國產發動機大突破,未來裝上長徵9號,近地軌道運力達140噸?

2021-01-20 焦維新教授
圖為火箭發動機試車場景

根據國防部網站的報導,我國重型運載火箭的發動機已經取得了新的進展,可以填補我國在氫氧發動機的空白。如果它把應用於長徵九號運載火箭的話,可使我們國家的運載火箭近地軌道運力達到140噸,這是非常令人高興的事情。運載火箭是航天事業的發展的基礎,有位專家曾經說過,一個國家在運載火箭方面的能力有多強,這個國家的航天的夢想就能有多大。由此可以看出,運載火箭對於推動一個國家航天事業發展所起到的巨大推動作用。而運載火箭涉及到一系列技術的整合,但發動機是關鍵。可以說,目前我國在運載火箭發動機方面與美國和俄羅斯還是有一定的差距,那我們來看看美俄兩國的相關情況。

圖為美國太空梭發射升空

美國在發動機方面領先的領域是液氫液氧發動機和固體火箭發動機,它現在的主力液氫液氧發動機型號是RS-25,單機推力已經達到了230噸,而且火箭應當說是比較成熟的。在這之前,美國太空梭發射了135次,用的主發動機就是RS-25D,每架太空梭上要用到三臺RS-25D,可見其應用數量是相當大的。另外,目前美國正在發展一種新型的運載火箭,叫太空發射系統,太空發射系統的新機就使用了四臺RS-25,這是它的第一個領先方面。

圖為美國重型運載火箭發射

第二方面是美國的固體火箭發動機,其單機推力達到了1600噸,在未來太空發射系統要使用兩臺這樣的火箭發動機,推力達到3200噸,再加四臺RS-25,起飛推力總和已經超過4000噸,完全可以把載人飛船運到月球軌道。原來美國太空梭每次都使用了兩臺固體助推火箭,當時的固體助推火箭是四級,現在新的太空發射系統又增加了一級,變成五級,所以推力比發射太空梭的固體助推火箭又增強了,而且性能也就更可靠了。

圖為俄羅斯運載火箭發射

再說說俄羅斯,俄羅斯所領先的領域是液氧煤油發動機,這是它的絕活。在90年代俄羅斯研製了一種發動機,叫RD-170,單機推力已經達到了700噸,甚至接近800噸,主要用於發射暴風雪號太空梭。可是這太空梭試射一次後就不再發射了,所以後來很長時間內都沒有用到RD-170,只是在這個基礎上做了一些改進,可靠性更高了,稱之為RD-180,而且也把這個技術賣給了美國。

圖為RD-180火箭發動機

那麼在這兩個方面,我們跟美國和俄羅斯都有差距。比如說我們國家目前YF-77氫氧發動機的單機推力只有70噸,另外我們的液氧煤油發動機YF-100最大推力是120噸,而目前俄羅斯以及美國的運載火箭用的比較多的RD-180單機推力大概400多噸,所以我們跟它們還是有一定的差距。我們現在的長徵五號運載火箭上,主要用的也是YF-100液氧煤油發動機還有YF-77液氫液氧發動機,我們未來要搞載人登月、要奔向更遠的天體需要正在研製的長徵九號運載火箭,它的近地軌道運載能力要達到140噸,未來的載人運載火箭近地軌道運力是70噸,那就需要更好的發動機。

圖為長徵9號運載火箭想像圖

根據以前的報導,我國長徵九號氫氧發動機的推力為220噸,方才我們提到了國防部網的最新報導,只說我們國家的液氫液氧發動機取得很大進展,但沒有具體報導型號。如果是用於長徵九號上的液氫液氧發動機的話,那我們的目標應當是220噸,跟美國230噸級的RS-25基本就是一個檔次了。如果我們這次試驗的就是未來用於長徵九號的液氧液氫發動機,那技術進步無疑是相當大的,標誌著我們的長徵九號運載火箭研製將會比原計劃大大的前進一步。

圖為長徵九號運載火箭想像圖

按照原來的計劃,我們未來液氧煤油發動機的單機推力要達到480噸,這些年中國新型運載火箭主要用的是液氧煤油發動機,所以在液氧煤油發動機的設計方面也積累了豐富的經驗。我們要實現推力為480噸液氧煤油發動機,困難應該不是特別大。而看到新型液氫液氧發動機取得這樣的進步,對於我們儘快地研製長徵九號運載火箭意義非常重大,真是可喜可賀。

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