美国重型运载火箭_范文大全

美国重型运载火箭

【范文精选】美国重型运载火箭

【范文大全】美国重型运载火箭

【专家解析】美国重型运载火箭

【优秀范文】美国重型运载火箭

范文一:研制中的美国新一代重型运载火箭 投稿:尹葖著

2010年,奥巴马政府以实现的目标与所需资源不匹配为由终止了小布什政府制订的以载人探月为主的“星座”计划,取消了为重返月球研制的“战神”火箭计划,并将重返月球调整为以探索月球、小行星和火星为主线的载人深空探测。2011年9月,美国航宇局(NASA)正式启动了新一代重型运载火箭即“航天发射系统”(SLS)的研制,并将其作为战略目标予与实施,以满足未来载人深空探测的需要。

  航天发射系统(SLS)的研制背景

  “航天发射系统”计划是在奥巴马政府终止“战神”一1和“战神”一5重型运载火箭计划后,为满足未来载人探索月球、小行星、火星等任务而启动的新一代重型运载火箭研制计划,也是美国20世纪60年代“阿波罗”载人登月计划研制发射“土星”一5重型火箭之后,NASA启动的运载能力超过百吨的重型运载火箭计划,其近期目标是在2017年12月实现低轨运载能力70吨的运载火箭的首次飞行,远期目标是在2032年实现低轨运载能力130吨的运载火箭的首次飞行。与美国现役的“德尔他”-4、“宇宙神”一5等大型运载火箭相比,其低轨运载能力从20余吨提高到70吨~130吨。

  “航天发射系统”由NASA马歇尔航天飞行中心负责管理,主承包商为美国波音公司,普惠一洛克达因公司、阿联特技术公司等多家企业参与研制工作。在2013年4月公布的预算中,NASA为该火箭计划申请了13.85亿美元经费。

  基本方案

  “航天发射系统”是捆绑两台助推器的两级液氢/液氧运载火箭,采用了航天飞机衍生型方案,大量继承了航天飞机和“土星”-5火箭的技术和部件,包括航天飞机外贮箱、航天飞机主发动机RS-25D、航天飞机固体捆绑助推器、“土星”-5火箭第二级发动机技术等。该火箭的研制采取了研制多种构型、分步提高运载能力的渐进式发展战略,以及不断增强部件的通用性、灵活性,不断融合新技术成果的发展思路。

  NASA为该火箭规划了三种构型,分别为近地轨道运载能力70吨构型、105吨构型和130吨构型。70吨构型属于载人型火箭,105吨和130吨构型分别包括载人和货运两种型号。首枚火箭将在2017年12月发射,此后构型将逐步优化,面向探测任务需要,运载能力逐步提高,承担的发射任务也从月球任务逐步向小行星、火星任务过渡。至2032年,其低地轨道运载能力将达到130吨。

  70吨构型重型火箭:70吨构型的火箭属于载人运载火箭,总高97.84米。第一级是在航天飞机外贮箱基础上研制的,直径8.4米,采用4台改进型航天飞机液氢/液氧主发动机RS-25D,总推力9200千牛;第二级是在“德尔它”-4运载火箭第二级基础上研制的低温推进级,直径5.0米,总质量32吨,使用一台RL-10液氢/液氧发动机,推力110千牛。两侧捆绑两台五段式航天飞机固体助推器,直径为3.7米,总推力28028千牛;火箭顶部安放“猎户座”飞船以及发射终止系统等。

  105吨构型重型火箭:105吨构型包括载人和货运两种型号。货运型总高95.71米,载人型比货运型略高。两种火箭的第一级相同,直径8.4米,采用4台RS-25E发动机提供动力,RS-25E是在RS-25D基础上研制的一次性使用火箭发动机;第二级采用4台RL-10A液氢/液氧发动机提供动力;捆绑助推器从70吨构型的固体助推器改为推力更大的液体“先进助推器”。货运型将采用直径8.4米的有效载荷整流罩,载人型则在顶部安放载人飞船等设备。

  130吨构型重型火箭:在积累了70吨构型和105吨构型运载火箭的研制试验和运行经验的基础上,研制“完全优化”的、低轨运载能力130吨的“航天发射系统”。130吨构型包括载人和货运两种型号,货运型总高117.04米,载人型比货运型略离。两种火箭第一级直径8.4米,使用5台RS-25E发动机;第二级使用3台J-2X发动机提供动力;两侧捆绑两台大推力液体助推器。货运型采用更大直径的有效载荷整流罩;载人型则在顶部安置载人飞船等设备。

  飞行计划

  2017年~2023年:进行4次70吨构型运载火箭的发射。2017年12月将进行“航天发射系统”70吨构型的首次试验飞行。2021年,70吨构型火箭进行第二次试验飞行。按照NASA目前公布的计划,2022年和2023年将进行70吨构型“航天发射系统”的第一次和第二次任务发射。

  第一次试验飞行为不载人飞行,任务周期为7天,火箭将从肯尼迪航天中心发射不载人的“猎户座”试验飞船,该飞船绕过月球后返回地球。此次试验主要验证火箭与“猎户座”飞船的整体性能,以及飞船以11千米/秒的高速再入地球大气层的性能。

  第二次试验飞行为载人飞行,任务周期为10~14天,火箭发射的“猎户座”载人飞船到达月球空间后将环绕月球飞行,然后返回地球。此次试验将进一步验证火箭与飞船的载人性能。

  2024年~2030年:NASA提出在本世纪20年代的大部分时间中,将采用105吨构型的运载火箭执行发射任务。按照NASA目前公开的计划,2024年左右将采用105吨构型的火箭执行第三次任务飞行,这将是货运型火箭的首次飞行。2025年和2026年先后采用105吨载人型和货运型火箭执行第四次和第五次发射任务。此后至2030年,105吨构型载人和货运火箭将每年交替发射一次。

  2030年以后:2032年,低轨运载能力130吨的“航天发射系统”将进行首次发射。

  研制进展

  第一级主要研制进展:第一级采用航天飞机RS-25D液氢/液氧主发动机提供动力,该发动机采用分级燃烧方式,可以重复使用。201 2年NASA宣布将在研的第二级J-2X发动机的控制系统用于RS-25D,实现系统升级并降低控制系统成本。NASA马歇尔航天飞行中心计划用一年时间进行RS-25D新控制系统的设计和试验,预计2014年在NASA斯坦尼斯航天中心对采用新控制系统的RS-25D发动机进行热点火试验。

  NASA于2013年2月18日宣布,将第一级贮箱及壳体材料从含锂的铝-2195合金改为不含锂的铝-2219合金。“航天发射系统”预先研究发展办公室在2012财年开展了“壳体压曲抑制因素”研究,通过该项研究,NASA认为铝-2195合金的脆性使其作为重型火箭第一级材料受到限制。此外,第一级箱间段将采用一体化机械加工桁条结构,而不是航天飞机贮箱原来采用的铆接板金属桁条。这将使贮箱具备更高的气动和弯曲过载承受能力。

  第二级主要研制进展:第二级采用J-2X发动机提供动力。J-2X是“土星”-5火箭J-2发动机的改进型,由普·惠-洛克达因公司研制,采用液氢/液氧推进剂,燃气发生器循环。J-2X发动机额定真空推力1309千牛,真空比冲448秒,燃烧室压力9225.189千帕,混合比4.5~5.5,喷管面积比达到92:1。至2013年2月,NASA共建造了编号为10001和10002的两台J-2X验证发动机。10001发动机在2011年6月完成了第一次热点火试验,至2013年初,10001发动机共完成了21次、累计2717秒的点火试验。NASA从2013年2月开始进行10002发动机点火试验,以进一步验证发动机性能。

  助推器主要研制进展:105吨构型和130吨构型的火箭采用新研的液体助推器以及液氧/煤油富氧分级燃烧发动机。至2013年2月,NASA已先后授予阿联特技术公司、通用动力公司、诺格公司、航空喷气发动机公司4份助推器研制合同。其中,航空喷气发动机公司负责建造全尺寸247.5吨推力的液体火箭发动机主喷注器和推力室,并将开展一系列性能测试以及验证大推力液体助推器的工作稳定性。

  美国重型运载火箭的研制有三个值得关注的特点:一是充分继承航天飞机、“土星”-5等已有运载工具的现有部件和技术;二是研制计划采用渐进的发展方式,火箭构型和运载能力逐步优化和提高;三是充分进行现有部件的升级改进和地面试验,保证分系统的可靠性和技术成熟度。基于以上三个特点可以看出,美国重型运载火箭的发展思路是在充分继承、渐进发展、充分试验的基础上实现运载火箭和载人航天的高可靠性、低成本发展。

范文二:美国运载火箭 投稿:严噍噎

美国运载火箭

“大力神”系列运载火箭

“大力神”系列运载火箭由洲际弹道导弹“大力神2”发展而来,包括“大力神2”、“大力神3”、“大力神34”、“大力神4”、“商业大力神3”子系列火箭。

“大力神2”系列火箭有“大力神2LV-4”、“大力神2SLV”、“大力神2s”等几种型号。“大力神2LV-4”是为“双子星座”载人飞船计划而服务,火箭长33.22米,最大直径3.05米。

“大力神3”系列火箭由美国国防部主持研制,有A、B、C、D、E五种型号,可发射各种轨道卫星,有代表性的是“大力神3C”火箭。该火箭由“大力神3A”发展而来,主要用于发射军用同步轨道卫星。火箭最长50.6米,最大直径9.7米。

“大力神34”系列火箭有34B、34D、34D/惯性上面级、34D/过渡级等几种型号。主要用于发射军用卫星。“大力神34B”为三级火箭,最大直径3.05米。“大力神34D”长49.35米,最大直径9.82米。

“商业大力神3”火箭是“大力神34D”的改型,其设计完全出于商业目的,火箭的各种整流罩可适用于目前各种商业有效载荷。火箭长48.2米,最大直径

9.82米。

“大力神4”系列火箭是“大力神34D”的改型,系美国空军预备在航天飞机不能满足军需时使用的火箭。主要用于发射太阳同步轨道大型军用卫星及其它军用卫星。

“德尔塔”系列运载火箭

“德尔塔”系列运载火箭是在“雷神”中程导弹基础上发展起来的航天运载器。它是世界上成员最多,改型最快的运载火箭系列(改型达40余次)。其发射次数居美国其它各型火箭之首,同时,该型火箭发射了世界第一颗地球同步轨道卫星。

“德尔塔”原型火箭由“先锋号”火箭和“雷神”中程导弹组成,火箭长28.06米,最大直径2.44米。

“德尔塔2914”火箭是该系列火箭中发射次数最多的一种火箭主要用于发射地球同步轨道卫星。火箭长35.36米,最大直径4.11米。

“雷神”系列运载火箭

“雷神”系列运载火箭是在“雷神”中程弹道导弹的基础上发展起来的,主要用来发射军用卫星和早期的航天探测器。该系列包括“雷神-艾布尔”、“雷神-艾布尔星”、“雷神-博纳”、“加大推力雷神-阿金纳”等型号。

“雷神-艾布尔”型是三级运载火箭,综合了“雷神”中程导弹和“先锋号”火箭而成,箭长27.28米,最大直径2.44米。

“雷神-艾布尔星”是“雷神-艾布尔”的改进型,其长度缩短,运载能力增大,结构简化,可靠性增强。该箭长24.11米,最大直径2.44米。

“雷神-博纳”是为满足美国空军发射中、小型卫星而设计的。箭长21.56米,最大直径2.44米。

“加大推力雷神-阿金纳D”型火箭是为发射大质量侦察卫星而研制的,在“雷神”基础级上增加三台固体助推器,并组合“阿金纳D”上面级而形成。箭长29米,最大直径2.44米。

“宇宙神”系列运载火箭

“宇宙神”系列运载火箭由“宇宙神”洲际弹道导弹发展而成的,主要有“宇宙神D”、“宇宙神多级系列”、“宇宙神I”等型号系列

“宇宙神D”是美国发射载人飞船的第一枚运载火箭,该火箭是在“宇宙神D”洲际弹道导弹的基础上经适当改进而成,箭长29.07米,最大直径4.87米。

“宇宙神SLV-3C-半人马座D”火箭为多级火箭。该火箭是“宇宙神”火箭系列中首次使用低温液氢液氧上面级的火箭,箭长38.35米,最大直径4.87米。 “宇宙神I”是“宇宙神G-半人马座D-1A”的一个改进型。地球同步转移

