中國日前成功發射長征七號火箭,對比世界各國,當前中國火箭技術是什麼水平?

本文來源:網易軍事
2016年6月25日,中國長征七號運載火箭在海南文昌發射場首飛成功。
中國研製的這一全新中型運載火箭,代表了中國近60年運載火箭研製領域的最高水平。

此次發射刷新了中國航天史上的多個紀錄,開始了中國運載火箭發展的新篇章。

然而在這期間,中日火箭誰比誰強的話題,被再次被推上風口浪尖。

和美國蘇聯類似,中國航天的運載火箭也源自彈道導彈項目,直至今日,長征系列運載火箭仍然和彈道導彈血脈相連。

目前所用的長征二號系列火箭中最早的長征二號火箭,其實就是中國第一種洲際彈道導彈東風五號導彈的衍生品。

第一批次生產的6枚東風五號洲際導彈中,前2枚用於彈道導彈測試稱為東風五號洲際導彈,後4枚用於發射衛星改稱長征二號運載火箭,從這段歷史可以看出早期的東風五號導彈和長征二號火箭實際上僅有發射載荷的區別。

20世紀80年代,中國運載火箭研究院和上海航天局繼續改進長征系列運載火箭,在90年代取得了全面的突破。

為了滿足發射大質量外國通信衛星的需求,研製了捆綁式運載火箭長征二號E(CZ-2E),它可將9.2噸的有效載荷送入傾角28.5度的200千米高度圓軌道,1990年長征二號E火箭首次發射。

長征二號F(CZ-2F)火箭在可靠性方面做了更多有益的探索。長征二號F火箭是中國按照高可靠性和高安全性原則設計的第一種運載火箭,從而成為中國可靠性指標最高的火箭。長征二號F火箭設計中廣泛使用了冗餘設計和裕度設計。

針對中國工業水平不高元器件質量較差的的問題,進一步提高了元器件質量等級要求和篩選標準,箭體結構設計上提高了剩餘強度係數,所使用的發動機也加入了提高可靠性的設計。

此外還用了鈍感火工品降低火工品誤爆的可能性,從而大幅度提高安全性,在提高維護性上還研製了更有效的故障檢測系統。

中國航天事業尤其是運載火箭數十年來的成績,在發展中國家中可以說是獨一無二的。

印度迄今為止研製使用的PSLV和GSLV火箭,其同步轉移軌道運載能力分別只有1.2噸和2噸,以運載能力衡量相當於中國20年前的水平。

至於另一個發展中國家的大國巴西,甚至沒有一次成功的運載火箭發射。

伊朗成功的發射了2顆衛星,但運載火箭的技術檔次和運載能力尚不及中國長征一號運載火箭的水平。

不過這個世界上的航天列強多數是發達國家,面對美國、俄羅斯、歐洲和日本等國家,中國運載火箭的技術和運載能力就要相形見絀了。

日本宇宙開發集團(NASDA)研製的H-II型運載火箭1994年首次發射,H-II火箭同步轉移軌道運載能力約噸,近地軌道運載能力約10噸。

由於H-II火箭發射成本高昂,宇宙開發集團轉而研製新的H-IIA火箭,H-II火箭後來的連續失敗加速了這一過程,2001年H-IIA火箭首次發射成功。

H-IIA火箭使用模塊化設計,通過捆綁不同的固體助推器覆蓋主流的靜止軌道通信衛星發射能力需求,其同步轉移軌道運載能力從4到6噸不等。

為了發射國際空間站所用的H-II火箭轉移飛行器,日本進一步研製了H-IIB火箭,其同步轉移軌道運載能力達到了8噸,國際空間站軌道運載能力約16.5噸。

相比之下,中國運載火箭就要遜色得多,1997年首次發射成功的長征三號乙運載火箭的同步轉移軌道運載能力僅有5.1噸,長征二號E火箭的近地軌道運載能力僅有9.2噸,與世界主流水平拉開了很大差距。

為了追趕國際先進水平,中國航天部門展開了新一代運載火箭的研究。

其中長征五號大推力運載火箭2006年正式立項,計劃2014年首次發射。

長征五號火箭同樣使用通用化、組合化和系列化設計,以50噸級YF-77氫氧發動機和120噸級YF-100液氧煤油發動機搭配組合,引入5米直徑火箭箭體,設計方案覆蓋了同步轉移軌道運載能力6到14噸、近地軌道10到25噸的範圍。

最大運載能力達到了國外主流運載火箭的水平,但這並不意味著中國大推力運載火箭技術也達到同步的水平。長征五號火箭尤其是發動機等各種技術與發達國家仍然存在一定的差距,這是中國需要正視的現實。

中國現有的長征二號、三號和四號運載火箭的第一級、第二級設計大同小異,其主發動機是20世紀60年代開始研製的YF-20發動機及其衍生版本,YF-20發動機推力僅有75噸左右,這是製約現有長征火箭運載能力的核心因素。

中國火箭發動機技術上與其他航天強國的差距,要比運載火箭的差距更大。

長征二號F火箭第一級就需要8台YF-20發動機但近地軌道運載能力僅為8.6噸,為了實現比肩航天強國的運載能力,近地軌道運力25噸的長征五號B構型,和同步轉移軌道運力14噸的E構型第一級,都要使用2台YF-77外加8台YF-100發動機,第一級發動機數量比現有長征二號F進一步增加。

擁有大推力火箭發動機的航天強國新一代火箭則要強得多,美國重型德爾塔4使用了地面推力300噸的大推力氫氧發動機RS-68,整枚火箭只需要3台RS-68外加1台RL10B-2發動機,即可達到200千米圓軌道25噸的近地軌道運載能力。從未獲得訂貨的重型宇宙神5火箭近地軌道運載能力可達29噸。

它使用地面推力390噸的RD-180液氧煤油發動機,整枚火箭只需要3台RD-180和1台RD10A-4發動機。

國際空間站軌道運力達到21噸的歐洲航天局阿里安5ES火箭也僅需要1台火神2、2台固體助推器和1台上面級發動機,其中固體助推器推力約660噸提供了起飛的絕大部分推力。

對比美歐航天強國,中國缺少大推力高比衝的氫氧發動機,缺少大推力液氧煤油發動機和大推力的固體發動機,長征五號的YF-77和YF-100發動機仍然存在推力偏小的問題,這導致火箭設計複雜化,將降低火箭的固有可靠性。

中國著名火箭專家龍樂豪曾指出,目前,運載火箭方面,現在美俄還是領先,其後是歐空局,日本應算第二陣營中的領先者,其後是中國。

如單項排名,俄羅斯發動機水平是最高的,比如它的高壓補燃液氧煤油發動機水平相當高,氫氧發動機也不錯。

但運載火箭的綜合能力方面,美國要強於俄火箭。日本運載火箭的單項技術和美俄差不多,但規模還不及。中國在火箭發動機技術上還需要繼續努力。



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