书城工业技术征服太空之路丛书:火箭与长征火箭的故事
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第17章 飞向宇宙更深处(4)

“一个系列、两种发动机、三个模块”怎么理解呢?“三个模块”是指使用液氢和液氧推进剂的5米直径模块、使用液氧和煤油推进剂的3.35米直径模块和2.25米直径模块;“两种发动机”,是指新研制的50吨氢氧发动机和120吨液氧、煤油发动机;在三个模块基础上,第一步先组合制造出芯级5米直径的大型运载火箭,再根据进一步组合制造出3.35米直径的中型运载火箭和2.25米直径的小型运载火箭,从而形成地球轨道运载能力覆盖1.5~25吨,地球同步转移轨道运载能力覆盖1.5~14吨的新一代运载火箭系列。

一个系列

采用模块化组合思想,利用上述三个新研制的基本模块,再加上在“长征三号甲”系列火箭三级基础上改进设计的氢氧二子级模块,可以构成芯级使用5米直径模块的大型运载火箭系列构型,它的低地球轨道运载能力覆盖10~25吨,地球同步转移轨道运载能力覆盖6~14吨。

作为新一代运载火箭的发展重点,5米直径大型运载火箭研制成功之后将成功解决新一代运载火箭的关键技术,在3.35米模块和2.25米模块基础上可以组合出3.35米中型运载火箭和小型运载火箭,来替代现有的火箭。

两种发动机

120吨液氧煤油发动机是我国新一代运载火箭系列的基本动力构成,是我国引进先进的火箭发动机技术,新发展的高压补燃发动机,不但换用了无毒、无污染的液氧和煤油推进剂,地面比冲也比原有“长征”系列火箭一级使用的发动机提高15%。它燃烧室压力高,推力大,有利于减少火箭发动机的台数,提高动力系统的可靠性。液氧煤油推进剂具有无污染的优点和高密度的特点,并且资源丰富、价格便宜,又方便生产,是运载火箭理想的推进剂。

氢氧发动机因其无污染、高性能的特点,作为芯级发动机已被美国、欧洲、日本等国家的大型运载火箭普遍采用。使用50吨氢氧发动机不仅可以有效减小新一代运载火箭的规模,使新一代运载火箭的综合性能达到国际水平,而且从航天运载器的发展趋势看,50吨氢氧发动机及时的突破和应用,使得它在未来可重复使用运载器的研制过程中将扮演越来越重要的角色。

三个模块

新一代运载火箭系列包括5米直径模块、3.35米直径模块和2.25米直径模块以及其他组合模块。新一代运载火箭模型通过模块组合,可以形成不同的构型,来满足不同的任务需求。模块化的组合设计,能有效克服我国原有运载火箭研制中存在的“型号多、功能单一、研制重复”的缺陷,有利于达到通用化、系列化、组合化的“三化”要求。

5米直径模块采用全新的大直径技术,使用液氢液氧推进剂和两台50吨氢氧发动机,配有相应的增压输送系统和伺服机构,是新一代运载火箭的核心模块。

3.35米直径模块继承现有火箭技术,使用液氧煤油推进剂和两台120吨液氧煤油发动机。它既可作为大型火箭助推器,也可作为中型火箭的芯级。

2.25米直径模块继承现有火箭技术,使用液氧煤油推进剂和一台120吨液氧煤油发动机。它既可作为助推器,也可作为小型火箭。

无比广阔的前景

火箭研究专家对中国运载火箭发展前景做出的展望和预测是:标准化、模块化、集成化。

目前我国的每种火箭一年最多进行两次发射,因此火箭往往是单件生产。由于质量检查要求从产品中抽取一枚用于检查,小批量生产势必造成浪费。

今后我国的火箭研制应该着眼于基本型火箭的研制和批量生产,在此基础上根据每次发射任务和指标的不同进行组合和功能改进。这样不仅能提高火箭的质量,而且可以大幅度节约成本。这就好比搭积木一样,尽管都是相同的木块,却能用不同的方法组合出不同的形状来。

推进剂的改进是火箭专家关注的另一个问题。目前我国二级火箭芯级和助推器均使用四氧化二氮和偏二甲肼推进剂。这种推进剂有一定的腐蚀性和毒性,要求发射场区采取很多防污染的措施,而且火箭残骸落地后的残留推进剂也存在一定的不安全因素。改用无毒推进剂是未来火箭发展的必然趋势。

我国的运载火箭群体是由4个系列12个型号的“长征”火箭构成的。截至2008年年底,“长征”系列运载火箭已成功把50多颗国产卫星、20多颗国外制造的卫星和7艘“神舟”飞船送入太空。

