比星艦更大!推力首超6000噸,一級引擎又增4台,長征九號又變了

科普大世界 發佈 2024-04-10T22:18:56.388852+00:00

長征九號超重型火箭又有新設計了!最新版本的一級引擎又增加4台,推力已增加到6000多噸。

長征九號超重型火箭又有新設計了!最新版本的一級引擎又增加4台,推力已增加到6000多噸。

長征九號是目前我國服役和立項在研的火箭中最大的一款,無論是箭體還是推力,都遠超其他任何型號的火箭,其設計的初始指標為,總質量超4000噸,推力超5800噸,可以發射100噸以上的近地太空飛行器,50噸以上的月球軌道太空飛行器,未來它將承載我國近地軌道大型太空飛行器、大型深空探測器的發射,月球基地建造乃至登陸火星的重任。

長征九號的設計版本變化,簡直要讓人眼花繚亂了,早期的時候還是傳統的捆綁構型,但即便捆綁構型也經歷了多次改進,助推器直徑從3.35米到5米多次變化,發動機也不斷改進。然而到了2021年時,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公布了一個不要捆綁助推器的光杆構型,激起了航天愛好者們的熱烈關注。

上圖中三種高大的火箭都是長征九號的不同版本,右一的小火箭是長征五號。

長征九號光杆構型的火箭總體上和美國曾經的土星五號、蘇聯時代的N1火箭,以及馬斯克的星艦很相似。但之後這一構型又經歷了多次變化,高度、直徑、所用燃料、發動機型號以及發動機數量都在不斷變化中,去年11月份的第14屆珠海航展上以大型模型的方式展出過長征九號火箭的構型,是和星艦一樣的上下一樣粗的光杆構型,不再是之前龍老PPT上公布的三級火箭為直徑7米構型的樣式了,而且安裝有格柵舵,說明一級火箭走向了可重複使用的道路。

相對於早期的四助推構型版本的長征九號,這兩年出現的多版本光杆無助推構型的長征九號變化非常大。完全可以說它是又一種超重型火箭了,或者說它是一種新型的超重型火箭。

2023年2月28日,龍樂豪院士最新的PPT又一次修改了長征九號的構型,這次的修改版本是在南京理工大學演講時公布的, PPT資料顯示,火箭上下直徑基本一樣,都是10.6米,高度有114米,發射質量為4369噸,起飛推力為6118噸。

發動機方面,一級火箭配備30台200噸級液氧甲烷發動機,二級火箭配備兩台200噸級液氧甲烷火箭發動機,三級火箭配備一台120噸級液氫液氧火箭發動機,地月轉移軌道運力可達35~54噸。近地軌道運力可達100~150噸。

這和去年11月份珠海航展上公布的版本又不一樣了,雖然才過去了三個多月,主要變化在發動機引擎上,之前版本長九的一級火箭是24台推力240噸的液氧煤油發動機,推力大致為5873噸,而這次的版本是30台液氧甲烷發動機,引擎數量上增加4台,推力高達6118噸,說明推力增加了245噸。這也是長征九號火箭版本演變中首次出現一級推力超過六千噸的構型。

上次版本的二級火箭為4台推力120噸的氫氧補燃發動機,總推力為480噸,這次用了兩台200噸級的液氧甲烷發動機,推力下降了80噸,但是由於一級火箭的推力增大了,可以給二級和三級火箭增加速度或高度,那麼二級火箭的推力也是可以下降一些的了。

三級火箭為1台推力120噸的氫氧補燃發動機,這個沒有變化。

實際上在上次公布的長征九號版本中,雖然是採用了液氧煤油發動機,但是龍樂豪院士也表示了要預研液氧甲烷發動機,說明後者應該是更理想的選擇,現在直接說是用液氧甲烷發動機,也說明這種發動機的設計和研發都有了新進展,而且龍樂豪院士也在南京理工大學的演講中表示了研發這種200噸級的液氧甲烷發動機已經沒有技術瓶頸,研製生產應該是很快的,其PPT中說最新款設計的長九所用的液氧甲烷和液氧液氫兩型發動機都已經經過了全系統短程熱試車,不過前者的消息還沒有看到新聞報導!

之所以會有多款長九構型,其實也體現了我們在超重型火箭的研製方面務實推進和不斷創新的思路和做法,不過鑑於這兩年來長征九號新設計版本的不斷變化,2023年2月28日龍樂豪院士公布的新版長征九號很可能還不是最後一版,今後可能還會有改動,但是可以從這些版本中找出來一些追求目標,那就是經濟實用,發射效率更高,安全性更高,可重複使用,而這次新加了一個設計目標是更智能。

可能朋友們已經發現我國的長九火箭越來越像馬斯克的星艦了,一級和二級使用的都是液氧甲烷發動機,一級火箭發動機數量都是30台級別,而且都能重複使用,從設計理念上來看,我國的長九也可以稱為是「中國版星艦」了。

目前世界在研的超重型火箭主要有三款,分別是我國的長征九號,美國宇航局的SLS太空發射系統,馬斯克spaceX公司的星艦,而俄羅斯的葉尼塞火箭和安加拉超重型火箭基本處於停止研發狀態,前三者中進度最快的是美國的SLS太空發射系統,但是這款巨型火箭正面臨著誕生即落後的情況,將來美國的超大型太空飛行器發射市場或將為星艦所壟斷。

據馬斯克已經透露的消息,星艦的一級火箭可以安裝29~41台液氧甲烷火箭發動機(測試版為29台,實用版為33台,後續最大推力版本為41台),目前這種發動機每台的推力可達230噸,所以新建的起飛推力相當可觀,可達6670~9430噸,可見星艦的推力十分澎湃,這也體現了馬斯克星艦設計團隊敢於開拓,大膽創新的科創精神。

我們在承認差距,奮力追趕的同時,也要敢於打破常規,將火箭設計的更合理,更安全,更經濟和更智能。其實我國的長九箭體是要比星艦更大的,後者直徑是9米,而長九的最新設計是10.6米,比它多了1.6米,那麼理論上講,長征九號一級火箭將可以安裝更多的發動機,最多甚至可以在50台以上,而液氧甲烷發動機的推力也可以不斷的通過優化設計提升的,如果也能增加到230噸,那麼長征九號甚至可以成為人類歷史上首台超過萬噸級推力的火箭。

這裡再說一下長征九號的研發狀態,實際上早期四助推構型版本的長征九號很多的部件都已經研製完畢,包括500噸級的液氧煤油發動機,10米直徑的火箭貯箱、箭體大底、連接環和整流罩等,目前已經接近於將部件總裝就能造出火箭了。所以,如果有相關發射任務的話,四助推構型的老版長征九號很可能在近年內被製造出來使用,而新版光杆式長征九號仍將繼續研發,成功後代替四助推構型老版長征九號,預估新版將在2030年之前完成首飛。

參考資料:

《南京理工大學鐘聲新聞網》3月1日文章《中國工程院龍樂豪院士來校講座》

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