美國驚呼:中國最新重型火箭推力竟超過美國十倍

美國驚呼:中國最新重型火箭推力竟超過美國十倍

遠航之帆


       近日，美國「航空周刊」網站刊登文章《中國重型發射器設計超越「土星5號」（Chinese Super-Heavy Launcher Designs Exceed Saturn V）》，文章評述了中國航天運載器的發現現狀，列舉了長征9號運載火箭發動機的主要性能和中國大型火箭設計的兩套方案，並與美國的「土星5號」和SLS Block 2進行了橫向比較，分析了中國空間發展的建設需求，認為中國目前的工業水平允許研發登月技術，大型火箭能否研發成功取決於中國是否啟動大型空間任務。現將文章主要內容直譯如下：
中國工程師正在設計比阿波羅計劃中「土星5號」（Saturn V）更強力的登月火箭，力爭達到美國國家航空航天局(NASA)空間發射系統（SLS）Block 2的標準，像美國一樣擁有超級空間運載能力。
　　中國運載火箭技術研究院（CALT）正在設計長征9號運載火箭，研究將130噸送入地球低軌（LEO）的能力，兩個備選方案都與SLS Block 2相似，起飛質量都在4100～4150噸，製造歷史上最大型的空間運載器。
　　發動機是研發的關鍵。西安航天動力研究所的工程師正在研究一種煉油發動機YF-660，推力達到「土星5號」F－1發動機690噸的水平。北京航天動力研究所也在研發推力200噸的液氫燃料發動機YF-220，同時應用在火箭第一級和第二級。與美國計劃將「土星5號」發動機推力提高10%相比，中國計劃將超級空間運載器的推力提高10倍，尺寸也比目前最大的長征5號火箭大4倍。YF-660發動機的推力也是中國現役火箭推進器的5倍。
       中國工業界一名官員表示，中國目前的工業水平允許研發登月火箭，最低目標是將70噸載荷運到地球低軌，建議中國借鑒SLS的研發理念研發大型航天運載器。
       2年前，長征9號運載火箭的結構模型曝光，9月23～27日在北京舉行的國際宇航聯大會展覽會（IAC）上，中國運載火箭技術研究院公布主要規格，A計劃是第一級火箭中央安裝4台YF-660發動機，周邊4個助推器各安裝一個，B計劃中主要推力來自4個固態燃料推進器，每個推力可達1000噸，同時4台 YF-220發動機將被安裝在第一級，使推力達到4800噸，最終目標是5000噸。一名美國航天工程師表示，「雖然不能準確評估這種方式，但是我非常喜歡這種設計」。
　　北京航天動力研究所所長張南表示，YF-220發動機目前只是概念或初步設計，也沒有正式給發動機命名。該院有研髮長征5號火箭YF-77發動機的成功經驗，正在解決適航發動機的關鍵部件，以及分段燃燒、引擎效率最大化等技術問題，特別是液氫液氧發動機技術。美國洛克達因公司（Rocketdyne）的RS-25空天飛機發動機就是採用氫燃料分段燃燒的方式。中國未來的比衝量（ISP）可以達到430秒，目前的YF-77達到了428秒。
　　中國最大的煤油發動機YF-100採用分段燃燒，但是應用到更大型運載器上就要面臨技術挑戰。西安航天動力研究所表示在2011和2012年的研發過程中，為把問題降低至最低，建造的第一部發動機推力保守地控制在300～400噸，今後將應用到長征9號，將其2個燃燒室換成推力更大的活塞。長征9號設計的A計劃也在2012年進行了修訂，為2個燃燒室增加了噴管。
　　發動機性質和燃料量確定后，A計劃的助推器的比衝量可達160秒，中央推進器達到220秒，第二級的比衝量達到500秒，如果西安航天動力研究所將 YF-100的技術成功應用到YF-660上，發射時的比衝量能夠達到305秒。B計劃的固態助推器比衝量120秒，中央推進器達到500秒，第二級的比衝量400秒。A計劃和B計劃的有效載荷比為3。2%，小於「土星5號」的3。9%和SLS Block 2的4。4%，這並不是說明中國的設計效率低下，而是中國科學計算的發射的效費比。使用固態助推器的B計劃可能比A計劃超重。兩種設計運載載荷到地球低軌的能力顯明中國正在追求探月計劃，但是計劃不會比阿波羅計劃更有野心，中國送往地球表面的載荷質量大小有賴於任務的執行情況，使用長征9號運載載人飛船更是嚴峻的任務。土星5號一次性運載所有阿波羅計劃的獨立艙，當時送往地球低軌的載荷是118噸。
國際宇航聯大會展覽會期間，中國工業界展示了通過3次小火箭發射進行載人登月的概念，一枚長征9號的縮小版火箭可能發射登月飛船進入月球周圍的軌道，之後載人航天艙通過更小的發射器，可能是目前的長征2F或未來的長征7。第二個航天艙發射器的推進裝置加入進來，將其推向月球軌道，在那裡與月球車會合。
　　小型運載火箭易於研發，但是大型火箭的發射成本更低，中國未來如何選擇取決於是否啟動大型空間任務，每年發射一枚大型運載火箭，目標也不僅僅是月球。如果達到有人登月目標就停止發展，那麼應該發展多任務的中型火箭；如果有更大載荷的任務需求，那麼才有必要研發大型運載火箭。
　　中國在國際宇航聯大會展示的長征9號運載火箭手冊中提到了登月發射，表示該型火箭唯一目標是在月球軌道外入軌50噸的載荷。外層空間探索（脫離地球引力20噸）、大型地球軌道任務（相對靜止軌道50噸）以及新概念任務（脫離地球引力50噸）也被提及，儘管最後一項任務需要全新的火箭設計。