轨道运载能力为2.25至2.34吨,主要用于商业发射。箭长42-43.9米,起飞质量163.9吨。

“土星”系列运载火箭

“土星系列”运载火箭是美国国家航空航天局(NASA)专为阿波罗登月任务而研制的大型液体运载火箭,先后研制的型号有“土星I”、“土星IB”、“土星V”三种。

1957年美国陆军弹道导弹局向政府提出发展大推力运载火箭的建议,1958年初该项建议得到采纳,陆军弹道导弹局即着手研究,1959年将所研究的火箭正式命名为“土星”运载火箭。1960年陆军弹道导弹局划归国家航空航天局领导,发展“土星”的任务亦转交该局负责。

“土星系列”运载火箭共有三种型号:“土星I”、“土星IB”、“土星V”。该火箭的最终任务是把载有三名宇航员的“阿波罗”飞船送往月球,并安全返回。这三种型号的任务分工是:“土星I”——研制型,它是执行“阿波罗”计划的第一个型号,用于“阿波罗”计划早期地球轨道飞行试验和发射“飞马座”宇宙尘探测卫星。“土星IB”——改进型,用于不载人或载人“阿波罗”飞船地球轨道飞行试验,“土星V”和飞船程序及部件、系统的试验,以及发射“天空实验室”。“土星V”——最终型,专为实现“阿波罗”飞船登月而研制,目标是要在美、苏“登月竞赛”中赢得胜利。

自1961年开始至1972年12月结束,在历时11年7个月中,“土星系列”

运载火箭总共发射l7次,包括11次载人飞行,其中6次载人登月飞行。这是美国60年代规模最大、耗资最多的一项载人航天计划,到1969年7月,总共耗资193亿美元(1965年美元值),其中近80亿美元用于研制运载火箭“土星

I”(7.67亿美元)、“土星IB”(11.27亿美元)和“土星V”(60.46亿美元)。 自1973年5月15日开始至1974年2月8日,“土星”运载火箭被用于发射“天空实验室”,共4次。首次是用“土星V”运载火箭将无人的“土星工场”送入近地圆轨道,后三次用“土星IB”运载火箭分别将载有三名宇航员的“阿波罗”指令服务舱与“土星工场”对接。整个该项计划的经费约为25亿美元(1965年美元值)。

“土星I”运载火箭是为了实现载人登月的“阿波罗”计划而研制的美国第一种大型液体运载火箭,主要用于近地轨道飞行任务。

发展“土星I”运载火箭的目的是推进大型运载火箭研制技术,通过飞行试验,获得多台并联发动机推进系统的飞行工作经验,确定装有多台并联发动机的氢氧级的飞行和运行特性,以及推动制导和测量技术的进步。

“土星I”运载火箭由美国国家航空航天局委托马歇尔航天中心(MSFC)研制。研制工作于1958年开始,研制过程大致如下:

1958年8月15日,美国国防部先进研究计划局(DARPA)正式批准发展一种推力为6670kN的运载火箭的研制计划,并委托陆军弹道导弹局(ABMA)负责研制。9月陆军弹道导弹局与洛克达因(Rocketdyne)公司签订合同,发展推力为738kN的新型发动机H-1,10月又与普拉特—惠特尼(Pratt—Whitney)公司(简称普惠公司)签订了研制液氢、液氧发动机XLR-115的合同。

1959年年初计划更名为“土星”计划,根据研究与发展(R&D)规划,研制两批共10枚“土星C-1”运载火箭。

1960年1月l日,土星计划和它的整套人员及设备全部移交给马歇尔航天中心。5月与道格拉斯飞机公司签订了研制“土星C-1”火箭二子级S-IV的合同。 1961年10月27日,第一枚“土星C-1”运载火箭SA-1发射成功之后,对第二批“土星C-1”火箭的设计进行了一些重要修改。

1962年4月25日和11月6日,成功地进行了“土星C-1”火箭SA-2和SA-3的飞行试验。

1963年3月8日,第一批“土星C-1”火箭中最后一枚(SA-4)飞行试验获得成功。至此, “土星C-1”火箭二子级S-I的研制试飞工作圆满结束。“土星C-1”火箭正式改称为“土星I”运载火箭。11月XLR-115发动机通过了验收试验并交付使用,发动机定型后命名为RLl0A-3发动机。

1964年1月29日,成功地进行了“土星I”SA-5火箭的飞行试验,5月28日和9月18日,又成功地进行了SA-6和SA-7的飞行试验。由于“土星I”火箭在研制试飞阶段具有极高的成功率,因此在第七次飞行试验(SA-7)以后,决定“土星I”运载火箭提前转入正式使用。

1965年2月16日,第八枚“土星I”运载火箭SA-9成功地将一颗“飞马座”(Pegasus)宇宙尘探测卫星送入轨道。5月25日和7月30日,最后两枚“土星I”火箭SA-8、SA-10各将一颗“飞马座”卫星送入轨道。至此,“土星I”运载火箭研究与发展计划结束,火箭共进行了10次发展,成功率达100%。 “土星I”火箭是一种试验性火箭,通过飞行试验对火箭进行了不断地改进。第二批火箭与第一批火箭相比,在设计上有许多不同。用来发射“飞马座”探测器的是SA-8“土星I”火箭:SA-8火箭是一枚实用型“土星I”火箭,其飞行任务是将一颗“飞马座”宇宙尘探测卫星送入近地轨道。 与以往的“土星I”火箭相比,SA-8火箭明显的不同在于,它完全是一枚工业化生产出来的火箭。SA-8火箭的S-I级由克莱斯勒(Chrysler)公司承包制造。SA-8火箭于1965年5月25日,从肯尼迪角发射升空,成功地将“飞马座”卫星送入预定的近地轨道。

范文三:中国研发重型火箭运载能力为现役型号的6倍 投稿:彭厷厸

中国研发重型火箭 运载能力为现役型号的

6倍

随着‚神舟十号‛再次搭乘‚长征二号F‛火箭升空,至此,‚神舟一号‛至‚神舟十号‛以及‚天宫一号‛全部由‚长征二号F‛发射完成,后者由此堪称中国载人航天‚专用‛运载火箭。

下半年,备受关注的‚嫦娥三号‛也将搭乘‚长征‛火箭进入太空。事实上,在2013年,中国最著名的‚长征‛系列运载火箭再次进入发射高频年。

对于中国人来讲,火箭具有极其非凡的象征意义。这种与强大关联的荣誉感、自豪感在很多年里远远超过它带给中国人的实际意义。

40多年前,研发人员用‚长征‛为中国的运载火箭命名,是深受毛泽东《七律〃长征》中勇往直前、不畏牺牲精神的鼓舞。当然,用‚长征‛命名,也蕴含着对这次新征途困难前景的预估和决心。

时至今日,脱胎自‚东风‛导弹的‚长征‛系列运载火箭,已历经近半个世纪的发展,前后有4个系列、17个型号。

数万中国火箭人为之呕心沥血。成功过、失败过、振奋过、挫折过、欢呼过、沮丧过 终于炼就一枚枚国之重器,腾空而去。

创世纪的火箭人

‚长征‛第一次亮相的时间是1970年4月,‚长征一号‛成功发射‚东方红一号‛人造地球卫星,从而揭开了中国航天活动的序幕。

‚‘长征一号’是在‘东风四号’导弹基础上改进制造的。‛中科院院士、火箭弹道专家余梦伦对《瞭望东方周刊》说,这枚火箭完全是中国人自己独立研制的。

像任何国家一样,中国的战略导弹与运载火箭都有着密切的渊源。中国最早的导弹是‚东风一号‛,它根据苏联的近程地地导弹‚P2‛仿制,其源头则是二战时德国的‚V2‛导弹。

最大射程600公里的‚东风一号‛在1960年11月5日试射成功。虽然这种武器从来没有实战部署过,但是通过仿制,中国科研人员建立了导弹研究体系,最终培养了一批导弹专家。

这是一代元老级的中国火箭专家,绝大多数人从来不为公众知晓。比如火箭弹道设计先驱方俊奎,于1963年离开

当时负责导弹研制的国防部五院一分院,去了酒泉卫星发射场。

‚直到现在,中国航天史名录都很难找到他的痕迹。‛余梦伦带着叹惋的口气说,‚很多人为中国航天贡献了一生,是真正的无名英雄。‛

‚研制运载火箭时没有其他外援,全是自主研制的,应该说那代人对运载火箭的贡献是开创性的,他们是中国运载火箭的开端。‛曾任‚长征二号丙‛总设计师的李占奎对《瞭望东方周刊》说。

‚从1958年到1962年是起步阶段,这一阶段主要是学习苏联的资料,仿制德国的‘V2’火箭。从

1962年到1966年,国内的火箭事业发展大大加快,中国航天事业开始向前迈步。‛中国运载火箭技术研究院总体设计室原支部书记、火箭控制专家李法瑞对《瞭望东方周刊》解释说。

1967年,中国决定研制‚长征一号‛运载火箭,到1968年初完成总体设计,之后又用了两年左右时间完成了各种地面试验。

时值‚文革‛,一面是运载火箭研发任务日益趋紧,一面却是科研人员被派往农场劳动、下连当兵、‚四清运动‛、五七干校、军垦锻炼。

其间,在当时的中国运载火箭技术研究院还发生了严重的武斗事件。火箭专家姚桐斌就是在1968年6月的武斗期间去世的。

当时,负责火箭研发的七机部在南苑地区发生了大规模武斗。6月8日中午,正在家吃饭的姚桐斌突然被几个造反派带出家门,路上被暖气管猛击头部。

作为周恩来从德国请回的导弹专家,姚桐斌在1957年回国进入钱学森领衔的国防部五院。正在人民大会堂开会的周恩来得知此事时,手中的茶杯掉在了地上。

凶手后来分别被判处15年和12年徒刑。1978年3月18日为姚桐斌举行了隆重的追悼仪式。这一天,正是全国科学大会召开的日子。

‚当时火箭研究院下放了三分之一的人去军垦。‛李法瑞、汪向毅、陈万兴等人在1969年3月被派往黑龙江齐齐哈尔地区参加军垦。大多数人3年后才返回北京。

此前在1969年,一批新分配的员工入院没多久就直接被派往湖北省孝感农场参加军垦。其中就有北

京大学数学系力学专业毕业的陈德隆,而他在4月份才刚刚走进中国运载火箭技术研究院总体设计室动力装臵组。

这位火箭发动机专家对《瞭望东方周刊》回忆说,动力装臵组起初只有六七人,其中有个研究发动机协调的陈万

兴,号称‚拼命三郎‛,工作起来不要命。他自1965年西北工业大学毕业参加工作,后患有肝腹水,胆囊切除后手术位臵发生癌变,1983年病逝时仅42岁。

同时,‚文革‛造成的社会动乱也严重干扰运载火箭的研制。为了保障火箭研制工作的顺利进行,中央加强了研制工作的领导,终于在广大航天科研人员和工人们的努力下顺利完成‚长征一号‛的研制工作。

作为‚创世纪‛的‚长征一号‛共进行了两次卫星发射,成功率100%。中国从此开始了自己的太空时代。

‚累死‛的专家们

很快,1974年,‚长征二号‛首飞发射失败。原因是一根导线存在暗伤而断裂,导致火箭姿态失去控制。

火箭控制专家王嘉章向《瞭望东方周刊》回忆说,后来在1975年发射新型火箭前,上下领导反复强调各个研制环节要按照‚三严作风‛严格控制。有一次为了检查一个放大器电极管造成的故障,用了三天三夜时间。

