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打造中國新一代運載火箭
(2005年08月25日 09:53:29)
來源︰《太空探索》
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□作者: 何 柳
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人類的生存環境,在邁過了陸地、海洋、天空之後,已進入了第四環境,即外層空間。隨著航天科技的發展,發射衛星、載人航天、深空探測這人類登天三部曲已清晰地展露在世人面前。然而,仔細審視這三部曲,哪一步都離不開一個基礎——進入空間的航天運載器。航天運載器在本質上屬于廣義的交通運輸工具,就像在天路上迅馳的汽車,它的重要性首先在于它從根本上拓展了人類活動的空間。如果說空間是一個大舞台的話,那麼運載火箭的能力有多大,人類在空間舞台的表演範圍就有多大。正基于此,世界各航天大國均把奪取空間優勢作為航天領域的首要任務,而大力發展先進的特大運載技術已被確立為保持領先水平、提升大國地位的重要戰略部署之一。這些國家在已有眾多大型運載火箭的情況下,仍然繼續加大對運載火箭技術的投入,加快新型運載火箭的研制,其大型運載火箭技術的發展速度超乎尋常,形勢咄咄逼人。
今年3月16日,一個將對中國航天發展產生深遠影響的會議——中國新一代基本型運載火箭方案論證報告評審會在北京召開。中國新一代運載火箭已經在“孕育”之中。中國的航天運載火箭目前在世界上處于一個什麼樣的形勢?為什麼中國也要搞新一代運載火箭?新一代運載火箭會是啥模樣?記者近日就這一系列問題采訪了參與方案論證的我國火箭專家、中國工程院院士、中國運載火箭技術研究院運載火箭系列總設計師龍樂豪。
問︰中國的長征系列運載火箭目前在世界上處于一個什麼樣的態勢?
答︰中國的長征火箭面臨著十分嚴峻的局面。雖然能基本滿足高、中、低軌道不同航天器發射的需要,但沒有能力發射我國未來的空間站和大噸位衛星,更不利于參與今後國際商業發射的角逐。
問︰中國為什麼也要搞新一代運載火箭?究竟新在哪里?
答︰面對如此嚴峻的形勢,我們認為,我國運載火箭繼續在現有3.35米直徑基礎上研制新型運載火箭,低軌道運載能力超不過14噸,其高軌道運載能力超不過7噸,在運載能力上沒有更大的發展余地,也不符合當今運載火箭技術發展的趨勢。因此,迫切需要研制新一代大推力運載火箭,在運載技術上進行創新和突破,為國家爭得更多的自主進入空間的能力。
問︰新一代運載火箭是個啥模樣?
答︰我認為可以用“一低兩高三先進”來概括“孕育”中的新一代火箭的特點。
所謂“一低”,就是低成本。
新一代運載火箭遵循“一個系列、兩種發動機、三個模塊”的總體發展思路,全面貫徹“三化”即“系列化、組合化、通用化”設計思想。三個模塊是指直徑分別為5米、3.35米、2.25米的火箭模塊,兩種發動機是指氫氧發動機和液氧/煤油發動機,一個系列是指用三個模塊形成新一代運載火箭的基本型,再以基本型為基礎,通過助推器和上面級的不同組合,形成新一代運載火箭系列化型譜。
