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921工程:我们也曾提出中国的重型猎鹰火箭,可惜未被选中

讲武堂2020-05-21 08:35:15

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美国重型猎鹰腾空而起,其实当年我们也曾有个机会


2018年马斯克的重型猎鹰火箭首飞成功,这种液氧煤油动力的模块化重型火箭物美价廉,吸引了全世界的关注,它的成功也将对世界航天发射格局产生巨大的冲击。现在美国联合发射联盟已经坐不住了,反复强调下一代火神火箭的最强型号运力比现有重型德尔塔4火箭还要高30%,欧洲和日本也在分别研制阿里安6和H-III火箭应对猎鹰火箭的冲击。重型猎鹰冲击波余震未消,再对比长征五号的失利,我们中国航天处境比较尴尬。然而,很少有人知道,我们曾和自己的重型猎鹰火箭擦肩而过。


921论证了多种方案,最保守性能最差的CZ-2F脱颖而出,只为省钱


时间倒退回30多年前,863计划正式启动,863计划的七大领域之一就是航天技术领域,我国计划在航天领域重点发展两个主题:大型运载火箭和天地往返贝博app体育系统,以及载人空间站系统及其应用。863计划就打算发展大型运载火箭和载人空间站,分别成立了对应的专家组进行讨论。经过数年的争论,虽然1988年筛选的6个方案中5个是航天飞机/空天飞机,但最后我国还是立足国情选中了唯一的一个载人飞船方案,这就是后来的神舟飞船。1992年载人航天921工程正式启动,那么运载火箭怎么办呢?


新火箭基本型号,一个煤油模块加一个氢氧模块,运力11吨可用于发射飞船


围绕大型运载火箭的预研,1993年-1997年我国开展了大型运载火箭方案论证工作,但在完成论证报告之前,早在1992年上海航天技术研究院就提出了一个极为先进的模块化大型运载火箭家族方案,它使用液氧煤油和液氧液氢发动机,通过通用化、系列化、组合化的设计思想,以两种模块组成了一个运力从11吨到70吨的运载火箭家族,其中运力70吨级的运载火箭设计,和今年首飞的重型猎鹰火箭神似,曾几何时,我们原来和自己的重型猎鹰擦肩而过啊。


从左到右依次为CZ-2F、CZ-2EA、新火箭基本型和新火箭E型


上海八院的模块化方案包括两种模块,使用120吨级液氧煤油发动机的一级模块和使用50吨级液氧液氢发动机的上面级模块,它们都使用4.5米直径,这是我国火车能贝博app体育的极限!液氧煤油模块装有4台120吨推力的发动机,空重20吨加注后全重306吨,液氧液氢模块装有1台50吨推力主发动机和4台总推力4.6吨的游动发动机,空重7吨加注后全重57吨。通过两种模块的排列组合,一个煤油模块加一个氢氧模块的基本型号具备11吨的近地轨道运力,可以用于发射飞船;一个煤油模块捆绑两个通用煤油模块做助推器(CBC构型)的A型号运力22吨,可以用于发射空间站;B型号将氢氧模块改进后用于起飞推进,构成一级半的火箭构型,8台120吨级液氧煤油发动机和2台50吨级液氧液氢发动机,这就是现在长征五号B火箭的前身,但30吨运力可就高多了;C型号不仅捆绑两个通用煤油助推器,还增加了一个氢氧上面级,近地轨道运力达到了38吨;此外还有捆绑4个通用煤油助推器的D型号和捆绑6个通用煤油助推器的E型号,近地轨道运力分别为48当年和70吨!


火箭E型堪称中国的重型猎鹰火箭,模块化加交叉输送,运力可达70吨!


航天迷可能会惊奇,这些方案运载系数好高啊!其实无须大惊小怪,当年上海人就提出要使用推进剂交叉输送技术,这是马斯克的重型猎鹰吹了好几年却最终放弃的技术,至少能带来17%以上的运力提升。另外,煤油模块质量比高达15(306/20),达到了同期美国宇宙神5火箭一级的水平,氢氧模块质量比8.1(57/7),也达到了美国德尔塔4火箭上面级的水平。既然如此,这些新火箭构型运载系数高理所当然。猎鹰九号和重型猎鹰火箭使用了过冷液氧和煤油,通过超贝博网站多少和贝博网站多少增加推进剂密度,当年上海八院的工程师们走得更远,他们还打算在氢氧模块中使用过冷液氢(slush hydrogen),将氢预冷到三相点进一步提高密度,这时液氢都呈现浆状,这样一来氢氧模块质量比能从8.1进一步飙升到9以上,运载系数和运载能力进一步提高。利用E构型重型火箭和过冷液氢上面级,足以支持大型载人飞船和登月舱的地月转移,从921工程的载人飞船和空间站发射无缝对接载人登月发射!


现在空间站进度受到CZ-5B火箭的拖累,载人登月的CZ-9立项难,如果当初选择了另一条道路呢?


时过境迁,我们拥有成熟的长征二号F载人火箭,还有发射货运飞船的长征七号火箭,但长征五号火箭遭遇了一次失败的打击,而未来的长征九号火箭更别说载人登月立项更是步履维。面对当下的形势,从故纸堆里翻出当年的方案,20多年后对比猎鹰火箭的成功,更显示出前辈们强大的洞察力和预见力。虽然当初921工程选择了最保守的长征二号F火箭,但前辈们的奇思妙想还是令人神往不已。




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