这时,运载火箭的主要任务是发射返回式卫星,它搭载了对地观测用的照相机,与‚东方红‛相比具有重要的实际科学意义。

‚发射返回式卫星的时候,开始运载火箭运载的能力怎么都不够,后来改进了发射轨道和火箭的结构,火箭运载能力提高了40%。‛李法瑞说。

当时由于需要搭载更多重量从而实现更多功能,中国的卫星越来越大,对火箭的要求越来越高。

在1978年著名的全国科学大会上,‚长征二号‛的研制队伍因此受到表彰。

王嘉章说,火箭试验的环境是典型的有毒环境,除了和推进剂相关的工种,还有微波辐射等。

火箭地面设备专家汪向毅对《瞭望东方周刊》回忆说,早期进行火箭加注储存实验时,要把露天以及发射井里的实验火箭舱灌满有毒的推进剂,而且每天都要有人守着测量数据。

当时没有过多的防护措施,至多在中间到别处转转透透气。作为提升抵抗力的方法,只有发放的护肝药品。

汪向毅是现场负责人,陈德隆是发动机专家,李占奎是课题负责人,三人戴上防毒面具现场拆卸检查发动机。‚一起做实验的同志回来检查,肝指标都很高。那些陪着做检测试验的年轻姑娘们例假都不正常。‛汪向毅说。

汪向毅继续说,和推进剂相关的工作环境不仅有毒,现场试验还有爆炸的风险。‚每个工具都用绳子拴在身上。衣服和鞋子都是防静电的。‛

也曾有几位负责加注推进剂的年轻战士,因倒车出事遇难,都安葬在发射基地的烈士墓。‚那时候酒泉发射中心烈士墓还没安葬几个人。‛汪向毅说。

李法瑞后来曾对总体设计室因病去世人数做过一个统计,‚大概从1983年到2000年,有15人因病而去世。‛

1970年开始研制远程火箭的‚705会战‛,紧接而来的是‚长征二号‛系列火箭,有时会几个型号同时进行,没有任何喘息的机会。‚有几个同志确实就是累坏的,甚至是累病的。鲁昌鉴、陈万兴、刘早清都是累病而不幸去世的。‛

鲁昌鉴是1960年西北工业大学毕业生。‚很多人都知道鲁昌鉴带病工作,有一次发射美国卫星,我拿材料让他指导,看到他一条肿胀的腿翘在凳子上,仍然坚持工作。‛王嘉章回忆说。

然而火箭空气动力专家李国范对《瞭望东方周刊》说,鲁昌鉴等人形成了一套火箭载荷计算的程序,‚直到现在,新一代年轻的工作者都没有跳出这个框架。‛

余梦伦补充说,刘早清得肺癌时她自己都不知道,在肺癌晚期去医院治疗的时候,她还说要把正在整理的图纸保存好,等自己病好了回来再继续整理。她去世时才49岁。

‚在20世纪,运载火箭总体设计室因工作劳累生病去世的比较多,粗略算了一下,占设计室人员的5%左右。‛余梦伦列举了一个数据。

‚早逝的和易患癌症的多在工程组,尤其是环境组和发动机组。‛火箭地面设备专家汪向毅向《瞭望东方周刊》补充说。

机遇与挑战并存的90年代

虽然竭尽全力,但在20世纪八九十年代,中国运载火箭的发展经历了一个‚搞导弹的不如卖茶叶蛋的‛时期。

王嘉章在1984年左右参与管理‚长征三号‛方面的工作,他说,‚那个时候在西昌出差,一个月补助36.8元。‛当时的工资每月不到80元。

‚上世纪80年代到90年代中期,没有人愿意到航天单位来。当时我们一听是北大、清华的学生,都不敢收,这些人来了肯定会离开。‛余梦伦说。

20世纪80年代,中国运载火箭技术研究院就已经有了硕士学位授予权。当时李法瑞在研究院教育处工作,他说,‚外地来的学生,到单位来就是要北京户口,呆一两年就走

了。当时不只是其他高校招进来的学生走,自己带出来的研究生也走。‛他们的第一批研究生有10人,最后只留下2个。

1990年4月,‚长征三号‛成功发射美国制造的‚亚洲一号‛卫星,揭开了发射外星的序幕。至此,中国运载火箭火速进入商业发射阶段。

李占奎认为,‚商业发射是潮流‛,当时美国、欧洲一些卫星需要发射,中国运载火箭可靠性强,费用较低,因此,吸引了诸多用户。

直至上世纪90年代末,一些美国议员出于不可告人的目的,无理指责中国通过发射卫星获取了美国的技术,最终禁止中国发射任何含有美国零部件的卫星。

余梦伦说,当时已经有了‚长征二号丙‛、‚长征三号‛、‚长征三号甲‛,为了推进国际市场的需求,在现有火箭的基础上,专门设计了‚长二捆‛,正式命名为‚长征二号E‛。

从1970年4月24日中国发射第一颗人造地球卫星,至今‚长征‛共经历了176次发射,取得了168次成功。失败的8次主要集中在20世纪90年代。

最后一次发射失败是在2011年8月18日,用‚长征二号‛火箭在酒泉卫星发射基地发射‚实践十一号04星‛。

在‚长征一号‛、‚长征二号‛、‚长征三号‛陆续发射的同时,位于上海的航天技术研究院研制了‚风暴一号‛。它就是后来‚长征四号‛系列的基础型火箭,‚长征四号‛系列火箭主要用于发射太阳同步轨道卫星。

‚风暴一号‛第一次公开飞行在1975年7月26号。1981年9月,‚风暴一号‛成功将三枚一组的我国新型空间物理探测卫星送入预定轨道,使中国成为了世界上第三个掌握了‚一箭三星‛技术的国家。

消失的火箭

而在荣耀背后,‚长征‛家族也曾因为各种原因失去自己的成员。

‚长征一号乙‛、‚长征一号丙‛只是在研制过程中出现过,后来,两种型号相继放弃。

‚长征一号丁‛是在‚长征一号‛一、二级的基础上,第三级采用更先进的固体燃料。不过,这个型号在成功进行了几次亚轨道发射任务后被取消。

‚‘长征一号丁’可以发射的‘长征二号’都可以发射,一方面是为了避免型号重复,另一方面可以缩短战线,减少不必要的投入。‛余梦伦解释。

余梦伦告诉本刊,‚长征二号‛发射成功后,‚长征二号甲‛和‚长征二号乙‛的编号也曾在研发过程中使用过,

最终没有定型。‚‘长征二号甲’、‘长征二号乙’是在研制发射地球同步卫星运载火箭时产生的两种火箭方案,它们都是以‘长征二号’一、二级为基础,增加一个第三级。‘长征二号甲’的第三级采用氢氧发动机,‘长征二号乙’的第三级采用常规发动机。经论证后确定采用‘长征二号甲’方案,即第三级采用氢氧发动机。型号立项后,正式定名为‘长征三号’。‛

‚长征一号‛系列至‚长征四号‛系列中的型号属第一代运载火箭。余梦伦介绍说:按照中国运载火箭发展设想,第二代长征运载火箭起飞重量达到1000吨左右,箭体直径将达到5米,低轨道运载能力达到20吨左右,飞月运载能力将达10吨左右。

这种正在研究中的中国运载能力最大的火箭,运载能力将达130吨左右,是现役运载火箭的6倍,箭体直径是现役火箭直径的2倍左右,以满足后续载人登月、深空探测等发射任务的需求。

据相关负责人接受媒体采访时介绍,研制重型火箭是中国实施太空发展战略的重要举措,也是中国实施大规模深空探测任务的基础,将大大提高中国运载火箭的运载能力、自主进入空间能力,是保持空间优势核心能力的关键支柱。该

项目在极大带动航天技术水平跃升的同时,还辐射带动国家基础工业、科学技术和民用产业的技术进步、能力升级。

这类被一些人称为第三代运载火箭的重型运载火箭,预计起飞重量为3000至4000吨,箭体直径将达到8至10米,低轨道运载能力为50至130吨,飞月运载能力达到30至60吨。

余梦伦解释,第二代运载火箭中的‚长征五号‛至‚长征七号‛主要是完成载人空间站建设和探月返回等任务。‚长征五号‛、‚长征六号‛、‚长征七号‛的研制,是当前的主要任务,正在加紧研制中,预计将于2014年在海南文昌卫星发射基地实现‚长征六号‛、‚长征七号‛的首飞。

同时,新一代全固体运载火箭‚长征十一号‛也在研制中。它可整体贮存、操作简单、发射成本低,发射准备时间短,这将大大提高快速进入空间的能力,满足对自然灾害、突发事件等的应急发射需求。

用于载人航天的‚长征二号F‛是在‚长征二号E‛的基础上改造完成的。

余梦伦说,‚中国载人航天工程对运载火箭提出了三个方面的要求:第一,运载能力要大,第二,可靠性要高,第三,要有逃逸系统。‛

‚长征二号F‛起飞重量480余吨,起飞推力达600多吨,是目前‚长征‛家族中起飞质量最大、长度最长的火箭。

第三代以重型运载火箭为代表,预计2040年前后可实现首飞。不过,余梦伦认为,这个目标有可能会提前完成。

而第四代运载火箭,预期有可能实现低成本航天运输。‚长征‛,将开始自己新的征途。

范文四:重型运载火箭及其应用探讨 投稿:孙冯冰

重型运载火箭及其应用探讨

2011-05-07 10:38:33 作者:admin 来源:

提出中国重型运载火箭发展原则,根据这些原则,进行重型运载火箭构型分析,初步确定了火箭的直径以及发动机的推力量级,形成了基于大推力液氧煤油发动机和基于大推力固体助推器的两种重型运载火箭总体技术方案,并对重型运载火箭的关键技术进行了梳理。结合重型运载火箭的特点对未来的

文摘:提出中国重型运载火箭发展原则,根据这些原则,进行重型运载火箭构型分析,初步确定了火箭的直径以及发动机的推力量级,形成了基于大推力液氧煤油发动机和基于大推力固体助推器的两种重型运载火箭总体技术方案,并对重型运载火箭的关键技术进行了梳理。结合重型运载火箭的特点对未来的潜在应用需求进行了分析,结果表明重型运载火箭对于提升中国空间活动能力,加快空间应用开发的步伐都有着重要意义。结合上述分析,提出了加速推动重型运载火箭的后续发展建议。

0前言

一个国家进入空间的能力在很大程度上决定了其空间活动的能力,以及空间应用开发的水平,世界主要航天大国都以进入空间能力来衡量其空间技术水平,运载火箭是目前世界上进入空间的主要运载工具,运载火箭的规模和水平支撑了进入空间的能力。在中国从航天大国向航天强国转变的过程中,重型运载火箭是实施太空发展战略的必要保证,可以有效拓展航天产业发展空间、大幅提高进入空间能力、促进航天科技整体水平提高,对提升空间开发水平、提高工程技术综合实力,进一步增强中国在国际社会的政治影响力,提高综合国力,有着重要的战略意义。

随着人类探索太空的不断深入,世界各国已经将越来越多的探索目标瞄准了更加遥远的深空,美国和欧空局已经开始了大规模的深空探测任务规划[1]。21世纪初美国制定了重返月

球的“星座”计划,尽管2010年初美国国会宣布中止“星座”计划,但是并没有终止重型运载火箭阿瑞斯V的研发进程[2]。2010年7月15日美国参议院通过了NASA2011财年预算授权法案,法案要求将重型运载火箭的研制时间提前至2011年,2016年底前投入使用。 纵观国外航天大国的运载火箭发展趋势,进一步提升进入空间的能力成为各方共同的选择,随着日本H-2B的首飞[3]和印度300 t推力级固体助推器的研制成功[4],中国运载火箭在世界航天界第二集团的优势地位已经丧失,为了进一步增强优势,缩短与领先国家的差距,有必要加快开展重型运载火箭的研究工作。

1重型运载火箭发展原则

结合国外重型运载火箭的发展历史,基于中国航天运载技术发展特点,以未来空间任务需求为目标,提出中国重型运载火箭的发展总原则:

a)多任务适应能力:重型运载火箭应能够满足多种探测任务的要求;

b)大吨位运载能力:为满足一次交会完成载人登月和多次交会完成载人登火等深空探测任务对运载能力的需求,重型运载火箭近地轨道(LEO)运载能力应不低于130 t;

c)高可靠使用性能:重型运载火箭应该采用高可靠总体方案,降低飞行风险,确保火箭总体使用性能;

d)新技术牵引能力:通过重型运载火箭牵引大直径箭体、大推力火箭发动机研制,带动航天新产品的发展,促进现有产品的更新换代。

2重型运载火箭初步总体方案

2.1总体方案选择

2.1.1动力系统选择

动力系统是运载火箭的基础,决定了运载火箭的起飞规模,同时也决定了运载火箭的能力。为了提高运载效率,重型运载火箭的上面级发动机应该选择氢氧发动机,而地面起飞动力的选择,需要进行深入的对比分析。

