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长征九号放弃消耗型全面研发回收技术,中国登月还要多久?

最近几天中国航天领域可以说就像是过年一样,频频放出大招。首先,珠海航展上两枚新型长征系列运载火箭模型的亮相,一枚是已经立项并且有所进展的长征五号登月型,简称CZ5-DY。另外一枚则是龙乐豪院士透露过的长征九号2021版。这两款火箭模型的亮相并不简单,它们的出现意味着中国航天登月计划已然提上了日程。

除了运载火箭的曝光,在发动机上也迎来了巨大突破。11月5号,由我国航天6院自主研制的液体火箭发动机YF-130整机试车成功,这台发动机单机推力达到了500吨。是我国研制的最大推力的火箭发动机,是现役液氧煤油发动机的4倍。这台发动机的试车成功意味着我国在运载火箭运力上将有重大突破。

除了500吨级的YF-130,我们还在为“八年九机”而奋斗。接下来,我们一起展开聊聊珠海航展上的新型运载火箭,它们的参数及未来的任务,还有“八年九机”是哪九机。

奔向深空

中国航天科技集团董事长吴燕生在20大期间展望了未来我国的航天计划,他表示;进入新征程,中国航天将在三个方面发力创新。一是进一步提高中国进入空间的能力,将对现役运载火箭进行更新换代研制新一代载人运载火箭和重型运载火箭。二是继续实施航天重大工程,如进行载人月球探测、月球科考基地的建设、火星采样返回,实施小行星探测等。

可以看出,未来我们的目标就是奔向更远的深空。执行深空探测和载人登月甚至登火都需要大推力运载火箭的支持,长征五号登月版以及长征九号就成为至关重要的一环。

在嫦娥五号任务圆满完成之际,我国的探月工程第一阶段也完美落幕,在第二阶段中,我们将进行更全面的探测,为载人登月和月面科研站打基础。长征五号登月版就是为载人登月而研发的。

·长征五号登月版

长征五号登月版,原名是流传已久的921运载火箭,也就是新一代载人运载火箭。新一代载人飞船的是基于搭载新一代载人飞船而设计的。新一代载人飞船主要用于载人登月任务,登月版将达到25吨。想要把25吨重的大家伙送往地月转移轨道,目前长征系列的运载火箭还没有可以胜任的,强如长征五号也仅仅能将25吨重的载荷送往近地轨道。所以,921运载火箭的提案出现在大众视野。

新一代载人飞船支持载人登月目的而研发,全长约9米,最大直径4.5米,最大发射重量25吨。在充分继承我国载人航天工程已有技术的基础上,它在结构、推进、回收、能源、热控、电子、人机交互和可重复使用等方面采用了一系列先进技术,使飞船具备高可靠、高安全、低成本和宜居的特点。在前期将用于载人登月任务,未来可能会基于低成本、可重复使用等优势,大空间用于近地轨道商业载人航天和近地轨道货运任务。

新一代运载火箭(长征五号登月版-921)是根据我国载人航天工程发展规划,为发射我国新一代载人飞船/月面着陆器而全新研制的高可靠、高安全的载人运载火箭。火箭全长约 90米,起飞重量约 2187 吨,采用三级半构型,箭体直径5米,捆鄉2个5米直径通用芯级,可将27吨有效载荷直接送入奔月轨道,或将70吨有效载荷送入近地轨道,是我国航天强国建设的重要战略支撑预计 2027年具备首飞条件。

为什么不用长征九号?

介于美国阿波罗计划中的土星五号超重型运载火箭,在起初我国也是设想通过研发超重型运载火箭一体式发射载人飞船以及登月舱。但我国在产重型运载火箭的研发基本处于空白,并且当时提出设想的时候,大推力发动机的进展也比较滞后。所以,介于综合考虑选择了与美国阿尔忒尼斯计划相同的方案,发射两枚运载火箭分别发射载人飞船和登月舱。

当然,这种方案并不是因为没有超重型运载火箭而向下妥协的方案。长征五号登月版除了可以加速载人登月的进程之外,还可以填补25吨—80吨之间的运力空缺。还可以用于未来月球基地或月球空间站的舱段运输任务,是一枚多功能的运载火箭。