新一代运载火箭需要突破120吨级高压补燃液氧煤油发动机技术,50吨级氢氧发动机技术,5米直径箭体结构设计、试验与制造技术,电气系统一体化设计以及冗余技术等多项关键技术。目前关键技术都处于积极攻关进程中。

新一代运载火箭的研制成功,不但会大幅度提高我国运载火箭技术水平,提高我国在世界航天发射市场上的竞争地位,也将为我国未来航天事业的发展打下坚实的基础。

新一代运载火箭系列适应能力强,能够满足未来30至50年国内外航天市场的需要,可以使中国运载火箭理想地实现升级换代,并推动其产业化进程,实现跨越式发展,从而全面提升中国运载火箭的国际竞争能力。

有了新一代运载火箭,不但可以发射月球探测器,实现月面软着陆,进行月面定点探测和巡回探测,以及进一步实现从月面采样返回,还可以发射火星探测器。如果我们掌握了空间交会对接和火箭空间组装的技术,还可以使用多次地基发射、近地轨道对接和环月轨道对接相结合的方案,实现载人登月。

据估计,到2015年,我国商业发射将占国际市场份额的15%,迈入世界大型航天企业集团前五。

世界高技术发展的趋势表明,航天科技是一个国家未来经济社会发展和科技进步的重要推动力量。中国航天科技集团公司第四次工作会议提出,努力把该公司建设成为国际一流大型航天企业集团,着力推进我国从航天大国向航天强国迈进。

中国航天科技集团公司负责人强调,从现在开始到2015年,是中国航天科技集团公司改革发展建设的关键时期。集团公司要积极应对太空经济时代的机遇和挑战,肩负起从航天大国向航天强国迈进和建设创新型国家的历史责任,完成好富国强军的神圣使命,把中国科技集团公司建设成自主创新能力强、科技发展水平高、产业发展能力强、军民融合程度高、国际竞争能力强、经营管理水平高的国际一流的大型航天企业集团。

作为高科技产业的“旗舰”,我国的航天科技工业始终走在建设创新型国家的最前列。经过近60年的发展,中国航天已经形成了一定的规模和基础,拥有了完整配套的科研生产体系,具备了弹、箭、星、船、器等各类航天产品的研发、生产、试验能力,国际影响力不断增强,成为世界航天领域的一支重要力量,从而使我国成功迈入了航天大国的行列。

中国航天科技集团公司自1999年7月成立以来,在党中央、国务院的亲切关怀和正确领导下,战胜了各种困难和挑战,在铸造国际一流宇航公司的探索与实践中,取得了举世瞩目的成就:圆满完成了“神舟五号”、“神舟六号”、“神舟七号”载人飞行和“嫦娥一号”绕月探测飞行任务,铸就了我国航天史上两座新的里程碑,实现了“长征”系列运载火箭100次发射的历史性跨越,取得了商业卫星整星出口零的突破。近10年来共发射了我们自行研制的43颗卫星、7艘飞船和1颗月球探测器。

在肯定成绩的同时我们也应该看到,同美、俄等航天强国相比,我国在航天基础实力、前沿科技水平和国际竞争力等方面,还存在较大差距。为此,中国航天科技集团公司出台了《中国航天科技集团公司构建航天科技工业新体系战略转型指导意见》,提出到2015年,实现以下目标:

——在宇航系统、导弹武器系统、航天技术应用产业、航天服务业四大主业领域达到国际先进水平。

——打造7个数百亿规模的大型科研生产联合体,形成10个左右主营业务收入过百亿的公司。

——国际化业务快速增长,整星出口占国际商业卫星市场10%左右,商业发射服务占国际市场15%左右,航天技术应用产业的产品出口额占其业务收入的20%左右。

——进入世界大型航天企业集团前五名。

——圆满完成国家重大科技专项阶段目标,发射空间实验室,实现月球着陆探测,新一代运载火箭首飞,第二代卫星导航与定位系统建立,高分辨率对地观测系统取得突破。

知识点火箭推进剂应具有的特性

①比冲量高;②密度大;③燃烧产物的气体(或蒸气)分子量小,离解度小,无毒、无烟、无腐蚀性,不含凝聚态物质;④火焰温度不应过高,以免烧蚀喷管;⑤应有较宽的温度适应范围;⑥点火容易,燃烧稳定,燃速可调范围大;⑦物理化学安定性良好,能长期贮存;⑧机械感度小,生产、加工、运输、使用中安全可靠;⑨经济成本低、原料来源丰富。