根据目前运载火箭主流动力系统的发展情况,可以基于液氧煤油发动机、液氢液氧发动机和固体发动机来构建中国的重型运载火箭。

根据中国重型运载火箭大吨位运载能力发展原则,结合重型运载火箭的起飞规模推算,起飞推力应达到5 000 t推力级(采用不同的推进剂时起飞规模不同,推力量级也会有少量差异,此数值为中间值)。采用不同发动机的配合,可以得到不同的地面起飞动力组合,结合国内外运载火箭的研制经验以及发动机推力量级,同时避免多台发动机同时工作带来的恶劣力学环境等问题,初步考虑地面起飞发动机数量不超过8~9台。据此,经过初步计算,对不同的重型运载火箭地面起飞推力组合分析见表1。通过表1的分析可知,可以选择的重型运载火箭地面起飞动力组合是:

方案A:全液氧煤油发动机组合;

方案B:固体发动机+氢氧发动机组合。

2.1.2火箭构型选择

重型运载火箭的级数选择是综合考虑各种因素后确定的,在一定范围内,火箭级数越多,运载效率越高,但是火箭级数增加后也将带来诸多问题。

a)火箭级数越多,分离、发动机空中点火次数就越多,增加了火箭飞行风险,不利于提高

火箭可靠性;

b)火箭级数增加,同等直径下火箭的长度也将增

加。对于重型运载火箭来说,由于起飞质量很大,已经使火箭存在一阶弹性频率低的风险,如果火箭长度过长,将会不可避免地降低火箭的一阶弹性频率,给控制系统的设计带来较大的难度。例如美国土星V火箭和战神I火箭,由于长度过长,它们的一阶弹性频率分别为1.00 Hz和0.96 Hz,为此均开展了大量的攻关工作;

c)火箭级数增加,考虑到最优级间比,采用等直径设计必然导致末级火箭效率大大降低,不利于发挥

级数增加提高运载效率的优势;如果采用变直径设计,一方面带来了新的直径模块,另一方面更加不利于火箭长度的控制。

对于重型运载火箭来说,由于规模大、费用高,确保可靠性是一个需要重点考虑的因素,同时为了尽可能降低火箭长度,避免过低的一阶弹性频率,考虑采用两级构型。利用二级多次起动能力,重型运载火箭既可用于发射近地轨道载荷,也可用于将有效载荷送入同步转移轨道(GTO)、月球转移轨道(LTO)等其他轨道,使重型运载火箭具备不同任务的适应能力。 另一方面,在确定重型运载火箭是否采用捆绑助推器方案时,需要考虑动力系统的选择。国外重型运载火箭有捆绑助推器构型,也有不捆绑助推器构型。

从前述重型运载火箭动力系统选择的情况可知,为了降低单台发动机推力需求,地面起飞都采用8台发动机。以使用俄罗斯RD-170发动机为例,单台包络直径在3.8 m,采用密集排布的方法,不考虑摆动间隙最小包络时箭体直径也超过了14 m;苏联的N-1火箭,一子级采用30台NK-33发动机,底部最大直径超过15 m;美国的土星V火箭尽管只有5台单台推力700 t推力级F-1发动机,但由于火箭直径无法容纳全部发动机,专门设计了发动机整流罩。从减小箭体直径以及减小对单台发动机推力需求方面考虑,中国重型运载火箭适宜采用捆绑助推器构型。

根据以上分析,初步确定中国重型运载火箭将采用两级半、捆绑助推器的构型方案。

2.1.3芯级直径选择

火箭芯级直径的选择要考虑与火箭的规模相适应,以控制合适的长细比;长细比过大的火箭,将不利于火箭一阶弹性频率的提高,特别是对于大型运载火箭来说,过低的一阶弹性频率将会给控制系统带来极大的设计困难。

结合中国现役火箭、前期超大型运载火箭的设计经验,以及国外同类火箭的设计,初步确定重型运载火箭的长细比不超过12。根据此要求,初步计算结果表明重型运载火箭的直径不应小于9 m。

2.2初步总体方案设想

2.2.1总体参数

根据上文确定的总体方案,对A、B两种方案构型开展总体参数设计工作,经过初步优化,确定主要总体参数(见表2)。

根据总体参数完成的方案A和方案B的外形图如图1所示。

2.2.2弹道方案设想

海南发射场是中国新一代运载火箭的主发射场,火箭弹道方案也是基于海南发射场进行分析。

受菲律宾岛屿影响,重型运载火箭在海南发射场不能实现全射向发射。结合重型运载火箭的任务需求,重点分析了LEO弹道方案和奔月轨道弹道方案,分析结果表明,重型运载火箭采用两级构型,通过二级1次点火与二级2次点火,能够很好地适应发射28°LEO和LTO有效载荷的需求,发射2种轨道时助推器和芯一级的落区基本不变,可以得到很好的兼顾,110°射向、28°目标轨道倾角的LEO运载能力达到130 t级,LTO运载能力达到50 t级。

2.2.3各系统方案

a)结构系统。芯级采用9 m直径,在提高结构强度的同时尽量降低结构质量,贮箱将使用铝锂合金,箭体壳段使用复合材料或轻质金属材料;助推器捆绑可采用前捆绑传力的形式,以进一步降低芯一级贮箱质量;地面竖立状态使用助推器支撑;整流罩直径9 m,采用2(或

4)瓣式结构,锥段为复合材料蜂窝夹层结构,柱段使用铝蜂窝+铣切网格加筋结构。

b)电气系统。采用三冗余总线+三冗余箭机方案,同时包含故障诊断系统,在此基础上开展信息综合管理设计,实现系统级的故障诊断和重构;火箭二子级为满足在轨交会对接能力,应具备接受来自地面的任务管理和控制能力;采用捷联惯组+卫星导航+星光组合导航方案以提高导航精度,采用摄动+迭代制导律,提高火箭适应性,既能够充分发挥大气层内飞行时摄动制导与理论弹道偏差小的优点,也能够发挥大气层外飞行阶段迭代制导对偏差的适应性强特点,有效提高火箭的制导精度;为了降低火箭对地面测控系统的依赖,提高火箭对多种任务的适应能力并提高火箭的综合性能,遥测系统具备天基测控能力。

c)动力系统。重型运载火箭芯级发动机采用“X”布局、切向摆动。初步分析表明,助推器发动机需要参与飞行控制,采用液体助推器发动机单摆、固体助推器发动机双摆的方案。火箭一、二子级均使用大功率、高负载伺服机构,伺服机构作动器输出功率40~60 kW,伺服机构能源来自液体发动机(使用液体助推器时)或自带燃气涡轮(使用固体助推器时)。 d)地面系统。初步考虑采用垂直测试、垂直转运方式;对于固体助推器,拟采用分段运输、发射场组装对接的方案,需要在发射场建立相应总装、测试厂房,固体发动机对厂房安全性能要求较高;对于液体火箭模块,在推进剂加注后,尤其是液氢加注后,危险性较高,发射场测发模式应采用远控模式。

2.3关键技术

结合重型运载火箭初步总体方案,初步梳理出重型运载火箭的几项重大关键技术: a)重型运载火箭总体方案优化设计;

b)200 t推力级液氢液氧发动机技术;

c)千吨推力级固体火箭发动机技术;

d)660 t推力级液氧煤油发动机技术;

e)大直径箭体设计、制造及试验技术;

f)重型运载火箭大功率、高负载推力矢量控制技术;

g)低温推进剂在轨蒸发量控制技术。

3应用前景分析

3.1载人登月

根据前期载人登月论证工作的初步结果,中国载人登月拟采用两步走的战略实施,第一步是在2025年前,利用现有火箭技术,发展近地轨道运载能力50 t推力级超大型运载火箭,尽快实现2~3人的月球探测活动;第二步是在2030年以后,发展基于大直径、大推力发动机技术的重型运载火箭,实施3人以上的月球探测和开发活动[5]。

经过计算,重型运载火箭能够将50 t级的有效载荷送入奔月轨道,结合前期论证结果可知,采用重型运载火箭具备一次发射将3人以上有效载荷送上月球,并从月球安全返回的能力。

3.2无人火星探测

火星探测器发射条件随发射窗口变化而变化,每26个月出现一次。一般来说,火星探测器在不同的年份能量需求是不同的。经过计算,2010~2025年,各次发射窗口中,从地球200 km LEO进入奔火轨道的所需要的速度增量在3 570~4 060 m/s之间,而被火星捕获的速度增量一般在2 000~2 600 m/s之间。200 km近地轨道130 t运载能力的重型运载火箭发射火星探测任务能力如表3所示。

由表3可知,采用重型运载火箭发射直接再入类型火星探测器运载能力为40 t级;如果探测器采用气动减速技术进入环火轨道,则运载能力为20 t级;若采用主动减速进入环火轨道,则运载能力仅10 t级;对于取样返回任务来说,能够将1 t级别的返回舱带回地球。

3.3载人登火

经过初步计算,采用7次重型运载火箭发射+1次载人火箭发射,具备开展载人登火的能力。具体流程构想如下:

a)4次重型运载火箭分别发射,采用LEO和环火轨道交会相结合,具备将100 t的火星下降级送入环火轨道的能力(气动辅助减速方式);

b)2次重型运载火箭发射,采用LEO交会,具备将31 t的火星上升级和18 t火星返回级(总计49 t有效载荷)送入环火轨道的能力(气动辅助减速方式),其中31 t的火星上升级与100 t的火星下降级对接组成登火火箭,在环火轨道上等待,18 t火星返回级同时在环火轨道上等待;

c)1次重型运载火箭发射和1次载人火箭发射,在近地轨道完成交会对接后,将10 t的奔火飞船送入环火轨道(直接减速进入),其中6 t返回舱与18 t火星返回级完成交会,在环火轨道上等待,宇航员进入4 t登火舱与登火火箭进行交会对接,实施登火;

d)完成火星表面考察后,宇航员由上升级送入环火轨道,与在环火轨道上等待的返回舱交

会对接,宇航员进入返回舱,由返回级送入返回地球的征途。

综上可知,采用多次发射和多次交会的方式,重型运载火箭具备完成载人登火的任务能力,为载人深空探测事业的进一步发展提供了可能。

3.4空间太阳能电站

空间太阳能电站近年来成为国际航天界的关注热点,据初步分析,在地球静止轨道建设一座1 000万千瓦的太阳能电站需要发射50 000 t地球静止轨道有效载荷[6],如此之大的运载能力需求是一般运载火箭无法满足的,必须发展重型运载火箭。

计算表明,用重型运载火箭将空间太阳能电站有效载荷和上面级送入近地轨道,再由上面级将空间太阳能电站送入GEO的方案建设空间太阳能电站,采用氢氧低温上面级完成50 000 t级的太阳能电站建设,需要1 460次以上的重型运载火箭发射,即使采用先进推进技术,如核推进、电推进等,按照比冲1 000 s考虑,也需要620次以上的发射。

3.5其他探测任务

重型运载火箭具备的大运载能力和大直径的特点,对于深空探测有效载荷的发射提供了一个良好的平台,对于不同深空探测任务需求,对应的重型运载火箭的运载能力见表4。

重型运载火箭具有大直径的特点,其整流罩能够提供大尺寸包络空间,对于一些大尺寸有效载荷来说是必不可少的发射工具,如大型反射式太空望远镜等。

美国最新发射的詹姆斯·韦伯望远镜,展开后直径达到8 m,采用折叠的方法由阿里安5发射升空,而下一代太空望远镜——“先进技术大口径空间望远镜(ATLAST)”,展开后直径将达到16.8 m[7],如图2所

示,现有火箭整流罩包络已经不能满足发射需求,大直径重型运载火箭将为类似空间活动提供重要平台。

4结束语

中国规划中的重型运载火箭具有可观的运载能力,能够提供大尺寸的有效载荷包络,具有较强的适应能力,是中国一次性运载火箭发展的方向。加快推动重型运载火箭的研制工作,将为中国载人航天和深空探测提供更加广阔的发展空间,对于促进国民经济发展,提升国家综合实力有着十分重要的意义。

参考文献

[1]Laurini K,Hufenbach B,Schade B.From LEO,to the Moon,then Mars:Developing a global strategy for exploration risk reduction[R].IAC-09-B3-1.7,2009.

