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国外现役大型运载火箭一览

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2016年11月3日晚,我国新一代大推力、高可靠、无毒无污染运载火箭长征五号发射成功。长征五号研制与发射成功将对构建我国新一代无毒无污染运载火箭型谱发挥重要的牵引和辐射作用,使我国运载火箭整体技术水平向前迈进一大步,是我国由航天大国逐步迈向航天强国的重要标志。

长征五号为我国运载火箭升级换代里程碑工程,其发射成功标志着我国运载火箭规模成功实现由中型到大型的跨越。也标志着我国由航天大国迈向航天强国步伐加快。长征五号将进入由美国的“宇宙神”-5、“德尔塔”-4,俄罗斯的“质子”-M、“安哥拉”-5,欧洲的“阿丽亚娜”-5,日本的H-2系列运载火箭为代表的大型运载火箭市场。

据新华网报道,长征五号运载火箭实现了我国液体运载火箭直径由3.35米至5米的跨越,采用5米直径芯级,捆绑4枚3.35米直径助推器,全长约57米,起飞重量约870吨;具备近地轨道(LEO)25吨级、地球同步转移轨道(GTO)14吨级的运载能力,比现役火箭地球同步转移轨道运载能力提升了2.5倍以上。

在航天飞行中,运载火箭是现在乃至将来很长一段时间内能够将有效载荷送至外太空中的最有效的工具。长征五号是我国新一代大型运载火箭,那么什么样的火箭才能称之为大火箭呢?

大型运载火箭基本内涵

基本分类 按照运载能力划分,运载火箭分为小型、中型、大型和重型四类。由于各国运载火箭技术发展阶段存在差异,即使同一国家的不同历史阶段,对运载火箭的规模定义也不尽相同。

在我国,一般将近地轨道运载能力2吨及以下的火箭称为小型运载火箭,近地轨道运载能力2~20吨的火箭称为中型运载火箭,近地轨道运载能力20~50吨的火箭称为大型运载火箭,近地轨道运载能力50吨级及以上的火箭称为重型运载火箭。

根据美国航空航天局的分类,运载火箭共分为5个级别,分别是探空火箭、轻型运载火箭、中型运载火箭、重型运载火箭、超重型运载火箭。探空火箭一般是指用于大气环境研究,通常仅具有进入地球亚轨道飞行的能力,轨道高度距地面35~300千米;小型运载火箭近地轨道运载能力为2吨;中型运载火箭近地轨道运载能力在2~20吨;重型运载火箭近地轨道运载能力为20~50吨;超重型运载火箭近地轨道运载能力大于50吨。

中国和美国等西方国家对于运载火箭的基本分类是一致的,只是名称叫法略有差异。

德尔塔IV型运载火箭发射

美国德尔塔IV型运载火箭发射

技术难点 运载火箭可以说是当今世界尖端的工业产品之一,而大型运载火箭则更是尖端中的尖端。大型运载火箭的研制、开发和制造涉及学科之广,涉及要求之高都是前所未有的,在材料、设计、工艺、研发、制造等方面都有着非常高的水准,可谓是当今工业界之冠,其中涉及的大尺寸箱体焊接、大尺寸整流罩可靠解锁、大集中力载荷扩散问题、高参数发动机底壳段防热、管路线路、推进装置、飞行控制装置、通信装置都是有着极高的要求。所以说,大型运载火箭的研制对国家工业体系的要求非常严格,大型运载火箭也从一个侧面反映了一个国家的工业实力和综合国力。其中有2个难点尤为突出。

难点一是大型运载火箭总体设计技术。大型运载火箭的总体设计是一个多学科多领域的综合应用,它需要以基础科学和技术科学为基础,运用系统工程、仿真建模等现代设计理论和方法,综合航天领域各学科的专业技术,协调各分系统设计和试验,已完成最终设计。在现代先进科学技术和工业的基础上,总体设计技术已发展成为一门新兴的工程技术,它是航天工程的重要组成部分。火箭高速飞行过程中,其结构及各种设备的工作环境恶劣,剧烈的震动、冲击、噪声、过载和加热,对大型运载火箭的结构和电子元器件提出了苛刻的要求,这需要以空气动力学、固体力学、材料学、电子技术等为基础,经过较长周期的研制和试验才能攻克这些技术难题。除了这些技术难点外,还要考虑经济性、通用性、适应性、可靠性等等。而相应的运载火箭总体设计师更是需要对各个子系统和相关技术工艺有足够的掌握,其培养周期更长。这些无形中从各个方面增加了大型运载火箭总体设计的复杂性和难度。

难点二是大型运载火箭动力系统设计技术。液体火箭发动机是航天发射的主流,构造上比固体发动机复杂得多,主要由点火装置,燃烧室,喷管,燃料输送装置组成。目前,国内外大型运载火箭的发动机更是清一色的大推力液体发动机,主要是因为液体火箭发动机的比冲高,推力范围大,工作时间较长,能反复起动,能控制推力大小等优点。大推力的液体火箭发动机主要使用偏二甲肼/四氧化二氮、液氧煤油和液氢液氧三种燃料体系。比冲是衡量发动机性能的重要指标之一,其数值越大表示燃料的效能越高,偏二甲肼/四氧化二氮组合的比冲为348秒,液氧煤油组合的比冲为347秒,液氢液氧组合的比冲达到了457秒,从中我们可以看到液氢液氧发动机的优势。

低温发动机火箭使用低温液体为推进剂,一般为液氢和液氧。这类火箭燃料质量最轻,比冲强劲、容易调节,而且较为环保,目前只有美国、俄罗斯、中国、法国和日本拥有该技术。但是,氢氧火箭发动机研制的技术难度较大,西方国家凭借技术优势,在这方面具有领先地位。美、俄、日、欧都有各自独立的大推力氢氧发动机型号,其最大推力都在100吨以上。美国的“土星”-5号火箭的F-1发动机,进行了高达20万秒的地面试车台燃烧测试,苏联能源号火箭的RD-170发动机,也进行了10多万秒的地面试车台燃烧测试,在反复的燃烧测试中不断优化发动机各项参数,缓解不稳定燃烧现象。

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(1)个小伙伴在吐槽
  1. 今年还有重型猎鹰
    匿名2017-02-22 16:13 回复