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起飞质量530吨!第一款固液混合动力运载火箭:长征六号甲

时间:2022-06-17 20:10  作者:admin  来源:未知   查看:  
内容摘要:六年前,一款形似大号导弹的新型运载火箭以前所未有的三平一快(水平组装、水平测试、水平运输、快速发射)测发模式亮相。它就是长征六号,这是一款三级串联构型火箭,高度29米,最大直径3.35米,起飞重量103吨,起飞推力1188千牛,700公里太阳同步轨道运力1

  六年前,一款形似大号导弹的新型运载火箭以前所未有的“三平一快(水平组装、水平测试、水平运输、快速发射)”测发模式亮相。它就是“长征六号”,这是一款三级串联构型火箭,高度29米,最大直径3.35米,起飞重量103吨,起飞推力1188千牛,700公里太阳同步轨道运力1吨,在长征系列火箭家族中只能算是小个子,仅比半个世纪前首飞的长征一号火箭略大。

  然而,就是这样一款小火箭却拉开了我国新一代无毒无污染运载火箭全新发展时代的大幕,长征六号火箭测发周期短,采用全新结构形式、全新动力系统、全新电气系统等诸多创新技术,该火箭首飞至今已实施8次入轨发射任务,取得了八战八捷的全胜战绩,火箭虽小意义却是非凡的,它所承担的一系列使命任务中最为关键的就是验证YF-100新一代大推力高压补燃液氧煤油发动机。

  在长征六号基础上,后来长征七号、长征五号、长征五号乙、长征八号、长征七号甲等新一代运载火箭接连问世屡挑各类重大宇航任务的大梁,经该型火箭验证的YF-100液氧煤油发动机无愧于金牌动力的美名,迄今为止该型发动机在所有发射任务中皆出色地完成了自己的使命,从没有任何一次火箭发射失败是因为YF-100发动机故障导致。

  运载火箭的运力有多大,航天舞台就有多大。而发展运载火箭则必然是动力先行,经过一系列宇航任务的历练,以YF-100液氧煤油发动机、YF-115液氧煤油发动机、YF-77氢氧发动机为代表的新一代火箭发动机装备也逐渐步入成熟期,有了先进的动力就等于有了生力军,于是基于各类运载需求研制的新一代运载火箭也将如雨后春笋般地接连问世。

  本月上旬,航天科技集团发布了我国航天科技活动蓝皮书,其中披露今年2022年集团公司全年宇航发射次数将继续保持50+高密度发射态势,长征六号甲、捷龙三号等新一代火箭将实施首飞。

  长征六号甲正是长征六号的改进衍生产品,抓总研制单位是航天科技集团八院,该院与航天科技一院是长征系列火箭仅有的两家抓总研制单位,在上一代长征系列火箭产品中两家单位可以说是平分秋色,但是在新一代运载火箭产品型谱中这种平衡正在被打破。

  长征五号、长征七号、长征八号三大系列火箭皆由航天科技一院抓总研制,且皆已实现飞行应用,航天科技八院虽然也参与其中,但毕竟不是主导力量,而截至目前在新一代火箭产品中,由该院抓总研制投入飞行应用的产品却只有长征六号。

  因此全新构型的长征六号甲就被航天科技八院寄予了更多希望,因为该型号事关八院在运载领域的后续发展。为此他们为该型火箭首飞任务定下了18字方针,即“一切为了成功、一切服务成功、一切保障成功”。

  长征六号甲虽然是长征六号的改进升级型号,但二者的体量却完全不是一个量级。该型火箭高度达到了约50米,采用二级半构型,起飞级配备4台2米直径两分段120吨级推力固体燃料助推器(单枚助推器重70吨),一子级直径3.35米,动力也由长征六号的1台YF-100液氧煤油发动机升级为2台,二子级直径3.35米,配置1台YF-115液氧煤油发动机,火箭整流罩可以在3.35米、3.8米、4.2米、5.2米四种直径规格中基于任务需求灵活选用。火箭采用“一平两垂”测发模式,即水平转运、垂直组装、垂直测试。

  整流罩包络尺寸的增大,进一步增强了火箭多任务适应力、一箭多星发射能力。火箭起飞级存在固体燃料助推器与液体燃料一子级并联状态,因此长征六号甲将是我国首款固液混合动力火箭,如此设计可以充分发挥固体动力推力大、时间短,液体动力推力稳、比冲高的优势。

  起飞级固液混合在国外已经有数十年的发展历程,相较于纯液体火箭只是技术路线的不同。如今航天科技八院选择了这样一条技术路线,其意义是丰富完善我国运载火箭的产品谱系。另外,固体动力也有着相较于液体动力更低的制造成本,利于商业航天的发展。

