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中国新一代运载火箭评析之二
作者squirrel
2009-10-01 17:45:15
长征5号火箭，在早期论证时，是5米直径，3.35米直径和2.25米直径三个档次，全面取代传统的长征2，3，4系列火箭，不过随着时间的推移，这种可 能性已经彻底 排除了。尽管“通用 化，组合化，系列化”的三化 设计思想还在频频提到，但是工作重心是5米直径火箭，“根据需要”衍 生出3.35米 直径火箭和 小型运载火箭。
5米直径的长征5号火箭，地球低轨道LEO运载能力最低也有10吨，所以必然要求一型中等运力的火箭来匹配，否则大马 拉小车就太浪费了。美国航空航天局现在使用Delta II火箭，未来将开发金牛座2/Taurus II火箭；欧空局用俄罗斯现成的联盟Soyuz火箭;日本宇宙开发机构则准备引进俄国RD-180发动机，开发新的G-X中型火箭；对于中国航天人来说， 原有的长征2，3，4号火箭都是这个区间的运力，弃用可惜，但是原来的发动 机又过于陈旧。旧瓶装新酒，用老箭体和新型发动机派生出新型火箭就成了技术和经费进度上都合理的选择。新的发动机主要就是YF-100液氧煤油发动机，此外还 为上面级专门开发了小型的YF-115液氧煤油发动机，推力在15吨左右。此外，在论证下一代动力推进系统时，我国航天部门明确表示全面弃用有毒的肼类燃料，面对轨道调资维持等多次 启动需求，将用过氧化氢煤油的的自燃推进剂组合，替代四氧化二氮偏二甲肼的自燃组合。
根据中国载人航天网的报道的 报道，未来的载人和货运 火箭将采用长征二号F/H型火箭，全面用新一代的YF-100发动机，替换原有的YF-20发动机。YF-100的比冲高得多，推 力尽管不是YF-20的2倍整，但是实际贡献的总冲量不相上下，1：2的替换恰到好处。长征二号F/H型火箭的载人发射型号近地轨道最大运载能力12.5 吨，无人货运型号则为13吨。比较下俄罗斯的联盟火箭，采用比冲更高的发动机， 发射场纬度更低，可以发现长征二号F/H型火箭的运载能力是相当保守的估 计，实际运载能力要比载人航天网的数据高得多。不过根据对航天一院总设计师王 国辉的报道：“新研制 的“长征”七号，未来将替代目前的载人运载火箭“长征” 二号F。王国辉目前的主要工作，就是负责“长征”七号的总体设计。”，原有的长征二号F/H的编号估计已经弃用，现在的3.35米直径火箭，换装新发动机 后统一改称长征7号火箭，用于载人航天项目的后继发射。综合各方面消息 判断，长征7号火箭 将替换原有的长征2，3，4号火箭，在中型火箭范围内一统天下。 报道称长征7号将于2013年首飞，届时我国将开始彻底淘汰剧毒的肼类燃料，使用 无毒无污染的液氧煤油与液氢液氧燃料。根据这种规划，长征2号C火 箭的第一级4台YF-20发动机，将被2台YF-100发动机替换，第二级发动机很可能是单台YF-100高空型发动机。长征2号F载人运载火箭，芯级4台YF-20替换为2台YF-100，2.25米直径助推器的单台YF-20换为单台YF-100，发动机比冲、起飞推力和起飞总重都有很大提高，有效运载能力也随之水涨船高，达到近地轨道至少13吨的水平；长征3号火箭芯级4台YF-20换为2台YF-100，2.25米直径助推器各用单台YF-100替换YF-20，第三级的YF-75液氢液氧发动机很可能初期留用，以后再被新的膨胀燃烧循环的YF-75D液氧液氧发动机取代。以上原有型号统一到长征7号的旗帜下，通过采用新型发动机，火箭运载能力将有很 大提高。
长征5号原始规划中2.25米直径的小型火箭，很有可能荡然无存，因为早在2005年的可行方案论证，就建议小型火箭直径从2.25米增加3.35米，以提高运力。中国航天报讯日前，国家有关部门正式批复长征六号运载火箭立项。同时，由中国航天科 技集团公司八院承担的长征六号运载火箭的研制工作也正式启动。2008年7月 间，中国航天科技集团公司就已经决定由航天八院开发长征6号运载火箭，作为原来小型运载火箭的实际方案。这对于开发了长征4号火箭的八院来说，运气实在太差，毕竟他们很早就想在新一代 运载火箭上打个翻身仗，早就规划好了全液氧煤油的全系列运载火箭方案，最后收获的却只是小型运载火箭的实际项目。根据早期设计方案透露的性能细节，小型运 载火箭，第一级直径从2.25米改为3.35米，但仍然采用单台YF-100发动机作为一子级主发动机，二子级直径3.35米采用单台YF-115发动机，三子级采用1千牛推力过氧化氢煤油发动机4台，700公里高度太阳同步轨道运载能力可达1.1吨。不过从另一方面来说，8院原来的长征4号火箭，也可能通过更换发动机，达到更大的运载能力，更新后合并到长征6号火箭里。对比美国的Delta II的升级历史，通过捆绑多个固体助推器， 芯级只有单台海平面推力900KNRS-27A发动机，，却达到了6.1吨的近地轨道运载能力，这种历史对于长征6号的未来发展不无裨益。最近中国航天在固体助推器技术上展开了相当多的工程开发，1200KN固体助推器源自DF-31一级发动机，是很成熟的技术了。长征6号能否 成为中国的Delta II，让我们拭目以待。
