簡述中國新921運載火箭的發展思路、需求及總體方案

2020-11-20 星光的遠徵TEL

本文作者：夢尋yousa_喵

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本文主要內容：簡述中國新一代運載火箭的發展思路、需求及總體方案；對火箭基本參數進行相對合理的推算。



中國新一代載人運載火箭

2018年11月6日，中國新一代載人運載火箭在第十二屆中國國際航空航天博覽會上首次亮相。

新一代載人運載火箭是根據我國載人航天工程發展規劃，為發射我國新一代載人飛船而全新研製。

新一代載人運載火箭打破傳統研製模式，採用一體化協同設計、數字虛擬試驗等先進研製手段，通過集成演示試驗部分代替傳統複雜的單項試驗，大幅縮短研製周期，提升研製效率，推動研製模式創新。

該火箭將按照載人飛行的最高安全標準設計，可實現垂直起降重複使用，火箭未來可用於載人月球探測，將快速推動我國運載火箭技術和進出空間能力的重大提升和跨越。

在更遠的將來還可以和重型運載火箭組合使用，建立月球基地，實現月球可持續開發利用。


發展思路

  1. 充分繼承現有技術成果
  2. 新一代載人運載火箭研製要求高、技術難度大、時間進度緊，必須立足現實可行，充分利用CZ-5、CZ-7等新一代運載火箭的技術成果和研製經驗，確保滿足運載能力、可靠性、安全性、維護性、適應性、經濟性要求。
  3. 分步驗證，工程風險可控
  4. 採用模塊化設計方法，研製過程中採用分步驗證、逐步實施的策略，火箭各級模塊進行飛行演示驗證，逐步提升火箭性能，夯實火箭工程研製基礎，確保工程風險可控。
  5. 模塊化設計，有利於組合拓展
  6. 通過不同數量通用模塊的組合，有利於形成能力梯度合理，滿足不同軌道任務需求的系列化產品，打造安全、實用、經濟的新一代載人運載火箭。
  7. 注重可靠安全，滿足載人發展需求
  8. 高可靠、高安全是載人運載火箭的顯著特點，也是載人運載火箭設計的首要準則。採用成熟技術可為火箭可靠性提供保障，同時也必須採用基於故障設計的動力冗餘和控制重構、故障檢測隔離、自主在線規劃、自主測發控、逃逸姿態閉環控制、無毒環保推進劑、無人值守加注卸出等新技術提高火箭可靠性、安全性。
  9. 採用先進技術，提高火箭運載效率
  10. 採用先進設計理念、設計方法和設計手段，大膽採用複合材料冷氦增壓氣瓶、複合材料級間段、高性能輕質鋁合金為代表的新材料，降低結構質量；採用貯箱後底與機架一體化設計、大直徑低溫共底貯箱、大直徑橫向分離級間段、3D列印、箱底整體成形等新結構、新工藝，大幅提升火箭全箭結構效率；採用一體化電氣系統，應用綜合自主測試技術，提高集成化水平，簡化測試操作。


中國新一代載人運載火箭


載人航天后續發展的需求

  1. 近地軌道空間站運營需求：LEO 10~20t
  2. 後續載人月球探測需求：TLI 25t 或LEO 70t
  3. 性能水平：滿足載人高可靠性要求，綜合性能達到世界先進水平
  4. 研製成本：費用可控，經濟可承受



初步總體方案

（一）主要指標

  1. 技術繼承性
  2. 基於YF-100K及其高空狀態發動機、YF-75D發動機，繼承3.35m、5m直徑箭體結構的研製基礎。
  3. 模塊化設計
  4. 按照模塊化要求設計，一級採用通用芯級模塊，通過模塊組裝形成運載能力梯度，滿足不同軌道任務需求。
  5. 先進性
  6. LEO運載效率不低於3.5%
  7. TLI運載效率不低於1.34%

（二）構型論證

2016年，一院先行啟動了新一代載人運載火箭方案論證工作，目前已取得階段性成果，將於2019年完成關鍵技術攻關。


經多輪方案對比分析，以5m直徑通用芯級為基礎形成了一個系列，兩種構型的新一代載人運載火箭。


火箭基本參數推算




** 推算參數表格僅供參考，一切以官方發布為準，私自轉載造成不良後果的本人概不負責。


目前，一院研製團隊已經完成YF100K及其高空狀態泵後擺發動機、高壓補燃發動機低壓啟動、固體可調推力姿控發動機、新型常溫無毒推進劑姿控發動機、輕質伺服機構等多項關鍵技術的研製。

後續一院將先後開展逃逸飛行驗證、芯一級飛行演示驗證、兩級狀態飛行演示驗證、全箭飛行驗證等工作，確保載人運載火箭安全可靠，萬無一失。


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  • 中國載人登月計劃調整,921火箭成主力,可能趕在美國前實現目標
    ，公開了有關中國載人登月的最新設想報告，其中最重要的部分，是俗稱921火箭的新一代運載火箭直接扛起了中國載人登月的大旗，而原先被寄予眾望的長徵九號已經消失在最新版的方案中了。而目前，921/921H火箭的一級原理樣機已經研製出來，芯一級和助推器的七臺YF-100K發動機已完成300S的長程試車，第二代上面級YF-75D膨脹循環氫氧發動機早已成功。預計在2022年秋天就可以進行首飛，也有可能推遲的2025年，2024年具備執行天宮空間站艙段平臺的發射能力，2030年有望實現中國載人登月，而彼時，長徵九號如果發展順利的話，才可能剛剛進行第一次試射。
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