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[原创]日本人H2火箭到H2A火箭的演进路径值得今天的中国航天界去重视借鉴

日本人H2火箭到H2A火箭的演进路径值得今天的中国航天界去重视借鉴
长征五号火箭主芯级构型推倒重来,从目前的“一级半”(特别是LEO任务)构型改进为“二级半”构型。表面上看起来非常复杂,工程量浩大,但从深层次的角度而言,这其实才是最为简单容易的方案路径了。
因为长征五号火箭从“一级半”构型改进为“二级半”构型,其实仅仅是增加了一个火箭级段的生产量与增加了一次实际发射飞行过程中的级间段分离过程而已。
问题是多增加一个火箭级段的生产加工对于今天的中国航天工业界而言“根本就不算是个事”,没有任何的技术难度。
目前中国发射最为频繁的长征三号乙/远征上面级火箭的组成火箭级段数量(4个助推器+4个主芯级段=8个)就要远远多过长征五号GTO轨道任务火箭(4个助推器+2个主芯级段=6个),但其优秀的可靠性世人有目共睹。
因为火箭级段的设计、加工生产与组装,火箭级段的空中分离与火箭发动机的空中点火等等之类技术对于今天的中国航天工业界而言都已经是极其成熟的工程技术了。
因此长征五号火箭从“一级半”构型改进为“二级半”构型,其实都完全是在中国航天工业界的生产技术与研制工程经验都非常成熟丰富的“圈子领域”里着手进行的。
研制成功的“可以预见性”绝对是明确无误的,那怕出现了新问题解决起来也极其容易。因为这些技术都是我们从两弹一星、钱学森时代起就一直在“玩”的。
YF77氢氧发动机的持续工作时间从350秒提升到460秒,乃至更长的时间(欧洲的火神2氢氧发动机的持续工作时间就高达650秒),就是典型的可靠性增长工程了。问题的复杂程度就绝对远远超出了人们的想象之外。
已经完全是必须在中国航天工业界“极其陌生的圈子领域”里进行。
其中就涉及到“工业材料的性能稳定性”与“产品生产加工的一致性”这两大极其考验中国基础工业部门能力的圈子领域。
事实上长征五号遥2火箭发射失败目前透露出来的权威信息就很有限。
“新京报快讯(记者倪伟)记者今天(4月16日)从国家国防科工局获悉,长征五号遥二火箭飞行失利故障原因近日基本查明,故障出自火箭的液氢液氧发动机。
根据国防科工局公布的消息,长征五号遥二火箭故障出自火箭的液氢液氧发动机。2017年7月2日,长征五号遥二火箭在文昌航天发射场实施发射,火箭飞行至346秒时突发故障。根据分析仿真计算及地面试验结果,故障原因为芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使发射任务失利。”
以上就是目前外界所能够得到的关于长征五号遥2火箭发射失败的官方明确通报的权威信息。
如果隐患问题是出在设计上,解决起来还是相当容易。
现在高凉陈君最忧虑的问题就是制造YF77氢氧发动机的金属材料“本身就存在重大的问题隐患”,起码“金属材料的热力学强度的稳定性”就存在重大的安全隐患。
问题如果是生产YF77氢氧发动机本身的金属材料就存在重大的缺憾与安全隐患,那么YF77氢氧发动机未来的“可靠性增长工程”搞起来就要艰难得多。
基本意味着从现在开始就必须将整个YF77氢氧发动机的几千个组成零部件,都通通从设计与生产源头开始,全部彻底要进行一次完整的梳理排患过程。并提出可行的改进方案。
一旦如此,长征五号火箭的YF77氢氧发动机就实际上等于要完全重新从头再来“研制一次”了。而这一过程,最少也要花费近10年的时光。
毕竟要将YF77氢氧发动机的几千个组成零部件都通通从头到尾“梳理一次”。其间自然免不了要进行众多的测试、验证、重新设计、重新出模具、再重新组装试验等等极其复杂的工作。诸如此类的事情通通做一次,没有十年、八年时间真的完成不了。
而当前进行中的YF77氢氧发动机的改进就能够算是小修小补,是“典型的头痛医头、脚痛医脚”。
事实上当年日本人就将H2火箭彻底推倒重来了一遍。由其是在搞LE7氢氧发动机到LE7A氢氧发动机的“发展演进”时,就是这样完完整整地彻底地重做了一遍。而且做得还非常之细、非常之全,大量的原始视频资料现在在互联网上都还能够找到。大家不妨多点搜索来看下。
在此,高凉陈君对日本人在研制H2、H2A与H2B火箭的升级改进过程中所表现出来的“坚韧意志与不惜代价追根索底的国民性格”还是非常赞赏的。日本人研制氢氧发动机主芯级火箭的经验教训,绝对值得今天的中国人高度重视与学习之。
事实也证明了日本人工作的真正认真与扎实,LE7演进到LE7A发动机、H2演进到H2A火箭之后,日本人的氢氧发动机主芯级火箭的研制工程才真正算是“大功告成”。今天,日本人氢氧发动机主芯级火箭的发射失败记录,已经是很遥远过去的事情了。
高凉陈君在此也希望中国航天六院与京11所的工作人员们能够认认真真象当年的日本人那样。那怕使用10年时间,都必须彻底从头开始,将YF77氢氧发动机的几千个组成部件“全部重头到尾都通通梳理一遍”,以将YF77氢氧发动机的所有安全隐患都彻底排除掉。
等到YF77A氢氧发动机终于出现了,那时我们也可以认为长征五号火箭的研制工程也终于“大功告成”。
而与这一漫长的从“YF77氢氧发动机到YF77A氢氧发动机”的梳理改进过程相比较。长征五号火箭的构型从“一级半”改进为“二级半”,从工程技术的难度上而言根本就不值一提。
陈天(高凉陈君)
2018年9月23日

