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有望在2030年前后实现首飞,关键一环

2020-04-25 18:17

 

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摘要:我国500吨级重型运载火箭发动机关键技术攻关及方案深化论证达到预期目标,为后续重型运载火箭工程研制,特别是重型运载火箭长征九号2030年左右的首飞打下了坚实基础。

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新华社3月10日报道“芯级箭体直径9.5米级、近地轨道运载能力50吨至140吨、奔月转移轨道运载能力15吨至50吨、奔火转移轨道运载能力12吨至44吨……”

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资料图:图为美媒对比的中美俄重型运载火箭(包括退役与在研型号)尺寸(高度)与近地轨道运载能力(LEO)(吨)对比示意图。

这是我国正在进行关键技术深化论证的重型运载火箭长征九号研制的一系列指标。记者在长征系列运载火箭第300次发射现场采访时了解到,我国重型运载火箭已取得阶段性成果,任务规划预计将于2030年前后实现首飞。

中国航天科技集团今天发布的一则消息,着实让航天爱好者们为之振奋。消息称,3月24日,由中国航天科技集团六院研制的500吨级液氧煤油发动机燃气发生器-涡轮泵联动试验取得圆满成功。中国航天科技集团表示,这标志着我国500吨级重型运载火箭发动机关键技术攻关及方案深化论证达到预期目标,为后续重型运载火箭工程研制,特别是重型运载火箭长征九号2030年左右的首飞打下了坚实基础。

(科技日报北京3月11日报道)“3月中下旬,我们将进行500吨级液氧煤油发动机的燃气发生器—涡轮泵联动试验。”10日,全国人大代表、中国航天科技集团第六研究院院长刘志让向科技日报记者表示,这是该发动机技术攻关的关键一环,如果成功,将标志着我国500吨级液氧煤油发动机达到整机装配条件。

长征九号重型运载火箭模拟图

重型火箭的研制,事关我国未来进入太空的能力。未来,我们要想进行载人登月和深空探测,首要的就是要研制出大推力的重型火箭。2016年国新办发布的《2016中国的航天》白皮书首次透露了我国重型火箭研制的消息,当时“白皮书”指出,我国将开展重型运载火箭关键技术攻关和方案深化论证,突破重型运载火箭总体、大推力液氧煤油发动机、氢氧发动机等关键技术,启动重型运载火箭工程实施。而当时论证启动的重型运载火箭,就被命名为今天大家已经熟悉的“长征九号”。

涡轮泵是液体火箭发动机的“心脏”,其与燃气发生器开展联试,是模仿火箭发射时燃气驱动涡轮泵的工况,将贮箱内的氧化剂和燃料推进燃烧室。

据《中国青年报》记者在3月10日长征三号乙运载火箭发射现场了解,长征九号运载火箭的500吨级液氧煤油发动机,已经成功完成燃气发生器与涡轮泵联试,预计今年6月完成首台发动机整机装配。

航天界有一句话,“发展航天火箭先行,发展火箭动力先行”。要想研制出重型运载火箭,首先要攻下大推力运载火箭发动机这个“山头”。两年多过去了,中国航天科研人员已经向这个山头发起冲锋。据透露,此次试验为发动机涡轮泵、燃气发生器及配套组件的联动试验,验证了发生器-涡轮泵组件方案的可行性,实现了从起动、初级、主级到关机的平稳过渡,为进一步进行发动机整机试车等研制工作奠定基础。液体火箭发动机的主要组件包括推力室、燃气发生器、涡轮泵、自动器和控制系统等。其中,涡轮泵是火箭发动机的“心脏”,要在一秒钟完成1.6吨推进剂的高压输送。因其结构复杂、工作条件苛刻,设计高效率的涡轮泵也是发动机研制中的关键。

涡轮泵虽小,但功率巨大。火箭发射几分钟内要燃烧的几百吨燃料,全靠涡轮泵的高速输送。以目前长征五号火箭所用我国推力最大的120吨级发动机为例,一台涡轮泵能将地面的水“抽”到青藏高原。与之相比,将用于长征九号重型火箭的500吨级发动机,其涡轮泵具备几倍的功率,将完成几倍燃料的输送工作。