  在4台120吨级推力固体燃料助推器加持下,长征六号甲起飞推力达到了7230千牛,起飞质量约530吨,700公里太阳同步轨道运力大于4吨。可执行太阳同步轨道、低轨道、中圆轨道等多种轨道的发射任务,支持单星发射、多星发射、星座的组网和补网发射,如有需要也可执行天宫空间站中小型货运飞船发射业务。还可通过增减助推器数量获得多种变体构型,以适应不同的运力需求。

  长征六号甲测发周期不超过14天,入轨精度设计指标相较于现役火箭提升30%~40%,同时具备精确控制子级残骸落点能力,落区范围相较于现役火箭缩小70%以上。

  对比前型火箭长征六号,长征六号甲的体量是其5倍有余,起飞质量甚至比长征三号乙火箭还要大,这样一款火箭不再属于小型火箭范畴,而是跻身于中型运载火箭之列。

  长征五号、长征五号乙、长征六号、长征六号甲、长征七号、长征七号甲、长征八号……新一代运载火箭产品可谓是琳琅满目,也有人发问,为什么我们的火箭型号需要这么多呢?会不会造成重复建设的情况?

  这不仅不是重复建设,恰恰是长征系列火箭在掌握核心动力技术基础上,进入运载火箭自由王国发展新阶段的表现。

  新一代运载火箭基于模块化、组合化、系列化发展理念,可以根据不同运力需求快速推陈出新,比如长征五号凭借14吨级地球同步轨道转移运力跻身同类火箭世界前三甲,能够以一箭多星的方式发射大质量高轨卫星,去掉二子级的长征五号乙又能发射更大规模的载人航天舱段,长征七号甲可以弥补7吨级高轨运力空白。

  这时可能有人要举例猎鹰九号,这是一款通过起飞级回收复用实现低成本发射的火箭,然而这款火箭通常只能发射大吨位载荷,对于小卫星也只是拼单发射,而拼单发射并不能将卫星送入理想的设计轨道,由此产生的运输需求依然需要其他运力等级的火箭,因此美国航天至今也仍然无法由猎鹰九号火箭一统江湖。

  即便未来星舰通过增强轨道机动能力,实现更高效的不同轨道面的多星发射能力,我们也要去纵向观察美国航天的发展历程。

  在猎鹰九号、猎鹰重型、星舰诞生之前,美国航天与如今的我们一样,有着琳琅满目的火箭产品型谱,仅宇宙神-5系列火箭就有两位数量级的变体构型型号,这还不包括其他系列的火箭,乃至航天飞机。

  美国航天也正是在经历了众多火箭型号的发展之后,积累了大量的新型发射技术,比如无人值守、智慧火箭。

  类似技术也已经或即将在长征系列的新一代火箭中加以应用,长征八号已经验证了智慧火箭的部分技术,比如在火箭推力异常情况下,自主解算出一条运力优化轨道,并将载荷送至该轨道,而不是像以前传统火箭那样,遇到这种情况就只能宣布发射失利,进一步提高了任务成功率。

  长征六号甲将具备火箭推进剂加注至正常发射阶段的“塔架无人值守”,提高了任务实施过程中的安全性,此项技术未来也将在921新一代载人运载火箭中应用(这是一款载人登月火箭);同时,长六甲一子级配置发动机诊断系统,该系统可在火箭起飞前检测发动机状态,提高任务可靠性。

  去年长征系列火箭实现了48次发射48次成功的全胜战绩,年度发射成功率高达100%,宇航任务高成功率靠的从来不是运气,而是技术底蕴的积累。

  接下来,长征六号系列火箭型谱还将进一步完善,旨在实现一子级垂直回收复用功能的长征6X已经立项,航天科技一院也有一款正在研发的同类型火箭“长征8R”。近日在“近地轨道载人航天发展展望与合作研讨会”上进一步披露了,921新一代载人火箭的一子级垂直回收方案,以及基于带翼再入+系绳网方式回收的中国版星舰方案。

  我们的航天爱好者通常比较善于横向对比,而单纯横向对比是机械的,也是错误的,我们应该树立横向对比+纵向对比的对比理念,只有这样才能接近事物发展的本源。

  半个世纪前,当大洋彼岸45吨级阿波罗飞船实施载人登月任务之际,我们发射质量仅0.173吨的第一颗人造地球卫星还没有上天,起点差距之悬殊远超今时今日,在当时的世界航天梯队中也只能敬陪末座。

  如今,我们已经成为位列全球航天发射次数榜冠军的航天大国,玉兔二号月球车与祝融号火星车更是使我们成为人类有史以来唯一同时在两颗地外星球拥有星球车的国家,当今世界现役唯一由一国独立承建的载人空间站“天宫”也将在今年完成在轨组装建造,各类应用卫星业务更是呈井喷式发展态势。上述种种不能不说这是一个奇迹。

  量的积累对于当下是正在进行时,这是一个崭新的趋势,对于中国航天而言也是迎来大发展高增长难得的历史机遇。

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