[2]才满瑞,佟艳春.美国停止星座计划的原因分析[J].国际太空,2010(6):12-17.

[3]王存恩,王祥.日本首枚H2-B火箭发射成功[J].国际太空,2009(10):1-6.

[5]龙乐豪,容易.现代“嫦娥奔月”的技术途径设想[J].导弹与航天运载技术,2008(1):1-7.

[5]Donahue B,Graham N,Lizenby J,et al.An additional space explorationmission opportunity for the Ares-V launch system[R],IAC-09-D2.8.4,2009.

范文五:重型运载火箭及其应用浅谈 投稿:萧馤馥

重型运载火箭及其应用浅谈

摘要:重型运载火箭对太空空间探索研究的重要的途径,重型运载火箭在很大程度上显示了一个国家的航天事业的发展程度,重型运载火箭是对太空进行研究开发的关键性技术。本文就来探讨重型运载火箭以及其应用。

关键词:运载火箭;航天事业;应用;技术

重型运载火箭是对太空进行探究的重要依托,依托重型运载火箭,人们实现了对太空资源的利用与开发,对一个国家来说具有重要的战略意义,因此越来越多的国家加入对于太空事业的探索。对于重型运载火箭的研究自然也在日程之上。重型运载火箭是有效拓展航空事业的重要保证。

1.重型运载火箭

重型运载火箭是航天事业的重要依托,人类对于太空资源的开发与探索,离不开重型运载火箭,这是一个国家综合实力发展的象征。一个国家拥有重型运载火箭是其跨向航天大国的重要保证。“运载火箭的能力有多大,中国航天的舞台就有多大。运载能力的大小,决定着空间应用水平的高低。”中国航天科技集团运载火箭技术研究院宇航部部长李同玉说,火箭的运载能力和安全性直接决定着卫星、飞行器等产品的使用效能,也直接彰显一个国家的航天实力。由此可见,重型运载火箭对一个国家的意义。

重型运载火箭需要克服诸多技术难关,并不是每一个国家都有经济与技术实力去探究,中国政府一直以来都很重视航天事业的发展,火箭研制技术与能力在经过一次次实验以后,终于越来越找到适合自己的发展方向。科学技术是一个国家的生产力,国家加大对科学技术,诸如运载火箭的投入与研究,有利于促进我们航天事业发展的同时,也能够促进国家对于太空的研究与探索,太空资源的充分开发与利用,能够很好的解决我们的能源消耗过多与利用率低的问题,新能源也能够在某种程度上替代一些不可再生资源,从而保护我们的资源,实现可持续发展。那么这一前提就是需要拥有高效能的太空探索火箭,运载火箭技术的提高能够帮助我们更好地去开拓研究。

2.重型运载火箭的应用

重型运载火箭的运用成为当前国际社会的一致关注的焦点,很多国家早早就

投入到太空事业的研究,美国和欧洲早就有过相应的太空计划,尤其是美国,太空探索研究事业一直是美国航空航天局的重要研究任务。美国曾于21世纪之处,提出过“重返月球”的计划,虽然曾遭停止,但是美国很快就实现了法案规定在2011年开始研制重型运载火箭,而于2016年投入使用。而当前日本也已经在重型运载火箭的研究上取得了一定的成效,这对航天事业一直处于发展中的中国是一个比较大的压力与挑,目前中国与美国以及日本等国的重型运载火箭的研究技术还存在一定的差异,这就需要中国持续不断的进行重型运载火箭的研究。

要说到重型运载火箭的运用,还是有很多方面的作用的,首先就是载人登月,中国关于载人登月的计划,是分为两步的,一步是在2025年发展近地轨道运载能力,充分研究与利用重型火箭运载技术,尽快的实现2-3人的月球探索活动,第二步,是在2030年以后,发展基于大直径、大推动力发动机技术的重型运载火箭,以实施多人的月球探索活动。这是中国对于中国重型运载火箭发展的良好愿景。月球探索计划的实现,就依托于重型运载火箭的技术的发展。因此,国家还应该加强对于重型运载火箭的积极探索工作。

其次就是探测火星,对于火星的探索,几乎成果国际社会共同感兴趣的话题。近年来已经有很多的无人火星探测器,在对火星进行的观测,这样的无人火星探测器,是需要严格的数据测算,这样的数据测算需要经过很多年的观察,才能够产生真实有效的数据,以对重型运载火箭的吨数有一个良好的计算。火星探测器发射条件随发射黄口变化而变化,每26个月出现一次。除了无人火星探测器的发射,对于载人登入火星的研究也是需要不断进行探究。经过初步的计算,采用七次重型运载火箭加上一次载人火箭的发射,就能够很好的开展载人登入火星的能力,这七次分别是首先是四次重型运载火箭的分别发射,采用LEO和环火轨道交会相结合,然后是两次重型运载火箭的发射,这次采用的是LEO交会,将具备31t的火星上升级和18t火星返回级送入环火轨道的能力。然后是一次重型运载火箭的发射和一次载人火箭的发射。这样来说的话,载人登火星也是有进一步实现的可能的。

除此之外,还有就是空间太阳能电站的充分利用。空间太阳能电站近几年一直受到人们的关注。通过细密的计算表明,只有通过重型运载火箭才有可能实现空间太阳能电站的建造,因为只有重型运载火箭才能够将其送入到近地运行轨

道。一旦空间太阳能电站建设成功,这将对我们的太阳能发电的开发与利用提供了较好的保障,解决了中国资源能耗大的问题。

3.结语

重型运载火箭在航空事业的发展中还是起到不小的推动作用的,重型运载火箭在太空资源开发和探索中有着多方面的应用,中国对于重型运载火箭的探索还是需要进一步加强,提高航空事业的实力,才能够提高国家的综合实力。

参考文献

[1]何巍,刘伟,龙乐豪.重型运载火箭及其应用探讨[J].导弹与航天运载技术,2011(01)职称论文服务qq814312568.

[2]李桢.载人火星探测任务轨道和总体方案研究[D].国防科学技术大学,2011.

范文六:漫话大重型运载火箭 投稿:郭躤躥

太空发射系统(SLS)的设计概念图

  运载火箭是把各种航天器送入空间轨道的运载工具,它是人类克服地球引力进行宇宙航行的重要手段。换句话说,火箭是天地往返的运载动力装置,其运载能力决定一个国家的航天能力。在运载火箭家族中,大型、重型火箭代表着一个国家的最高科技水平,是国家综合实力的体现。

  经过几十年的努力,美、俄、中等国相继推出了自己的大重型运载火箭或新的研制方案。据报道,中国新一代大型运载火箭――长征五号计划于今年在海南文昌卫星发射中心进行首次发射;美国新一代运载火箭――太空发射系统(SLS)近日对其火箭助推器进行了一次成功的试验发射;无独有偶,俄罗斯新一代重型运载火箭也将在今年确定最终方案。那么,什么是大重型运载火箭?人类研制成功过哪些大重型运载火箭?研制大重型运载火箭有何重要意义呢?

  运载火箭的分类

  按照运载能力划分,运载火箭分为小型、中型、大型和重型4类。由于各国运载火箭技术发展阶段的不同,所以对运载火箭的规模定义划分也是不同的。

  在我国,一般将近地轨道运载能力为2吨及其以下的火箭称为小型运载火箭;近地轨道运载能力为2~20吨的火箭称为中型运载火箭;近地轨道运载能力为20~50吨的火箭称为大型运载火箭;近地轨道运载能力为50吨及其以上的火箭称为重型运载火箭。

  2014年12月19日,印度研制的GSLV-MK3火箭成功进行了亚轨道飞行试验,该型火箭近地轨道运载能力达到10吨、地球同步转移轨道运载能力达到4吨。虽然印方将GSLV-MK3称为重型火箭,但按上述标准,它其实与我国长征二号E、长征三号乙同属于中型运载火箭。

  2014年12月23日俄罗斯成功发射的安加拉A5火箭,与我国正在研制的长征五号B火箭能力相当,同属于大型运载火箭,还不能算作重型运载火箭。安加拉A5发射重量达到773吨,近地轨道的最大运载能力达到24吨。长征五号B运载火箭是长征五号系列里近地轨道运载能力最大的火箭,达到25吨,将用来发射重量约20吨的未来中国空间站的核心舱。

  重型运载火箭争雄 最后一枚土星五号火箭用于发射阿波罗17号飞船

  直至目前,世界上只有美、苏两国研制过重型运载火箭。土星5号运载火箭是美国发射阿波罗载人登月飞船用的动力装置,也是世界上首次成功使用的第一种重型运载火箭。发射前,飞船安装在火箭的项端,加上逃逸塔整个系统高达110米,总重达3200吨,完全是一个庞然大物。

  土星5号火箭自身高度85米,最大直径为10.1米,可把127吨重的人造地球卫星送入近地轨道,能把50吨重的飞船送入奔月轨道,乃是迄今为止世界上已经投入使用的推力最大的运载火箭。发射阿波罗飞船时,自下而上的一、二、三级火箭逐级工作。高为42米的一级火箭,中心是一个以煤油和液氧为推进剂的F-5发动机,周围捆绑着4个同样型号的发动机。发动机上面是装有2000多吨煤油和液氧的推进剂贮箱,还有推进剂输送系统。煤油是燃烧剂,液氧是氧化剂。发射时5台发动机同时点火启动,产生3500多吨的推力。工作两分半钟使火箭和飞船达到每秒2.7千米的速度并处于60多千米的高空后一级火箭脱离。5台J-2型发动机组成的二级火箭点火工作,其推进剂用的是400多吨的液氢和液氧,推力达521吨,可工作6分多钟。当其完成任务脱离时火箭和飞船速度达到每秒6.8千米并进入180千米的高空。随即由一台能多次启动的J-2型发动机构成的三级火箭点火工作,它产生的推力为102吨,分两次点火。当其推进剂耗尽而船箭分离时,速度可达到每秒10.8千米,最终能把飞船送上预定的奔月轨道。

  土星5号火箭共进行了13次发射,全部成功,曾把12名航天员送上月球。这对于零部件达500多万个的重型运载火箭来说,简直就是一个奇迹。在冷战的大背景下,土星5号火箭主要针对阿波罗载人登月任务的单一需求而研制,因此在阿波罗计划结束后,土星5号火箭就被送进了博物馆。

  在美国宣布实施阿波罗计划后不久,苏联也制定并开始实施自己的载人登月计划,N-1火箭就是苏联为实现载人登月而研制的重型运载火箭,但遗憾的是,由于前4次飞行试验全都失败了,导致该计划提前告终。

  根据设计,N-1火箭呈锥形,总高度105米,起飞推力约4626吨,近地轨道运载能力约100吨。由于N-1火箭没有使用高性能的液氢液氧推进剂,且在高纬度地区发射,能够利用的地球自转速度较小,因此其运载效率受到了影响,虽然起飞推力超过了土星5号火箭,但运载能力却比土星5号火箭低了不少。

  能源号运载火箭则作为苏联的重型运载系统得以成功发射,其近地轨道的最大运载能力为105吨。该火箭在1988年把暴风雪号航天飞机送上了太空,但后来苏联停止了航天飞机计划,加之该火箭运载能力太大,找不到用武之地,后来就被俄罗斯政府取消了。但从能源号火箭的发动机发展出的天顶号火箭仍在服役。

  长征五号火箭家族

  长征五号系列运载火箭分为6种构型,用字母A~F表示。其中构型A、B、C为捆绑着助推器的一级半火箭结构,主要用于发射近地轨道航天器;构型D、E、F为捆绑着助推器的二级半火箭结构,主要用于发射高轨道航天器。其中构型D为基本型。 长征五号火箭通过多种组合形成不同的构型   长征五号采用模块化设计,火箭各组成部分对应不同的模块:芯一级对应5米直径火箭芯级模块,芯二级对应5米直径火箭上面级模块,3.35米直径助推器对应3.35米直径火箭助推级模块,2.25米直径助推器对应2.25米直径火箭助推级模块。4种基础模块根据不同方式搭配再加上整流罩等火箭部件就形成6种不同构型的火箭。

