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歷經實踐二十號衛星、天宮載人飛船、火星探測器以及最近的嫦娥五號探月工程,在十二個月內密集完成四次發射任務,四發四中,可以說中國最強火箭長徵五號已經充分驗證了其強大的性能。憑藉其近地軌道運力達到25噸,同步轉移軌道運力達到14噸,地月轉移軌道達到8噸級,足以將中國送入當今航天技術強國的行列。
而以胖5如今的實力,對於中國未來大型軌道空間站建設(需運送20噸級軌道艙),深空載人探測等項目,都是必不可少的。但是中國的目標是星辰大海。我們還想要做的更多,載人登月,建立月球基地,載人小行星探測,以及短期內的終極目標,載人火星探測。對於這些項目來說,胖五的運載能力就不夠了。
就以50年前美國實施的阿波羅載人登月計劃為例。為了能把太空人及所需裝備送上月球,當時美國建造了迄今為止,人類史上運力最強的超級火箭土星五號(前蘇聯的能源號火箭運力比土星五號稍差一點)。雖然設計目標不一樣,不過我們還是可以通過對比來看一看,胖五和五十年前的土星五號相比,差距還有多遠。
先從體量上來看,作為長徵家族中最強的胖五,身板也是家族中最大的。高度接近55米,起飛重量超過850噸,已經是當今仍在服役的火箭中,除了SpaceX的重型獵鷹之外,第二大的起飛重量。但就是這樣的胖五和土星五號一比也像個小孩子了。作為史上最強的火箭,土星五號當然也有這史上最大的身板,執行阿波羅飛船發射任務的土星五號火箭,身高超過110米,重量達到3000噸,發射時完全就是一棟摩天大樓在起飛。
從技術參數上來看,土星五號可以把45噸重的阿波羅飛船送到地月轉移軌道。而長徵五號最新執行的嫦娥探月工程,則是把8噸的嫦娥五號送至地月轉移軌道。未來,如果中國要執行載人登月計劃,最起碼也要運送20噸左右的載荷達到地月轉移軌道。而這顯然遠超胖五的運載能力。
而導致胖五和土星五號運載能力差距如此之大的原因,還是在於土星五號使用的是史上最強大的單室推力最大的液體發動機F1,這臺發動機推力之強,直到現在還無法複製。自身重量僅僅只有8噸,但是推力卻超過680噸。這樣才能用僅僅5臺發動機,推力就能達到3400噸,推動超過3000噸的土星五號起飛升空。
而要產生如此巨大的推力,必然會有巨量的燃料消耗。作為液氧煤油發動機中的巨無霸,單臺F1每燃燒1秒就要消耗1789千克液氧和788千克煤油,加起來超過2.5噸。而在發射時,土星五號五臺F1發動機共同燃燒,每秒共消耗燃料13噸。而這一秒燒掉的燃料,就足夠一輛百公裡耗油10升的家用汽車開上18萬公裡,或者說如果1年開1萬公裡的話,開18年。
而F1發動機的厲害之處,就在於不但要把2.5噸燃料在1秒之內噴入燃燒室,並且需要保證燃料充分混合以達到充分燃燒的效果。這個也是中國研製火箭發動機需要掌握的核心技術之一。當然長徵五號和土星五號由於要執行的任務不同,這樣直接比較可能對胖五不太公平。但是通過比較,卻能讓我們清楚地認識到差距,並且為我們下一代重型火箭研發找準方向。
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