浅析中国最大运载火箭何时能够研制成功

中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院党委书记梁小虹在2011年3月3日接受新华社记者专访时透露,中国目前运载能力最大的运载火箭正在进行研制论证工作,运载能力将达130吨,是现役运载火箭的6倍。该型号火箭箭体巨大,箭体直径是现役火箭直径的2倍左右(现役火箭直径为3.35米,即该型火箭直径约为6.7米,比长征5号直径的5米直径还要大),以满足后续载人登月、深空探测等发射任务的需求。


该重型运载火箭研制需要攻克大量先进技术,例如大推力发动机技术、大直径箭体设计与制造技术、高精度制导、低温推进剂在轨管理等技术,将带动有关科学技术的研究进步,例如制导理论、燃烧理论、新型材料和计算机等的发展。此外,重型运载火箭的大直径箭体、大推力发动机的生产与制造,将直接带动国家基础工业能力的提升,例如先进材料的研发应用;大型结构的制造工艺、设备研发;大型构件的试验、运输保障等。再看看之前的美国“土星5号”运载火箭,土星5号是历史上、土星号运载火箭成员中最大的火箭,高达110.6米,最大直径10.1米,更是目前使用过的最高、最重、推力最强的运载火箭,最大有效载荷为1180吨。1967年至1973年期间NASA共发射了13艘土星5号火箭,主要承担“阿波罗登月飞船”和“空间实验室”的发射任务。尽管中国最新重型运载火箭的数据还在论证之中,但根据运载火箭研制可行性技术分析来看,其起飞重量和长度、直径都不会超越“土星5号”的实际尺寸和重量。但最终的最大载荷能力将达到创世纪的130吨,超越了美国118吨历史记录的“土星5号”火箭。之所以火箭短小,能力却更大,这就主要得益于最新技术和最新材料的广泛应用,可以大大降低有用箭载质量,增加有效载荷。但对于中国而言,要想研制这一重型运载火箭,需要克服的问题比较多,这也是制约火箭“飞天”的主要原因。


相比之下,箭载计算机技术已经不是什么主要难题,这一点中国还是比较自信的。制导理论也不是问题,中国航天科技人员在制导理论上已经有了比较充分的技术基础准备,但要想实现新一代运载火箭的腾飞,尤其是重型运载火箭,需要采用复合制导方式以提高火箭的整体制导精度,毕竟火箭的推力更加巨大,制导精度更会有“失之毫厘谬以千里”的问题,如何将成熟的复合制导理念应用在重型运载火箭或许更多是应用问题而非理论问题。其实重型运载火箭的最大问题就在于“材料和工艺”问题,无论是重型火箭基础构件,还是巨型火箭发动机等等,都首先要解决“制造问题”,能否保质保量地生产出来并能在发射中稳定和牢固的飞行。不要小看这一个强度问题,看似再硬的火箭金属结构在飞行中都会如同一个竹竿一样的脆弱甚至不堪一击,尤其是长细比越大,刚性越差,火箭的安全性就越低,处理不好自然或导致火箭在飞行中“折戟沉沙”的惨痛后果。这一切都说明,我们要研制重型运载火箭,一要有质量绝对过关的轻质耐高温的复合材料,二是要有能加工和生产巨型构件的能力。


两者缺一不可,这才是中国重型运载火箭的难点和重点所在。中国的长征5号运载火箭将在2014年投入生产,之后由长征5号基础性衍生“拼凑”出来的长征6号、7号、8号等等,都将陆续投入使用。而重型运载火箭的将在这一系列运载火箭的基础上开展研发工作,另外,重型运载火箭其主要目标是“载人登月”和“大型空间站”的发射,因此,其论证和实践需要一定的时间,估计8年左右更加可行。故2020年后,这一重型运载火箭方可诞生。届时不妨给这款2020年诞生的世纪火箭命名为“长征10号”为妥。


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