  长征五号E运载火箭是长征五号系列中最大的火箭。该火箭采用二级半构型,由整流罩、5米直径的芯级和4个3.35米直径的助推器构成。火箭全长63.2米,起飞质量850吨,地球同步转移轨道的运载能力将达到14吨,可能被用于发射中国返回式月球探测器。

  长征五号运载火箭是中国新一代运载火箭中的主力军,其发射平台正在海南文昌发射场组装调试。与长征三号系列运载火箭相比,长征五号有很多新特性,比如运载能力大、无毒无污染、可靠性高、投入产出比更大。长征五号还有一个特点:系列化、通用化、组合化,一种火箭多种构型,具有较全的各级推力火箭体系,适应能力更宽。此外,长征五号的最大起飞重量可达784.5吨,有效载荷大,近地轨道载荷达25吨。长征五号未来主要用于深空探测和登月计划,包括嫦娥五号卫星的发射。

  中国已于2011年制定了重型运载火箭的方案,近地轨道的运载能力为100吨,通过模块的重组可以达到125~130吨,计划2028年首飞。

  新一代大重型运载火箭 完成总装的长征五号运载火箭近日正式亮相,它是我国在研运载能力最大、尺寸最大的火箭。

  美苏的重型运载火箭之争随着冷战的结束而落幕,但新一代大重型运载火箭的开发又被提上了日程。

  为了进行载人登陆火星和小行星的任务,美国于2011年确定了新一代太空发射系统(SLS)的设计,包括研制太空发射系统重型运载火箭和猎户座载人飞船。初期的太空发射系统全长97.5米,起飞质量2495吨。3台液氢液氧发动机外加2台固体助推器,提供了高达3810吨的起飞推力,比发射阿波罗载人登月飞船的土星5号火箭的起飞推力还高了10%。不过太空发射系统初期使用的低温上面级发动机推力太小,只具备将70吨的有效载荷发射送入轨道。

  最终版本的太空发射系统全长122米,起飞质量增加到2948吨。第一级将改用5台液氢液氧发动机,上面级直径也增加到和芯级一样的8.4米,发动机为1~3台大推力的J-2X低温发动机,能够将130吨的有效载荷送入太空预定轨道。有了如此强大的火箭,就可以将各种深空探测器送入更遥远的宇宙空间,探索太阳系的各个角落。

  为了重振雄风,俄罗斯正在研发安加拉运载火箭系列,最新的安加拉A5大型运载火箭已于2014年12月23日发射成功。未来还可能研发近地轨道最大运载能力达到35吨的安加拉A7大型火箭,以及近地轨道运载能力可达110吨的安加拉100重型火箭。根据规划,运载能力为80~85吨的重型火箭将于2028年首次执行探月任务。

  【责任编辑】庞  云

范文七:我国的运载火箭 投稿:何漁漂

我国的运载火箭

中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。1964 年6月29日,中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后,即着手研制多级火箭,向空间技术进军。 经过了五年的艰苦努力,1970年4月24日“长征1号”运载火箭诞生, 首次发射“东方红 1 号”卫星成功。中国航天技术迈出了重要的一步。现在,“长征”系列火箭已经走向世界,享誉全球,在国际发射市场占有重要一席。

长征系列火箭

“长征1号”运载火箭

“长征1号”运载火箭是一种三级火箭,主要用于发射近地轨道小型有效载荷。火箭全长29.86米,最大直径2.25米,起飞重量81.6 吨,起飞推力112吨,能把 300千克重的卫星送入440 公里高的近地轨道。1970 年4月24日,长征1号运载火箭成功地将“东方红1号”卫星送入预定轨道,奠定了长征系列火箭发展的基础。

“长征1号D”运载火箭是“长征1号”火箭的改进型。 主要的改进有:提高一子级发动机推力;提高二、三子级性能;采用“平台-计算机”全惯性制导。经过改进,“长征1号D”火箭可以发射各种低轨道卫星,并已投入商业发射。

长征二号系列运载火箭C、D、E

“长征2号”运载火箭

“长征2号”运载火箭是中国的航天运载器的基础型号。在“长征1号”的技术基础上,发展了“长征2 号”、“长征3号”和“长征四号”系列运载器。 “长征2号”火箭是一种两级火箭,全长31.17米,最大直径3.35米,起飞重量 190吨,能把1.8吨的卫星送入距地面数百公里的椭圆形轨道。1975年11

月26日,“长征2号”火箭完成了中国第一颗返

回式卫星的发射任务。

改进型“长征2号C”火箭,采用了大推力

液体火箭发动机,箭长增加到35.15 米,近地轨

道的运载能力增加到2.4吨,火箭的可靠性也大

大提高。

“长征2号D”火箭,也是一种两级液体火箭。主要在“长征2号” 火箭的基础上采取增加推进剂加注量和增大起飞推力的方法,使运载能力进一步提高。火箭全长38.3米,起飞重量232 吨。

运载火箭的捆绑技术

“长征2号E”捆绑火箭,是以加长型“长征2号C”为芯级,并在第一级周围捆绑四个液体助推器组成的低轨道两级液体推进剂火箭。火箭总长49.68米,直径3.35 米。每个液体助推器长为15.4米,直径2.25米,芯级最大直径4.2米。总起飞重量461吨,起飞推力600吨,能把8.8吨至9.2吨有效载荷送入近地轨道;经适当适应性修改后,还可以用来发射小型载人飞船。

长征二号F型火箭

是中国目前唯一用于发射载人飞船的火箭。它是在长征二号E型即“长2捆”火箭的基础上,按照载人航天工程总体任务和技术指标要求而研制的。

长征二号F型火箭全长58.3米,起飞重量479.8吨,由4个液体火箭助推器和芯一级、二级、整流罩、逃逸塔组成,包括控制系统、故障检测系统、遥测系统、外测安全系统、逃逸系统、箭体结构、动力系统、推进剂利用系统、附加系统和地面设备等10个分系统。

与发射神舟六号载人飞船的那枚火箭相比,用于这次发射的火箭有36项技术改动,可靠性指标从原来的0.97提升到0.98,航天员安全性指标达到0.997,乘坐的舒适性也得到了进一步改善。

从1992年开始研制的长征二号F型火箭,是中国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的运载火箭。火箭能够安全可靠地将飞船送入预定轨道,同时,在飞出大气层之前,若出现重大故障,能按救生要求使航天员安全脱离故障危险区。

到目前为止,长征二号F型火箭已经成功地将4艘无人飞船和三艘载人飞船送入太空预定轨道,发射成功率达到100%。

长征3甲和长征3乙

“长征3号”运载火箭

“长征3号”运载火箭是在“长征2号”火箭基础上于1984年研制成功的,增加的第三级采用低温高能液氢液氧发动机。火箭全长44.86米,一、二级直径

3.35米,三级直径2.25米,起飞重量 204.88吨,同步转移轨道运载能力为1.6

吨。“长征3号”火箭的成功发射,标志着中国运载火箭技术跨入世界先进行列,是中国火箭发展上的一个重要里程碑:它首次采用了液氢、液氧作火箭推进剂;首次实现火箭的多次启动;首次将有效载荷送入地球同步转移轨道。

长征三号运载火箭是在长征二号二级火箭上面加了一个以液氢、液氧为推进剂的第三级,所用的液氢液氧发动机可以二次启动,在技术上是当时国际先进水平,是我国火箭技术发展的一个重要里程碑。1984年长征三号成功地发射了我国第一颗地球同步试验通信广播卫星东方红二号。1985年中国宣布进入国际商业卫星发射市场。1990年我国首次用长征三号运载火箭将美国休斯公司制造的亚洲一号卫星送入地球同步轨道。

此后,长征三号系列不断增加新成员,如长征三号甲(LM-3A)、长征三号乙(LM-3B),主要用于发射地球静止轨道卫星。

长征三号甲运载火箭(图25)是在长征三号的基础上研制的大型火箭,它的氢氧发动机具有更大的推力,性能也得到很大的提高,地球同步转移轨道运载能力也从长征三号的1.6t提高到2.6t。

长征三号乙运载火箭(图26)是在长征三号甲和长二捆的基础上研制的,即以长征三号甲为芯级,再捆绑4个与长二捆类似的液体助推器。长征三号乙主要用于发射地球同步轨道的大型卫星,也可进行轻型卫星的一箭多星发射,其地球同步转移轨道运载能力达到5.1t,跃入了世界大型火箭行列。

“长征3号A”火箭长 52.52米,最大直径3.35 米,

起飞重量240吨,主要运载地球同步转移轨道的有效

载荷,也可以运载低轨道、极轨道或逃逸轨道的有效

载荷。

“长征3号B”火箭是在“长征3号A”和“长征

2号E”火箭的基础上研制的大型三级液体捆绑火箭,

芯级基本上就是“长征3号A”,而助推器及其捆绑结

构则与“长征2号E”相同。“长征3号B”火箭的主

要任务是发射地球同步转移轨道的重型卫星,亦可进

行轻型卫星的一箭多星发射或发射其它轨道的卫星。

火箭长54.84米,最大直径8.45米,地球同步转移轨道的运载能力为5.0吨。

“ 长征3号C”则是在 “长征3号B”的基础上, 减少了两个助推器并取消了助推器上的尾翼。其主要任务是发射地球同步转移轨道的有效载荷,可以进行一箭多星发射或发射其它轨道的卫星。 火箭长54.84米,最大直径 8.45米,地球同步转移轨道的运载能力为3.7吨。

长征四号(LM-4)系列运载火箭

“长征4号”系列运载火箭包括“风暴1号”、“长征4号”、“长征4号A”、“长征4号B”等火箭。

“风暴1号”为两级液体火箭,主要用于发射低轨道卫星,并成功完成一箭三星的发射任务。火箭长32.57米,最大直径3.35米。1982年停止使用。 “长征4号”是在“风暴1号”基础上研制的三级常规运载火箭,作为发射地球同步转移轨道卫星运载火箭的另一方案,其后改型为 “长征4号A”,用于发射太阳同步轨道卫星。火箭长41.9米,最大直径3.35 米。

“长征4号B”是在“长征4号A”基础上发展的一种运载能力更大的运载火箭,主要用于发射太阳同步轨道的对地观察应用卫星。火箭长45.58米,最大直径3.35米。

“长征4号C”

2008年5月27日11时02分,中国在太原卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭,将中国首颗新一代极轨气象卫星“风云三号”成功送入太空。“风云三号”是中国新一代极轨气象卫星,世界气象组织已将其纳入新一代世界极轨气象卫星网。该星具有广阔的应用前景,将在监测大范围自然灾害和生态环境,研究全球环境变化、气候变化规律和减灾防灾等方面发挥重要作用。同时,也可为航空、航海等部门提供全球气象信息。专家称,“风云三号”卫星成功发射升空,标志着中国气象卫星和卫星气象事业发展,已进入一个崭新的历史阶段。

范文八:中国有望在2030年左右实现重型运载火箭首飞 投稿:钱扨扩

中国有望在2030年左右实现重型运载火箭首飞

中国有望在2030年左右实现重型运载火箭首飞 可满足载人登月需求

12月7日电12月7日,长征四号乙运载火箭在太原卫星发射中心将中巴地球资源卫星04星送入太空。至此,长征系列运载火箭实现第200次发射。中国航天科技集团董事长雷凡培接受新华社记者采访时说,中国将在未来7年内完成运载火箭的第300次发射。此外,长征五号、七号火箭也将尽快实现首飞,重型运载火箭有望在2030年左右实现首飞,可满足载人登月需求。