“长征九号运载火箭是航天强国的重要支撑,是大规格利用空间资源的基础,是开展大规模深空探测的前提。”中国航天科技集团一院院长郝照平介绍,长征九号运载火箭目前进展顺利,重型火箭总体方案已经通过了集团级专家评审,各分系统方案基本明确。

按照既定规划,正在攻关试验的这款500吨级液氧煤油补燃循环发动机未来就会装在长征九号一级上。这次阶段性成功,让长征九号按照预定日期首飞的目标又近了一步。另据透露,作为长征九号的二三级发动机,200吨级液氧液氢补燃循环发动机、25吨级液氧液氢膨胀循环发动机目前的研制进展也非常顺利。

联试状况将关系到该发动机能否按期在今年6月左右完成整机装配。刘志让介绍,涡轮泵联试之后进行的整机装配,标志着主要组件、结构、接口的协调匹配已经基本确定。

“如果在大推力发动机、大直径结构等一系列关键技术实现突破,长征九号运载火箭将有望在2030年前后实现首飞,这将大幅提升我国自主进入空间能力,极大的支撑我国科技强国和航天强国建设。”郝照平说。

那么,长征九号究竟是一款怎样的火箭,威力究竟有多大?以我国目前运载能力最大的火箭,也就是人称“胖五”的长征五号做个对标就一目了然了。长征五号的运载能力为近地轨道25吨,地球同步转移轨道14吨。长征九号有多大的提升呢?根据规划,长征九号的近地轨道运载能力可达到140吨,地月转移轨道运载能力可达50吨,奔火转移轨道的能力也可超过40吨,相当于甚至超越美国进行阿波罗登月的“土星五号”火箭。

“重型火箭发动机的方案能够确定下来,基本的结构能够协调下来,是一个重大的突破。”刘志让说,长征九号运载火箭的先期关键技术攻关、方案深化论证阶段的工作,包括“重型运载火箭总体技术”“大推力液氧煤油发动机技术”等12项重大关键技术攻关即将收尾。

经过近几年的攻关努力,长征九号运载火箭的研制工作已经取得阶段性成果。长征九号运载火箭箭体直径9.5米,全箭总长近百米,运载能力是现有中国火箭最大运载能力的5倍多,最大运载能力和综合性能指标将达到国际运载火箭的先进水平。

从目标上看,长征九号可满足未来我国载人登月、建立月球基地等方面的需求,并为我国火星探测和其他深空探测提供强大运载平台。据初步测算,2030年前后,重型火箭长征九号的发射需求5发左右,2030至2035年发射需求在10发左右。

据悉,长征九号箭体直径达9.5米,全箭总长近百米,运载能力是目前我国火箭最大运载能力的5倍以上。该火箭计划于2030年首飞,未来将执行我国载人登月、深空探测等重大工程项目的发射任务。

外媒报道的各型运载火箭对比示意图

2016年,长征九号运载火箭的先期关键技术攻关、方案深化论证阶段正式批复立项,开展总体方案深化论证和以“重型运载火箭总体技术”“大推力液氧煤油发动机技术”“大推力液氢液氧发动机技术”和“大直径箭体结构设计、制造及试验技术”为代表的12项重大关键技术攻关。

这其中,今年6月一旦完成500吨级液氧煤油发动机的整机装配,就有望具备短程试车条件;大直径贮箱则已基本完成零部组件的研制攻关,完成了2个箱筒段的焊接,过渡环已完成三轮试制并验证了全流程工艺。今年还将完成大直径贮箱和集中力壳段的研制。

长征九号运载火箭的研制成功将满足未来较长时期国内深空探测、载人月球探测等国家重大科技活动的任务需求。据初步统计测算,2030年前后,重型火箭发射需求4到5发,2030至2035年发射需求10次左右,到2050年发射需求更多。

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