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帖子主题:[原创]长征五蓄势待发,数据揭示中国航天发动机水平令人惊讶

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[原创]长征五蓄势待发,数据揭示中国航天发动机水平令人惊讶

媒体引述中国航天界消息人士的话透露,中国一南一北两大航天发射场当天分别进行2项高精尖试验任务,一个是重型大运载火箭合练转场,一个是最先进的高超音速飞行器飞行试验。毫无疑问的是上述两项内容都是振奋人心的好消息。这两项试验任务,对中国航天未来发展及国防安全等意义重大,充分显示了中国在航天领域的卓越发展成就。据悉基本型长征五号预计于2016年下半年在中国海南航天发射场首飞 。首飞成功后其将成为中国运载能力最大的火箭。

中国的大推力运载火箭技术突飞猛进,并成为未来太空站建设的有力基础支撑。那么中国现在的新型运载火箭型号有哪些?决定发射运载能力的大推力火箭发动机技术水平又有多高呢?

根据中国新一代运载火箭的发展思路,研制新一代运载火箭应坚持无毒无污染、低成本、高可靠、适应性强、安全性好的发展原则形成的“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体发展思路。新一代运载火箭系列中规划的小型运载火箭,可以满足小型有效载荷的发射需求,也符合小型运载火箭的总体规划。其中一个系列就是我们熟知的长征系列火箭,两种发动机就是液氧煤油发动机和液氢液氧发动机,三个模块就是大、中、小三个模块即大型火箭长征五号、中型火箭长征七号、小型火箭长征六号。

其中长征五号运载火箭作为中国运载火箭更新换代、追赶国际先进水平的关键一步,在主要性能指标上已经达到或超过国际主流大型运载火箭的水平。长征五号运载火箭基于120吨级推力的YF-100液氧煤油发动机和50吨级推力的YF-77液氢液氧发动机研制,设计中贯彻模块化、通用化和系列化的设计思想,以5米直径芯级为核心分别捆绑不同数量的3.35米和2.25米直径的助推器。LEO发射使用一级半构型,即一个芯级、捆绑助推器,GTO增加了基于YF-75D氢氧发动机的上面级,构成了A~F六个型号的长征五号火箭,覆盖了LEO10~25吨、GTO6~14吨的运力范围。

考察液体火箭发动机主要有2个指标,一个是最大推力,另外一个是比冲。在相同的发射重量下,火箭发动机的比冲越高,火箭的运载能力就越强;火箭发动机最大推力越大,所需的发动机数量就越少。资料显示国外目前均采用推力较大、比冲较高的高性能火箭发动机。而与美俄等先进航空大国的航空发动机数据相比,中国的液态氢氧发动机技术的确还落后不少。下面就通过数据比较来真实了解一下中国当前液氧煤油发动机和液态氢氧发动机与美俄日欧的差距。

美国宇宙神5火箭使用引进的俄罗斯RD-180液氧煤油发动机,真空最大推力4320千牛,真空比冲337.8秒;俄罗斯质子火箭的RD-253液氧煤油发动机虽然相当老旧,但使用分级燃烧循环设计,真空最大推力仍然达到1830千牛,真空比冲316秒。在氢氧发动机方面,美国的德尔塔4火箭使用本国普惠公司生产的RD-68大推力氢氧发动机,这也是世界上推力最大的氢氧发动机,真空最大推力3445千牛,真空比冲409秒;欧空局的Ariane 5火箭使用法国斯奈克玛公司的Vulcain 2氢氧发动机,真空最大推力1340千牛,真空比冲431秒;日本H-IIA/IIB使用本国的LE-7A氢氧发动机,最大推力1098千牛,真空比冲442秒。相对来看,YF-100液氧煤油发动机真空最大推力为1340千牛,真空比冲约330秒;YF-77液氢液氧发动机真空最大推力约为70千牛,真空比冲428秒。在主要的地面启动液氧煤油发动机中,YF-100性能仅仅超过了老式的RS-27、RD-107和SpaceX廉价的Merlin等发动机,YF-77液氢液氧发动机更是在主流氢氧发动机中推力和比冲双垫底。

结语:今年9月长征六号在太原卫星发射中心点火发射,成功将20颗微小卫星送入太空。长征六号运载火箭的发射和一箭20星的成就令所有国人倍受鼓舞。也更加期待长征五大推力火箭在海南发射场的首秀。虽然配套的液氧煤油发动机和液氢液氧发动机现实水平与美俄欧还有一定的差距,但是只要保持这个良好发展势头,相信中国很快会赶超上述三个第一集团成员。另外,中国运载火箭技术研究院下属首都航天机械公司2013年初宣布启动“220吨级氢氧发动机”预先研究工作,该型发动机将用于中国航天重型运载火箭。

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      人民日报海外版海外网专栏作者。
      2015/11/25 8:13:07

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