實行“三化”設計,可大大節約研制成本,縮短生產周期,有利于火箭的批量生產,可以最大限度地滿足未來繁重的發射任務的需要。同時,新一代運載火箭將采用新的材料,使用新的生產工藝,這些材料和工藝與傳統材料和工藝比,成本將大幅降低。從設計上看,新一代運載火箭不只追求先進性,而更加注重可靠性。例如,新一代火箭采用非共底結構貯箱,與傳統的共底貯箱相比,簡化了制造工藝,提高了安全性,也降低了成本。又如現在火箭的控制、遙測、外測等系統各用各的電源,而新一代火箭的電氣系統實行一體化設計,統一箭上的供配電。新一代火箭的運載能力比較大,可以實現一箭多星的發射,也可以大大降低單星的發射成本。新一代運載火箭將采用新的測試流程,縮短發射準備時間。現在的火箭發射隊伍大的多達300多人,準備時間有的長達50多天,而發射隊在發射場每天消耗的費用都相當可觀。采用新的測試流程後,發射準備時間將大大縮短,參與發射的人員將大大減少,節省的費用也將相當可觀。此外,新一代運載火箭研制將采用新的管理模式,通過實施“成本工程”,改變過去那種以科研生產為中心的管理模式,打造出全新的以成本和利潤為中心的管理模式。
所謂“兩高”,就是高可靠性和高安全性。
新一代運載火箭的高可靠性體現在四個方面。一是火箭總體構型低軌道采用一級半,即一級芯級火箭加上助推器;高軌道采用二級半,即二級芯級火箭加上助推器,比現在的長征火箭減少了一級。火箭級數越少,可靠性越高。二是在設計上采用全系統冗余設計,火箭即使出現單點故障,也不會對全箭安全造成嚴重影響。三是火箭點火發射采用牽制釋放裝置,點火後由故障診斷系統對發動機及箭上電系統工作情況進行診斷,只有火箭各系統工作正常,牽制釋放裝置才按指令工作,將火箭釋放起飛。采用牽制釋放裝置可大大提高發射可靠性,即使發射終止也能將損失減小到最低程度。四是火箭可靠性設計指標大大提高,達到0.98,而現在的長征系列不載人火箭可靠性設計指標為0.93。
高安全性也體現在四個方面。一是新一代火箭的氫氧發動機和液氧/煤油發動機采用的是無毒、無污染的推進劑,有利于環境保護。二是采用沿海發射場。由于我國現有的三個發射場都位于內陸地區,火箭發射航區和落區的範圍大,很難選擇在無人的區域,即使經過努力,也很難完全避免落區人員和財產損失。選擇沿海發射場將徹底解決這一問題。三是采用遠距離、自動化發射體系,發射指揮控制中心離發射台1.5千米以上,萬一發射失敗可避免造成人員傷亡。四是發射前火箭推進劑采用循環預冷,這樣既簡化了發射程序,也提高了安全性。
所謂“三先進”,就是運載能力大、適應性強、技術領先。
按照設計方案,未來的新一代運載火箭近地軌道最大運載能力為25噸,地球同步轉移軌道最大運載能力為14噸,接近國際主流火箭的水平。新一代火箭可實現多軌道、多星發射,既可發射近地軌道、太陽同步軌道衛星,也可發射地球同步軌道衛星,而且可以實現一箭發射多顆不同軌道衛星,體現了較強的適應性。衡量運載火箭技術性能的最常用參數是火箭的運載系數,即運載能力與起飛質量之比。按照設計方案,新一代運載火箭基本型的運載系數為1.77%,僅次于日本的H-2A火箭的1.79%,體現了技術上的先進性。
問︰中國新一代運載火箭的名字現在已經有了嗎?
答︰雖然新一代運載的火箭的名字目前還沒有確定,我個人對“長征”這個響亮的名字情有獨鐘。雖然未來的新一代火箭與長征系列火箭有質的不通,但我仍主張新一代運載火箭繼續沿用“長征”這個名字,例如用“長征五號”之類。因為長征火箭作為一個品牌,已經成了中國火箭的代名詞,並已深入人心,沒有必要另起爐灶。
最後,龍樂豪院士充滿激情地說,無論從哪個方面講,新一代運載火箭的研制都勢在必行。中國是一個大國,中國人早晚有一天會向月球、火星進軍,而新一代運載火箭是中國人征服太空必不可少的一個階梯,也是最重要的空間基礎設施之一。 |
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文章作者:何 柳
責任編輯:skylook
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