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李会超:新一代火箭悉数报到,上一代火箭还将坚守岗位
最后更新: 2021-01-02 09:42:35不过,并非所有的航天器重量都能达到“国之重器”级别,一型火箭的运载能力如果和卫星等航天器的实际需求脱节,就会陷入没有卫星客户使用的尴尬境地。美国SPACE X公司研发的猎鹰重型火箭是目前现役火箭中运载能力最高的火箭。但是由于其运载能力机不能满足载人登月这一标杆航天任务的需求,又超出了目前大部分卫星的需要,因此首飞成功后的两年多年内仅进行过1次商业发射。而同一时期生意不断的,还是运载能力相对较小的猎鹰9型火箭。
(新一代火箭模块化组合示意图,摘自《中国运载火箭技术的成就与展望》一文)
因此,当解决了运载能力上限的有无问题后,还要解决上限以下、对于不同重量的航天器的运载能力覆盖问题。新一代运载火箭在设计时,采用了模块化、通用化的设计思路,通过不同模块的组合,可以形成适应不同任务的运载能力。执行嫦娥五号、天问一号等高轨深空航天器发射任务的长征五号,在去掉第二级、换装大型整流罩后,就变成了更适于低轨载人航天任务的长征五号B。而长征五号的助推器和长征七号的第一级基本相似,是新一代火箭中的3.35米模块,安装有两台YF100发动机。长征七号的助推器变成一颗独立的火箭后,就成为了发射方式机动灵活、靶场准备时间极短、适合发射微小卫星的长征六号。
在2013年的一篇论文中,中国火箭技术研究院范瑞祥等科技人员对长征七号经过模块化组合的运载进行展望时,提出了以长征七号3.35米模块作为第一级的16种火箭构型方案。不同构型的助推器种类数量、芯二级发动机选型有所不同,有些构型还添加了第三级。今年首发不幸失利的长征七号改在这篇论文中被列为CZ-734构型,而现在实际使用的长征八号是这篇论文中提出的CZ-722(HO)构型。按照这篇文章的估算,长征七号各种构型可以覆盖近地LEO轨道2.0-13.5吨、太阳同步轨道1.0-8.5吨、GTO同步转移轨道1.2-7.0吨的运载能力,具有较高的灵活性。
对哪个构型的运载能力需求最迫切,就可以利用已经由标杆任务验证过的模块,快速组合研发出那种火箭构型。比起新一代火箭中的其他型号,长征八号这种“编外”型号的研制时间很短,从立项到首飞仅花了三四年的时间,足见模块化技术对火箭研制带来的改变。 而之所以这种构型的火箭能率先转正,则是因为于太阳同步轨道的3-4.5吨航天器的发射需求十分旺盛,但3吨已经是上一代主要用于太阳同步轨道卫星发射的长征4号系列火箭运载能力的天花板。长征8号火箭的成功首飞,成功的填补了长征火箭在这一领域的运载能力空白。另一种由CZ-734构型“转正”的长征七号改,也是为了填补处于长征三号乙和长征五号运载能力之间的5.5-7吨GTO轨道发射的空白。这个重量范围内的大型通信卫星近年来所占比例逐渐加大,发射需求越来越高。
上一代长征火箭还会继续工作
当新一代火箭悉数亮相后,上一代长征火箭是否会很快消失在我们的视野中?笔者认为,答案是否定的。首先,新一代火箭已有的构型还无法覆盖上一代火箭的运载能力范围,如果现在全部“下架”上一代火箭,将使一些中型载荷失去发射工具。
长征二号、三号、四号家族的诸多火箭型号,根底上都可以溯源到东风5型洲际弹道导弹,有着诸如使用有毒燃料等诸多固有的局限。但通过长期的技术改进和任务验证,它们在所覆盖的发射能力范围内已经形成了较高的可靠性。其中,长征2号乙和长征3号甲火箭还因其出色的表现,获得了“金牌火箭”的称号。而长征2F火箭,则是唯一一种能够满足载人任务可靠性要求的火箭。此外,新一代火箭采用了全新的总装转运模式和燃料,除了文昌发射场外,其他几个发射场的设备尚不具备保障长征五号、长征七号的新一代大型火箭的能力。长征七号具备运输到全国所有发射场的可能,但要发射这种火箭,酒泉、太原和西昌发射场的设备需要进行规模较大的升级改造。
(上一代火箭一般采用在发射工位总装的准备方式,而新一代火箭则是在总装厂房中总装完成后再转运到发射工位。)
在长征八号首飞太阳同步轨道几天后,12月27日,长征4号丙火箭将遥感十三号卫星送入了太阳同步轨道。可预见的是,未来几年内,这种新老火箭并肩完成航天任务的场景将成为常态。同时,新一代火箭的各种构型也会按需求逐步“上线”,完成替代上一代火箭的工作。
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