·长征九号

长征九号运载火箭是我国正在研发中的第一枚超重型运载火箭,它将是继土星五号、N1、SLS发射系统后有一枚超100吨级的运载火箭,起初是计划用于我国载人登月计划的运载火箭,目前已被长五登月版代替。

长征九号,我国研发的第一款150吨级庞大巨兽。今天主要介绍两款主流的长征九号构型,基本型和“光棍型”。

目前曝光的长久构型都是龙乐豪院士的PPT里曝光的。

光棍型长征九号:光棍型长征九号重型火箭模型首次在这次珠海航展上亮相。光棍型重型运载火箭全长延至110米,最大直径10.6米,比NASA的SLS发射系统和SpaceX的星舰更大更长,起飞质量4122吨,起飞推力5200吨。近地轨道运力150吨,地月转移轨道运力50吨。光棍长九的一级火箭采用24台推力240吨的液氧煤油发动机,二级火箭为4台推力120吨的氢氧补燃发动机,三级火箭为1台推力120吨的氢氧补燃发动机,同时表示了应该预研液氧甲烷发动机,说明将来可能会用这种发动机替换液氧煤油发动机。这个跟龙乐豪院士的PPT出入不大,龙院士的版本采用26台甲烷发动机。

除了推力的曝光,长征九号光棍版的可回收性也得到了证实,这次长征九号的模型中出现了栅格舵,这是在火箭一级返回时控制箭体姿态和起到一定减速效果的。这也就意味着光棍型长征九号会是一枚可重复利用的超重型运载火箭,对标SpaceX的星舰。航天科技集团一院火箭总体设计师刘秉介绍,重型运载火箭的运载能力比我国现役运载火箭更大,它将使我国空间探索能力大幅提升,对于月球和火星探测以及更远的太阳系探测起到更大作用。

光棍型的长九是提出长九设想的最新版,也就是龙乐豪院士PPT中的2021版-2022版,而在次之前的几款捆绑式长九则是2011版的衍生品,被成为基本型长九。

基本型长征九号:基本型的长九采用捆绑式设计,是长征家族标志性的设计。10米的芯级加四枚助推器。一级采用500吨级的YF-130液氧煤发动机,这款发动机已经整机试车成功。二级火箭采用220吨级的YF-90液氧液氢发动机。三级则是25吨级的YF-79高空氢氧发动机。基础款似乎不用过多介绍,就在发文前馆长看到了一则采访,将取消消耗型长征九号的研发。

据《太空新闻》报道,中国已经正式宣布了这一方向。该出版物引1用了中国运载火箭技术研究院总设计部主任刘冰本周接受中国中央电视台的采访。他证实,完全可消耗的长征9号的计划已被取消。相反,目前的设计在第一阶段具有网格鳍片,没有侧面助推器。刘说,目标是开发一种具有可重复使用的第一级的大型火箭,能够向低地球轨道运送150吨,向月球运送高达50吨。刘说,设计过程仍然不稳定,有几个技术挑战有待解决。其中一个设计决策可能涉及推进。

目前这两款新一代的运载火箭能够确定的是长征五号登月型是已经正在设计并且加速研发中的。长征九号的最终设计还没定下来,但各项基础的技术已经开始进行,例如发动机。

“八年九机”计划

八年九机很好理解,从2021年-2028年八年九款发动机。

11月5日随着一声巨响,YF-130型500吨级液氧煤油发动机首次整机试车成功!该型发动机配置有全球最大的“补燃循环发动机推力室”。起初,这款发动机应该是搭载在长征九号的一级上,为长九起飞作为初始动力。但长九的消耗型取消了,YF-130的用处目前并不明确,也许将来长九的消耗型重新立案也是有可能的。

YF-130的整机试车成功,一跃成为了目前推力最大的液氧煤油发动机。这也是八年九机中,九台发动机推力最大的发动机。

除此之外,其他八台发动机是:

200吨级全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机、220吨分级燃烧循环液氧液氢发动机、360吨级补燃循环液氧煤油发动机、大推力补燃循环常规发动机、85吨燃气发生器循环液氧煤油发动机、80吨级燃气发生器循环液氧甲烷发动机、8吨补燃循环常规发动机、25吨闭式膨胀循环液氧液氢发动机。

其中,200吨级的全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机、220吨分级燃烧循环液氧液氢发动机和25吨闭式膨胀循环液氧液氢发动机在未来将搭载在长征九号上。

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