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見習騎士 | 2011-10-15 11:27:36

        我在以前的博客文章�,提到過現有長征火箭的落後,這是個很尷尬但卻是冷冰冰的現實。航天工業和其他的工業部門不同,即使在技術最發達的美國,也從來沒有形成依靠自身造血的良性循環,世界各國航天工業都靠政府的大規模投資維持。人窮誌短,我國曾經有過國防投資大幅削減的歷史,巧婦難為無米之炊,也自然難以希翼航天工業在技術上如何先進。不客氣的說,我們的火箭技術和主要航天強國差了一代,當然,如果航天列強算上印度,那倒是有個做伴的。
       這其中,主要是發動機的落後,長征火箭的發動機,來自於東風5號的YF-20及其變種,航天一院現在給了很多花哨的名字,DaFY5-1,DaFY6-2,DaFY20-1,其實都是一個的馬甲及其組合,作為1960年代開發的發動機,在那個時代,對比歐洲和日本,都不算落後,不過現在看起來,就很差了。航天一院在長三乙http://www.calt.com/zycp/yzhj/200703181313154a301a.asp的官方頁面中,提到了比沖,海平面比沖2556.2牛*秒/千克,真空比沖2922.57牛*秒/千克,對比歐空局火神2的真空比沖4223牛*秒/千克或是日本宇宙開發機構LE-7A的真空比沖4312牛*秒/千克,實在性能天地之別。就以推力來說,740千牛(約折合75噸)的推力,對比即使是新一代發動機中推力偏弱的LE-7A或是火神2,也分別是1120KN和1340KN,也差了很多。發動機比沖和推力落後,要想得到同樣的運力,就要付出大得多的代價,運載火箭的性能也自然好不起來。
        新一代的長征5號火箭立項時間是在2006年,和H-IIB相比也沒早什麽。長征5火箭的技術核心,是航天6院開發的新一代發動機YF-100和YF-77。YF-100高壓補燃液氧煤油發動機的技術可以追溯到蘇聯的RD-120,在1990年代引進了RD-120的技術上,通過逆向工程摸清了高壓補燃發動機的設計原理,以此為基礎,開發出了新的YF-100大推力高壓補燃液氧煤油發動機。YF-100地面推力1199.19千牛,真空推力1339.48千牛,真空比沖3286.2牛*秒/千克。對比國外的液氧煤油高壓補燃發動機,如俄羅斯的NK-15/33,RD-120,RD-170/171/180/191來說,算是很中規中矩的指標,比沖適中,推力其實也算不上大,但是對於第一次涉獵高壓補燃發動機開發的中國來說,其實很難得了,畢竟是第二個開發高壓補燃液氧煤油發動機的國家;
        YF-77燃氣發生器循環液氧液氫發動機則是獨立開發的技術,由於我國材料機械基礎工業落後和開發推力氫氧發動機固有的高難度,對比同類型發動機,YF-77發動機指標只能用慘不忍睹來形容。地面推力509.60千牛,真空推力699.52千牛,真空比沖4177.6牛*秒/千克,推力算起來只有火神2的一半略多,比沖略低,在對比兩型發動機開發的年代,"大推力"三個字實在說不出口。不過敝帚自珍,對比以前只有78.5千牛真空推力的YF-75發動機來說,也是一個很大的進步。
      話說回來,發動機上仍然有很大差距是相對於美俄而言,對比歐空局和日本宇宙開發機構,在發動機上,我國已經趕了上來。如果一定要糾結於沒有分級燃燒的氫氧發動機的話,把YF-100改為氫氧發動機並沒有技術上的大障礙。我國第一型氫氧發動機YF-73,就是YF-23肼類發動機直接改為氫氧燃料的;分級燃燒循環的技術在YF-100已經有了工程驗證,大推力氫氧機在YF-77上也有了工程驗證,再有蘇聯人NK-33改用液氫燃料的先例,以YF-100為基礎發展出一型比沖略低於推力相近於LE-7A的分級燃燒的氫氧發動機是輕而易舉的事情。等到2013年最晚2014年,長征5號或是小型的長征6號首飛後,面對發動機上曾經落後於日本的歷史終於可以釋然了。
      長征5號的規劃是采用模塊化的設計,應對地球低軌道10~25噸,同步轉移軌道6~14噸的運力需求,設計上是很不錯的構型。對比老式長征火箭地球低軌道最大運力8噸多(長征3乙用於低軌道發射可以達到11.2噸,但是從來沒有使用過),同步轉移軌道只有5.5噸的運載能力,長征5號有了本質的提高。對比其他航天列強的主力運載火箭,如美國EELV計劃的Delta4和Atlas5,俄羅斯的Angara,歐空局的Ariane5,運載能力基本在伯仲之間,比之日本宇宙開發機構的H-IIA/B運載能力要高了50%左右。在運載能力上,長征5號出現後,我國再次回到航天列強的行列�,只留下日本和印度做伴了。
      未來探月計劃小三步繞落回中的第三布也就是自動采樣返回探測器,未來的大型空間站20噸級核心艙段,未來類似美國KH-12鎖眼的大口徑高分辨率光學偵查衛星,都需要長征5號發射。長征5號服役後,我國也將擁有阿�安5(Ariane5)一樣的一箭雙星發射同步轉移軌道通訊衛星的能力。一箭雙星分離技術上難度不大,問題在於現代靜止軌道通訊衛星重量都在3噸以上,一般都是4噸多甚至很多5噸重的,我國更新一代的東方紅6通訊衛星,更是可能達到6噸以上重量,沒有10噸以上的同步轉移軌道GTO運載能力,無法實現通訊衛星的一箭雙星發射。一箭雙星能力意味著長征系列火箭商業競爭能力的增強,對於已經發射過30顆國外衛星的長征系列火箭來說,在商業競爭上將如虎添翼。此外,面對登陸月球的熱潮,我國火箭專家龍樂豪老先生本著節儉費用的原則,還提出過一次發射3枚長征5號火箭,采用環月對接方式,進行短期載人登月探測的建議。從技術上看,這是一個很省錢的方案,不過中國航天人的夢想,遠不止於蜻蜓點水的登一次月,當然這就是後話了。

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