“运载火箭的能力有多大,中国航天的舞台就有多大。运载能力的大小,决定着空间应用水平的高低。”中国航天科技集团运载火箭技术研究院宇航部部长李同玉说,火箭的运载能力和安全性直接决定着卫星、飞行器等产品的使用效能,也直接彰显一个国家的航天实力。 对于火箭而言,运载能力、快速进入空间能力、安全性能又至关重要。随着航天技术的不断发展和进步,未来长征系列运载火箭面临着更新换代。中国已经规划了长征系列运载火箭未来的发展型谱,采用新型的无毒无污染液氧煤油和液氢液氧推进剂,构建了新一代大、中、小型运载火箭的发展序列。

雷凡培向记者透露,中国新一代运载火箭长征五号关键技术已经突破,正在进行后期的验证工作,预计2年之内在海南发射场实现首飞。长征五号近地轨道运载能力25吨,地球同步转移轨道运载能力14吨,与国际上主流运载火箭的运载能力相当,是现役的长征系列运载火箭最大运载能力的两倍左右,今后主要用于发射大吨位的近地轨道航天器,如空间站、大型低轨遥感卫星等。

此外,长征七号是中型无毒无污染的运载火箭,可以把13.5吨的有效载荷送入近地点200公里、远地点400公里、倾角42°的地球近地轨道,将承担载人航天货运飞船等发射任务,目前正处在研制阶段的末期,预计明年将进行首次飞行试验。

作为支撑载人登月任务的重型运载火箭研制工作备受关注。目前,美国、俄罗斯重启研制重型火箭。中国也在开展技术攻关。“我们计划通过四五年的时间,突破重型火箭总体设计和关键技术攻关,此后完成重型运载火箭研制,2030年左右实现首次飞行。”雷凡培告诉记者,按照计划,中国将在2016年发射天宫二号空间实验室,并在随后发射神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船与之对接,以突破和掌握航天员中期驻留、再生式生命保障以及货运飞船补加等空间站关键技术,开展一定规模的空间应用。2018年前后将发射试验性核心舱。

据悉,从1970年4月24日长征一号火箭成功将东方红一号卫星发射到近地轨道至今,长征系列运载火箭已完成200次发射。其中,完成第一个100次发射历时37年,成功率为93%。而完成第二个100次发射仅历时7年,成功率98%,高于美国和俄罗斯。

雷凡培说,得益于中国政府重视航天发展,特别是一系列重大工程的牵引,火箭研制生

产能力得到很大提升,测试程序进行改革,也缩短了发射准备时间。“特别是我们完善管理体系,把对可靠性和安全性的追求放在第一位,确保了如此高的成功率。”

国际宇航科学院授予的航天领域最高奖项冯·卡门奖获得者,原中国航天工业总公司总经理刘纪原告诉记者,中国长征运载火箭经历了由常温推进剂到低温推进剂、由末级一次启动到多次启动、从串联到并联、从一箭单星到一箭多星、从载物到载人的技术跨越,具备了发射低、中、高不同地球轨道不同类型卫星及载人飞船的能力,近地轨道运载能力达到8.6吨、太阳同步轨道运载能力达到6.2吨、地球同步转移轨道运载能力达到5.5吨,入轨精度处于国际先进水平,能够满足不同用户的多种需求。现有长征火箭还具备向月球及太阳系深空发射航天器的能力。

范文九:国外重型运载火箭发展趋势述评 投稿:金蟉蟊

第35卷第1期

固体火箭技术

JournalofSolidRocketTechnology

Vol.35No.12012

国外重型运载火箭发展趋势述评

马志滨,何麟书

(北京航空航天大学宇航学院,北京100191)

摘要:重型运载火箭发展的核心问题是总体构型方案,包括箭体直径、发动机选型及技术继承性问题。通过对国外重研究其发展特点,总结了发展趋势,即重型运载火箭由传统的串联构型向捆绑助推器构型型运载火箭发展脉络进行分析,

固体发动机的优势,实现最佳动力组合,并充分利用发展;重型运载火箭采用大直径箭体和大推力发动机;充分发挥液体、成熟技术。最后,提出我国重型运载火箭总体设计工作的相关建议。

关键词:重型运载火箭;发展趋势;总体构型方案中图分类号:V421

文献标识码:A

2793(2012)01-0001-04文章编号:1006-

Developmenttrendreviewofforeignheavy-liftlaunchvehicle

MAZhi-bin,HELin-shu

(SchoolofAstronautics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100191,China)

Abstract:Thekeyproblemofheavy-liftlaunchvehicledevelopmentistodefineitsoverallconfigurationscheme,includingstagediameterandenginetypes,aswellasthetechnicalinheriting.Thedevelopmentofheavy-liftlaunchvehiclesofforeigncoun-trieswereanalyzedwhilethecharactersandtrendsweresummarized.Thatistheconfigurationadoptsboosterconfigurationbesidesadoptslarge-diameterstagesandhigh-thrustengines,adoptstheoptimalpowercombinationwithtraditionalserialstagecombination,

meritsofbothliquidandsolidenginesandadoptsthematuretechnologies.Finally,thecorrespondingsuggestionsweregiventothedesignofheavy-liftlaunchvehiclesinChina.

Keywords:heavy-liftlaunchvehicle;developmenttrend;configurationscheme

0引言

重型运载火箭是指将起飞质量在2000t以上,或

者近地轨道(200km圆轨道)运载能力达到90~100t以上的运载火箭。该种火箭具有结构尺寸大、起飞推力大、研制和发射成本高等特点。20世纪60年代以来,美、俄(或前苏联)两国先后研制出重型运载火箭,借助重型运载火箭,人类登上月球,实现了天地往返,在人类开发利用外空资源上发挥了重要作用。进入21世纪,美国政府提出了重返月球计划,计划实施载人登陆小行星,进而实现载人探测火星计划,并提出研制新型重型运载火箭的规划设想。虽然目前这一计划

SLS),已转向航天发射系统(SpaceLaunchSystem,但新型重型运载火箭的规划设想主旨不变。

运载火箭发展规划的核心问题是总体构型方案,

包括箭体直径、发动机选型问题,同时兼顾解决技术继

承性问题。本文通过对国外重型运载火箭发展脉络进

行分析,以期找出一些趋势性规律结果,为我国重型运载火箭后续发展规划工作,特别是总体构型方案选择提供借鉴。

1国外重型运载火箭情况

迄今为止,世界上已经投入使用或计划研制的重

5号载人运载火箭[1]、型运载火箭有美国的土星-可重

[1]

1载人运载火箭、复使用的航天飞机、前苏联的N-能

[1]

5火箭[2]以及刚源号火箭、美国星座计划中的战神-[3]

刚公布的美国航天发射系统(SLS)。美、俄(或前苏联)先后研制的多种重型运载火箭的主要技术参数见

表1。

1.1土星-5火箭

5火箭是美国Apollo载人登月计划使用的重土星-

12-07;修回日期:2012-01-13。收稿日期:2011-mail:mazhibin920@sohu.作者简介:马志滨(1965—),男,博士生,研究方向为运载火箭技术发展规划、市场开发与管理。E-com

—1—

型载人运载火箭,火箭为三级结构。一子级箭体直径10.06m,1液氧煤油发动机,使用5台大推力F-单台推力达到6806kN;二子级直径10.06m、三子级直径6.6m,1台均使用液氢液氧推进剂,分别安装了5台、J-2氢氧发动机,J-2发动机单台真空推力为1030kN。

5火箭总长110.6m、土星-起飞质量2946t,起飞推力3472t,近地轨道运载能力117t,奔月轨道运载能力约47t。1957年开始研制,1967年11月成功实现首飞,共进行了13次发射,并全部成功。1.2

N-1火箭

N-1火箭是前苏联用于载人登月的重型运载火

表1

Table1

项目最大直径/m起飞质量/t起飞推力/t起飞推重比运载效率/%发动机

推进剂推力/t

700

1175土星-10.06294634721.183.97

液氧煤油液氢液氧

100

固体1720

160

火箭各级均使用液氧箭。火箭采用五级的构型方案,

33发动机捆绑组煤油推进剂。一子级使用30台NK-成,其布局为中心6台,周围24台;二子级、三子级、四4台、1台、1台液氧煤子级和五子级分别使用了8台、

油发动机。火箭呈锥形,一子级最大直径达到17m。

N-1起飞质量为3080t,起飞推力达4620t,近地轨道运载能力约为100t。该型火箭研制过程极为不顺利,4次飞行试验全部以失败告终。在美国Apollo计划率1火先实现了人类的首次载人登月后,苏联终止了N-箭的研制,并取消了载人登月计划。

国外重型运载火箭主要技术参数表

Parametersofheavy-liftlaunchvehiclesofforeigncountries

5战神-10370553521.444.31液氢液氧318

固体1634

70SLS8.38249438121.532.81液氢液氧213

N-117308046201.503.24液氧煤油740100

740

100能源号7.75222036161.634.50

液氧煤油液氢液氧

150

近地轨道运载能力/t

1.3美国航天飞机3616t。近地轨道运载能力100t。1.5

5火箭战神-5火箭是美国星座计划中研制的重型货运战神-

美国航天飞机是世界上第一种往返于地面和宇宙

空间的部分重复使用的航天运载器,按设计要求每架轨道飞行器可重复使用100次。航天飞机由轨道飞行器、外贮箱、固体助推器等3大部分组成。轨道飞行器采用氢氧主发动机,单台发动机真空推力约213t,推进剂全部贮存于外贮箱中,主发动机关机后外贮箱被抛弃,外贮箱直径8.38m;2个大型固体助推器,直径3.7m,单个助推器推力约为1315t。起飞质量约2041t,起飞推力3143t,入轨有效载荷质量约30t(不含轨道飞行器)。航天飞机共进行了135次飞行,

2011年退役。遭受2次重大事故,1.4

能源号火箭

能源号火箭是前苏联研制的一种通用重型运载火

箭,它可以运送暴风雪号轨道飞行器,还可以向近地轨道发射大型军用和民用卫星。火箭由芯级、助推器组成。芯级捆绑了4个相同的液体火箭助推器,芯级直0120氢径7.75m,安装4台真空推力1962kN的RD-氧发动机;助推器直径3.9m,每个助推器采用1台海170液氧煤油发动机,平面推力7252kN的RD-火箭全长约58.7m,起飞质量约2220t,起飞推力约—2—

火箭,采用了两级全氢氧芯级捆绑大推力固体助推器

的构型方案。芯一级、二级直径为10m,芯一级使用668B氢氧发动机,台RS-单台推力3122kN;二级使用1台J-2X氢氧发动机,推力1059kN;固体助推器直径3.7m,单台推力16860kN。火箭全长110m,起飞质量为3705t,起飞推力5352t,近地轨道运载能力160t,奔月轨道运载能力63t。1.6

航天发射系统(SLS)

5火美国奥巴马政府在终止了星座计划和战神-“2025年实现载人登陆小行星,箭研制的同时,提出了2030年载人登陆火星并安全返回”的远期探索目标。研制近地轨道运载能力130t的重型运载火箭(SLS),如图1所示。

SLS研制计划分为3个阶段:(1)第一阶段。到2017年,SLS首次执行无人环月飞行任务,火箭研制最大化地基于现有航天飞机技术和生产设施,采用航天飞机外贮箱改造芯一级+航

25D+航天飞机固体助推器的基天飞机主发动机RS-

4载人火箭上面级,础级,配以新研制的德尔它-构造

近地轨道运载能力70t的重型载人火箭。

(2)第二阶段。通过竞争,在液体助推器和固体助推器中最后选出确定的构型,到2024年实现新构型2025年执行载人登小行星任务。火箭首飞,

(3)第三阶段。到2032年,通过一系列改进,包

25E发动机、括采用改进后的RS-增加芯一级发动机2X发动机并增大规模,台数、上面级改用J-实现近地

轨道130t的最终目标

箭体直径是决定火箭运载能力最重要的因素之一,箭体直径大小决定了火箭的的规模和能力。从对国外十余种大型、重型运载火箭的箭体直径和运载能力的统计分析结果(图2)可以看出,火箭运载能力与箭体直径之间存在着接近线性的正相关关系。正是因为存在这样的关系,其突出共性特点是都使用了大直径箭体