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      2018/9/23 17:24:14

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      2楼 高凉陈君
      如果长征五号火箭目前所用版本的YF75D低温上面级,在改为“二级半”构型方案时真的无法用于发射天宫空间站的核心舱与实验舱。高凉陈君认为使用4YF75D氢氧发动机并联赶制一批“特别版”的巨型低温上面级,专门用于中国天宫空间站核心舱与实验舱的发射也是完全值得的。
      事实上美国人的宇宙神五火箭现在也仅仅是在发射波音公司的14吨级载人飞船时,才会使用上并联2RL10氢氧发动机的“特制版”半人马座低温上面级的。
      因此中国学习下美国宇宙神五火箭载人版的技术路线,特别研制一批并联4YF75D发动机的巨型低温上面级火箭来执行LEO轨道的空间站舱段平台的发射任务,也完全能够接受。
      坦率而言,天宫空间站的那几个核心舱段平台,绝对是未来十几年时间内中国最为昂贵的空间发射任务了。一旦发射失败,后果将不堪设想。
      至于巨型低温上面级在执行高速任务时,运力反而下降的问题,其实影响反而不大。因为未来10年时间内,中国最重的高速轨道发射任务就是嫦娥五号、嫦娥六号无人月球探测飞船这两次而已。
      长征五号火箭捆绑6335米煤油液体助推器后,只要能够保证LTO运力85吨的“关键节点”可靠实现,就一切了事,
      到了公元2030年之后,如果中国使用了4YF77氢氧发动机研制了全新的超级版长征五号火箭的主芯级,那个使用了4YF75D氢氧发动机并联研制的5米直径巨型低温上面级也可以同时进行全面的改进升级。
      如可以大幅度增加储箱的长度,以装载更多的燃料与液氧,为发射中国的“GEO轨道航空母舰全球直播监视卫星”、中国NRHO深空站舱段与神舟载人飞船的NRHO轨道版做准备。这样升级改进之后,YF75D巨型低温上面级火箭的高速任务性能将会得到极大的改观。
      而现在最需要做的工作就是必须立即将目前版本的长征五号火箭的YF77发动机主芯级的持续工作时间通通缩小为350秒,之后再以“二级半”的构型,大量投入到实际的发射飞行。
      反正“缩水版”长征五号火箭的GTO运力也能够达到9吨的水平。
      LEO轨道运载能力也能够达到14吨的水平(按YF75D上面级的最大承载能力来估计)。
      SSO轨道运载能力也同样能够达到14吨的水平(按YF75D低温上面级的最大承载能力来估计)。
      LTO轨道的运载能力也能够达到45吨的水平(粗略估计)
      之后再争取在未来56年(每年平均发射3枚)时间内研制生产十七、八枚这种“缩水版(即典型的长征五号试验用火箭)”的长征五号火箭。
      如果嫌价格太昂贵,“用不起”。也可以不使用YF75D低温上面级,直接“套”个便宜的“远征常温上面级”来执行发射任务就了事。
      事实上欧洲人当年在研制阿里安五火箭时,早期的那几个批次的阿里安五火箭所使用的上面级也是“性能垃圾”的常温上面级火箭,GTO运力才仅仅只有65吨而已。
      这样的“缩水版长征五号火箭”大量投入到实际的发射飞行任务中去。如发射下普通的东方红四号商业通讯卫星、风云气象卫星,以“一箭多星”的方式发射SSOLEOGTO乃至LTO轨道的各种国际(做人情)、国内、官方、民间、大学等等机构的“创新试验卫星”等等之类的“低级别任务”。即使发射失败了也不会伤筋动骨,下一次再发射新的一枚就了事。
      让长征五号火箭先通过大量的实际发射使用,来尽快“摸清长征五号火箭与YF77氢氧发动机的使用安全边界”,并让长征五号火箭与文昌航天发射场的实际操作流程得以充分磨合。
      反正长征五号火箭都是绝对的“高度国产化火箭”,投资就当拉动国内GDP增长与解决就业率问题就了事。
      毕竟,天津滨海新区的火箭工厂与海南文昌的航天发射中心“闲着也是闲着”。
      那还不如专门研究一款使用YF77的火箭,测试YF77的同时还能有经济收入呢。

      就叫长征12号吧!

