轨道)约1.8吨到14吨的范围,不仅可以完全取代原来的各型运载火箭,而且扩大了LEO和GTO的运载能力。截至目前,LEO 运载能力最大的CZ-2F不过8吨多,GTO运载能力最大的CZ-3B不过是5.1吨,新一代火箭对运载能力的扩展还是很大的。


5 米直径模块采用两台50吨推力液氧液氢发动机YF77,是新一代运载火箭的核心模块;3.35米模块采用两台120吨的液氧煤油发动机YF100,它既可以作为5米直径大推力运载火箭的助推器,也是3.35米火箭系列的芯级;类似的,2.25米火箭模块采用一台120吨的液氧煤油发动机YF100,既可以作为大推力火箭的助推器,也是小型火箭的芯级。


在5米直径的CZ-5系列火箭中,按规划分为A,B,C,D,E,F等6种型号,相关数据表格如下:


说明:长度单位为米,起飞重量单位为吨,起飞推力单位为千牛,运载能力单位为吨LEO:近地轨道;GTO:地球同步转移轨道<以上表格数据引自《中国航天》龙乐豪先生的文章>


与国外新一代大推力运载火箭相比,我国的大推力运载火箭在运载能力上难分高下。如波音公司的全重德尔塔4火箭(Delta 4H),LEO运载能力24吨,GTO运载能力14吨;已经取消的阿里安5重型火箭(Ariane 5ECB),LEO运载能力约22吨,GTO运载能力约12吨;俄国超重型安加拉火箭(Angara A5 UOHB)LEO运载能力约28吨,GTO运载能力约8吨。已经取消的H-2A 222型号(这种超重型型号已经取消,JAXA正在开发新的H-2B火箭)LEO运载能力23吨,GTO运载能力约10吨。


由于新一代大型运载火箭采用比冲较低的液氧煤油发动机作为助推器,芯级液氧液氢发动机也是采用相对而言比冲较低的燃气发生器循环方式,因此在运载系数上,新型运载火箭比之日本的H-2A/B,美国Delta4要低一些,不过比之采用大推力固体助推器的阿里安5要高一些。


在开发过程中,我国工程技术人员并没有贪高求远,盲目追求过高的新技术指标。尽管现在看来,新一代发动机单机推力偏小,但是考虑到两种主要发动机发动机实际开始开发的时间很早,只不过由于种种原因,不仅大型运载火箭迄今尚未正式立项,而且发动机开发进度一再推迟,将技术的相对落后推卸给当时确定指标的技术人员是不负责任的。从总体看来,新一代的CZ-5运载火箭的运载能力完全符合我国当前和未来相当长一段时间的需求,也没有必要单纯为了技术的先进一再调整指标。毕竟,在这方面,由于盲目追新不断调整技术指标提高要求的原因,我国的防空导弹和航空发动机的发展都曾付出过不小的代价

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