Fig.2

Relationofcapabilityandstagediameterforlaunchvehiclesofforeigncountries

图1Fig.1

)示意图SketchdiagramofSLSofAmerica

国外重型运载火箭的另一个特点是都使用大推力发动机作为动力。使用大推力发动机可以有效减少发动机数量,降低火箭总体的复杂度,有利于提高可靠

5火箭芯一级使用5台单台推力约性。例如,土星-700t的F-1液氧煤油发动机,能源号助推器使用单台

170发动机,5火推力达740t的RD-航天飞机和战神-1火箭是个箭的固体助推器单台推力超过1000t。N-33发动机单台推力只有例外,它的一级使用的NK-154t,而火箭起飞质量达到3080t,为了达到起飞推

重比的要求,一级使用了多达30台发动机,同时为保证发动机布局空间,一级直径达17m。由于起飞时发

4次飞行试验动机台数多,系统复杂,火箭可靠性低,全部以失败告终。

(3)动力系统选择上充分发挥液体、固体发动机的优势,实现最佳动力组合

液体发动机有其性能比冲高(最高可达460s)、工作时间长、推力可调节、空中多次启动等优点,是重型火箭芯级和上面级发动机的首选;固体发动机有其密度比冲高、可靠性高、使用维护简单、研制成本低等

[5]

优点,使用在助推器上可有效降低运载火箭的规5火箭和新型航天发射系统模。美国航天飞机、战神-均采用了这种组合方式,通过这种组合还可以减少一级箭体结构,发射近地轨道有效载荷时可采取一级半构型结构,所有发动机均地面点火,以提高发射可靠性。另外,固体助推器可以回收和可重复使用,可有效降低发射成本。

—3—

2国外重型运载火箭发展特点和趋势分析

通过分析,重型火箭的构型特点和发展趋势具有

以下4个特点:

(1)重型运载火箭由传统的串联构型向捆绑助推器构型发展,以提高任务适应性美国和前苏联早期研制的重型运载火箭,如土星-5和N-1火箭,都使用了多级串联构型方案。该类火箭的优点是在同等发动机条件下系统的结构紧凑、对接结构简单、装配、运输简单、运载效率较高、所需研制时间较短;缺点是火箭需要大直径箭体结构,飞行中第二级及以后各级发动机需要高空低压点火,带来高空点火的复杂性和可靠性问题,火箭长细比大,对飞行中弹性稳定性不利,火箭拓展性不好,只能满足单一特定任务

[4]

阿波罗计划后的重型运载火箭,如航天飞机、能源

5火箭及新一代重型运载火箭SLS,战神-都采号火箭、

用了捆绑助推器的构型。这种构型可以缩短火箭长

度,稳定性好,一级半构型发射近地轨道有效载荷时,所有发动机均可地面点火,发射可靠性高,通过对助推

火箭级数或推进剂加注量的调整,可衍生出系器数量、

列拓展构型,运载能力覆盖面大,任务适应性好。

(2)重型运载火箭采用大直径箭体和大推力发动

俄罗斯的大型、重型火箭采用捆绑液体助推器构型,这与俄罗斯在液体发动机研制方面有长期的技术积累和经验,并与该领域达到了无人企及的水平有关。对于综合实力一般、也没有完全掌握液体发动机技术的国家,发展大推力固体发动机是提高火箭运载能力快捷的途径。由于固体发动机通过的一个相对简便、

增加分段数提高推力较容易,使得捆绑固体助推器构型的火箭在提高运载能力方面更具优势。

(4)发动机要充分利用成熟技术

采用成熟技术和通用组件有利于减小研制难度和风险,降低研制和发射成本,成为各国未来发展新型重1和战神-5型运载火箭的有效途径。美国在研制战神-5、4火箭的成时就充分利用了航天飞机、土星-德尔它-1的第一级与熟技术,并在此基础上加以改进。战神-5的固体火箭助推器都是在航天飞机的可重复战神-5的芯战神-使用固体火箭助推器基础上发展而来的,

6台RS-68B氢氧发动级由航天飞机外贮箱改进而来,

4火箭主发动机改进而来的。2种火是由德尔它-2X也完全相同,5的J-箭的第二级发动机J-是在土星-2发动机基础上改进的,如图3所示

。机

[6]

美国新型重型火箭SLS也是借用了航天飞机的固

25。前苏联在进行能源号火体助推器和主发动机RS-也是采用本国技术发展较为完善的液箭方案论证时,

氧煤油发动机构建液体助推器。

3结束语

(1)回顾国外重型运载火箭的演变可以看出,各国根据自身技术基础和需求的不同,在选择技术方案上各有特点,早期研制的重型火箭,主要强调满足特定任务需要的符合性;近期计划研制的重型火箭,强调技术先进性、多任务适应性和可持续性。

(2)重型运载火箭在基本型火箭论证中在运载能力上要考虑与现役火箭衔接,充分重视多任务的适应性和可拓展性,兼顾系列化发展。(3)重型运载火箭研制要根据本国的国情、技术优势和基础,要关注继承性和经济性,充分利用成熟技术,最大限度地利用现有资源,降低研制风险和研制成本。

(4)通过重型运载火箭大推力固体助推器的发带动我国固体发动机能力和技术水平整体上台阶,展,

为我国固体运载火箭发展奠定坚实的技术基础。

参考文献:

[1]《世界航天运载器大全》编委会.世界航天运载器大全

(第2版)[M].北京:宇航出版社,2007.

[2]SumrallJ.Foundationforheavylift:Earlydevelopmentsin

thearesVlaunchvehicle[R].AIAA2007-5833.

[3]佟艳春,才满瑞.美国新一代重型运载火箭发展分析

[J].国外航天运输系统动态.2011(4).

[4]《液体弹道导弹与运载火箭系列丛书》编委会.液体弹道

.北导弹与运载火箭系列丛书:总体设计(上册).[M]

Fig.3

5火箭借用航天飞机、5和战神-土星-4的关键部件德尔它-AresⅤkeyassemblyinheritspaceshuttleandSaturnⅤaswellasDeltaⅣlaunchvehicle

1991.京:宇航出版社,

[5]王之任.近代大型液体火箭发动机的特点[J].推进技

1991(4):29-35.术,

[6]HartDM.TheboeingcompanyEELV/DeltaIVfamily[R].

AIAA98-5166.

(编辑:吕耀辉)

—4—

范文十:美国ULA公司计划研制新型运载火箭 投稿:沈颈颉

1 4  

导 弹 与 航 天 运 载 技 术 

2 0 1 5 正 

质 下 降。  

一  

/   、 \一 一 控 制 指 令  

/  

4 结 束 语 

本 文提 出了一种 基 于动 态逆 的飞行 器 非线 性控 制 

量  警 

系 统设 计方 法 ,建 立 飞行器 数 学模 型 ,并给 出动态 逆 

P _统  

时 间/  

控 制器 的理 论推 导 过程 ,最 后 给 出仿真 分 析结 果 。本  文 设计 的非 线 性控 制 系统动 态 品质 好 ,跟 踪精度 高 ,   在 大干 扰存 在 的情 况下 ,不仅 能保 证系 统 稳定 ,且 具 

有较 强 的鲁 棒性 。仿真 结 果也进 一 步验 证 了该控 制 方  案 的有效 性 。  

图 4 系统输 出俯仰 角阶跃响应 曲线 ( 有干扰 )  

萋 - l  霉 

a )俯仰角 

.  

。  

献 

【 1 】 李 怡勇 , 沈 怀荣 . 无 人机 非线 性动 态逆 控制 器 的设计 研究 [ J ] . 航 天控 制 

2 0 0 7 , 2 5 ( 5 ) : 5 4 — 5 7 .  

【 2 】 L e o n a r d   N   E , G mv e r   J   G. MO DE L _ b a s e d   f e e d b a c k   c o n t r o l   o f   a u t o n o mo u s  

u n d e r wa t e r   g l i d e r s [ J ] . I E E E   J o u r n a l   o f O c e a n i c   E n g i n e e r i n g , 2 0 0 1 , 2 6 ( 1 0 ) :  

6 3 3 — 6 4 5 .  

堡 

时 间/ s  

【 3 】 L e i   K ,Z h a n g   Y, F a n   H. Ma t l a b - b a s e d   s i mu l a t i o n   o f   b u o y nc a y — d r i v e n  

b )偏 航 角 

一  

u n d e wa r t e r   g l i d e r   mo t i o n [ J ] . J o u r n a l   o f   O c e n  a U n i v e r s i t y   o f   C h i n a , 2 0 0 8 ,  

7 ( 2 ) : 1   1 3 一 l l 8 .  

\  

[ 4 ] B a c h m a y e r   R , G r a v e r   J   G, L e o n a r d   N   E . Gl i d e r   c o n r t o l   a   c l o s e   l o o k   i n t o   t h e  c u r r e n t  g l i d e r  c o n t r o l l e r  s t r u c t u r e  a nd  f u t u r e  d e v e l o p me n t s [ C ] .  

避 。  

P r o c e e d i n g s   o fOc

e ns a   2 0 0 3 . S a n   Di e g o , CA: I EE E, 2 0 0 3 : 95 1 - 9 5 4 .  

时 间/ s  

c )滚动角  图 5 系统输 出三通道姿态 角偏差阶跃响应 曲线 ( 有干扰 )  

[ 5 】 S e o   D   C , J o   G , C h o i   H   S . P i t c h i n g   c o n t r o l   s i m u l a t i o n s   o f   n  a u n d e r w a t e r  

g l i d e r   u s i n g   C F D   a n a l y s i s [ C ] . P r o c e e d i n g s   o f   Oc e a n s   2 0 0 8 . Ko b e : I E E E ,  

2 0 0 8 : 1 — 5 .  

通 过 跟踪 阶 跃 导引指 令 的 仿真研 究 表 明 :与传 统  P I D 控制 器 相 比,本 文设 计 的动态 逆 非线 性控 制 系统  具有 更好 的动态 品质 ,响应 迅 速且 跟踪 精度 高 。在 有 

【 6 】 A n t o n i o s   T , B r i n  a A   W.A d a p t i v e   l f i g h t   c o n t r o l   d e s i g n   f o r   n o n — l i n e r  a

mi s s i l e [ J ] . C o n u r o l   E n g i n e e r i n g   P r a c t i c e , 2 0 0 5 , 1 3 ( 3 ) : 3 7 3 — 3 8 2 .  

[ 7 ]   晋 玉 强 ,史贤 俊 ,王 学 宝.基 于 神 经 网络 的 B T T 导 弹 鲁棒 动 态逆 控  S J t p ] . 系 统工 程与 电子 技术, 2 0 0 8 , 3 O ( 2 ) : 3 2 7 - 3 3 0 .  

干扰 的情况下,动态逆控制系统仍有很好的性能,响   应速 度和 精度 没 有受 到影 响 ,鲁 棒性 强 ,而传 统 P I D  

控制 系 统则 跟踪 精度 变 差 ,超 调变 大 ,系 统 的动态 品 

美国 U L A 公司计划研制新型运载火箭 

美国联合发射 联盟 公司 ( uL A)执行总裁布鲁诺在 3月 2  

日接 受 采 访 时 称 : 该公司计划最早于 2 0 1 8年 淘 汰 德 尔它 4系 列  火 箭 中 除 德 尔它 4 H 型 以外 的所 有 型 号 ; 同时 为 提 升 竞 争 力 ,  

航 空喷气  洛克达 因公司提 出的 AR . 1发动机 。这 两种发动机 的  研 制成 本大 约都 需要 1 0亿美元左 右。 布鲁诺 估计 美国政府 可能 

提 供 将 近 一 半 的 费用 。虽 然 uL A公司表示 B E 一 4发动 机 为其 首 

应对空间探索技术公司 ( S p a c e X)的挑战,将研 制名为 “ 新一 

代运载系统 ( NGL S ) ”

的新型火箭 ,以接替该公司现 役的德 尔  

选 方案 , 但是最终选择 要在 2 0 1 6  ̄ 2 0 1 7 年 方能确定 。 此外 , uL A 

公司还在 与 XC O R航天、 航空喷气. 洛克达因等公司开展 NGL S   火箭上面级发动机研 究。  

( 陈允宗 供稿 )  

它 4和宇宙神 5火箭。  

NGL S火箭 的第 1 级主发动机有两种选择方案:第 1种是  U L A公司与蓝源公司正在合作研制的 B E . 4发动机 ;第 2种是 

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