      2018/10/12 10:30:59
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      如果在二级半改型的过程中出现“N台发动机并联控制可靠性”问题咋办?

      这个问题除了美国表面上解决的较好之外,(其实我有疑问的,美国那种多加冗余度的方式解决并联问题,我怀疑那种火箭永远不能满负荷发射)

      其余国家都没采用那种解决模式。

      其实这个技术难度和“YF77”差不多的。

      要不,两个思路做成两个方案同时来?

      ------------------------------------

      其实国家似乎也有备份了,“快舟31”应该是长5的备份或者替代者吧。

      2018/10/9 22:30:10
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      如果长征五号火箭目前所用版本的YF75D低温上面级,在改为“二级半”构型方案时真的无法用于发射天宫空间站的核心舱与实验舱。高凉陈君认为使用4YF75D氢氧发动机并联赶制一批“特别版”的巨型低温上面级,专门用于中国天宫空间站核心舱与实验舱的发射也是完全值得的。
      事实上美国人的宇宙神五火箭现在也仅仅是在发射波音公司的14吨级载人飞船时,才会使用上并联2RL10氢氧发动机的“特制版”半人马座低温上面级的。
      因此中国学习下美国宇宙神五火箭载人版的技术路线,特别研制一批并联4YF75D发动机的巨型低温上面级火箭来执行LEO轨道的空间站舱段平台的发射任务,也完全能够接受。
      坦率而言,天宫空间站的那几个核心舱段平台,绝对是未来十几年时间内中国最为昂贵的空间发射任务了。一旦发射失败,后果将不堪设想。
      至于巨型低温上面级在执行高速任务时,运力反而下降的问题,其实影响反而不大。因为未来10年时间内,中国最重的高速轨道发射任务就是嫦娥五号、嫦娥六号无人月球探测飞船这两次而已。
      长征五号火箭捆绑6335米煤油液体助推器后,只要能够保证LTO运力85吨的“关键节点”可靠实现,就一切了事,
      到了公元2030年之后,如果中国使用了4YF77氢氧发动机研制了全新的超级版长征五号火箭的主芯级,那个使用了4YF75D氢氧发动机并联研制的5米直径巨型低温上面级也可以同时进行全面的改进升级。
      如可以大幅度增加储箱的长度,以装载更多的燃料与液氧,为发射中国的“GEO轨道航空母舰全球直播监视卫星”、中国NRHO深空站舱段与神舟载人飞船的NRHO轨道版做准备。这样升级改进之后,YF75D巨型低温上面级火箭的高速任务性能将会得到极大的改观。
      而现在最需要做的工作就是必须立即将目前版本的长征五号火箭的YF77发动机主芯级的持续工作时间通通缩小为350秒,之后再以“二级半”的构型,大量投入到实际的发射飞行。
      反正“缩水版”长征五号火箭的GTO运力也能够达到9吨的水平。
      LEO轨道运载能力也能够达到14吨的水平(按YF75D上面级的最大承载能力来估计)。
      SSO轨道运载能力也同样能够达到14吨的水平(按YF75D低温上面级的最大承载能力来估计)。
      LTO轨道的运载能力也能够达到45吨的水平(粗略估计)
      之后再争取在未来56年(每年平均发射3枚)时间内研制生产十七、八枚这种“缩水版(即典型的长征五号试验用火箭)”的长征五号火箭。
      如果嫌价格太昂贵,“用不起”。也可以不使用YF75D低温上面级,直接“套”个便宜的“远征常温上面级”来执行发射任务就了事。
      事实上欧洲人当年在研制阿里安五火箭时,早期的那几个批次的阿里安五火箭所使用的上面级也是“性能垃圾”的常温上面级火箭,GTO运力才仅仅只有65吨而已。
      这样的“缩水版长征五号火箭”大量投入到实际的发射飞行任务中去。如发射下普通的东方红四号商业通讯卫星、风云气象卫星,以“一箭多星”的方式发射SSOLEOGTO乃至LTO轨道的各种国际(做人情)、国内、官方、民间、大学等等机构的“创新试验卫星”等等之类的“低级别任务”。即使发射失败了也不会伤筋动骨,下一次再发射新的一枚就了事。
      让长征五号火箭先通过大量的实际发射使用,来尽快“摸清长征五号火箭与YF77氢氧发动机的使用安全边界”,并让长征五号火箭与文昌航天发射场的实际操作流程得以充分磨合。
      反正长征五号火箭都是绝对的“高度国产化火箭”,投资就当拉动国内GDP增长与解决就业率问题就了事。
      毕竟,天津滨海新区的火箭工厂与海南文昌的航天发射中心“闲着也是闲着”。

      2018/9/23 21:41:01

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