運載火箭的能力有多大 航天的舞台就有多大

美國東部時間2018年2月6日15時45分，經過數次推遲之後的Space-X(太空探索科技公司)獵鷹重型運載火箭從美國宇航局的肯尼迪發射中心起飛升空，一舉成為當今世界運載能力最大的火箭。

該火箭兩個助推器以及一級火箭共裝載27台火箭發動機，兩個助推器分別來自於此前獵鷹九號發射後成功回收的一級火箭，並且再次完成回收。

雖然特斯拉汽車的軌道並不如預期一樣，而是更遠了一些；雖然一級火箭未能完成回收；雖然它並沒有打破土星五號的運載力紀錄；但是，在眾多的光環下面，這些不完美也就不那麼重要了。

南方日報駐京記者 王騰騰

「只要發射平台

沒被炸毀就算成功」

獵鷹重型火箭發射時間曾數次推遲，在發射當天也幾次推遲點火。Space-X公司創始人埃隆·馬斯克更是顯得小心翼翼，他表示，只要發射平台沒被炸毀就算成功，要麼是激動人心的成功，要麼是激動人心的失敗。

獵鷹重型火箭的運力，已經成為世界現役運載火箭中的領頭羊：其近地軌道運載能力達63.8噸，地球同步軌道運載能力為26.7噸，地火轉移軌道運載能力為16.8噸，它能運送重達3.5噸載荷抵達冥王星，遠遠超過新視野號的0.5噸級別。

荷蘭代爾夫特大學航天學博士毛新願對南方日報記者表示，美國「德爾塔4」火箭近地軌道運載能力為28.8噸，「宇宙神5」型火箭近地軌道運力約19噸，地球同步轉移軌道運力約9噸；俄羅斯2014年首次發射成功的大型運載火箭「安加拉5」，其火箭近地軌道運力近25噸，地球同步轉移軌道運力可達7噸以上；此外，中國的大火箭「長征五號」能把25噸重的貨物運送到近地軌道，其極限是運送一個5噸左右的探測器到火星。

毫無疑問，獵鷹重型火箭在上述火箭中遙遙領先。當然，從人類航天史來看，獵鷹重型不能算是老大，在美國有「土星五號」的傳奇，前蘇聯有「能源號」運載火箭。

美國「土星五號」是人類歷史上最強大的火箭，土星五號高達110.6米，重約3039噸，推力可達3408噸，而它至今保持著人類史上火箭最大的運載能力紀錄：近地軌道（LEO）140噸，比獵鷹重型火箭的兩倍還多。從1967年首飛到1973年退役，土星五號共發射了17次，從未發生過任何事故，沒損失過任何有效載荷，成功率達100%。而前蘇聯的「能源號」火箭在推力與運載能力上也是不遑多讓：「能源號」的推力達到3500噸，近地軌道的運載能力也不低於100噸。

27台發動機

托舉「獵鷹重型」

火箭發動機被看作是火箭的心臟，這也決定了火箭能不能承擔起巨大的載荷飛向太空。推力強大的「土星五號」第一級火箭採用5台F-1發動機，推進劑為液氧和煤油，布局為中間一台，外圍四台，總推力達到34020千牛。

而獵鷹重型火箭的起飛推力也達到了22819千牛。但是相比較「土星五號」的F-1發動機，獵鷹重型所使用的梅林（Merlin-1D+）發動機在單台推力方面，實在是小得多。

正應了那句「推力不夠，數量來湊」，獵鷹重型火箭的一級火箭以及兩個助推器，一共使用了27台梅林發動機。

「目前的情況下，在資金以及研發周期等條件限制下，Space-X缺少大推力的火箭發動機。所以當前的這種發動機布局，在不用投入大量的資金以及周期的情況下，把火箭的推力提高到60多噸。」航天專家龐之浩告訴南方日報記者。

同時，龐之浩也表示，這種技術風險也很大，發動機越多越不安全，「27台發動機同時點火會產生巨大的震動與互相的干擾，對控制要求也很高，對結構要求也很高，在分離的時候要求也很高，因為它的助推器很長，和一級火箭是一樣的。」

毛新願表示，在傳統設計理念中，為避免多發動機耦合振動導致火箭可靠性下降，火箭一級發動機數目通常控制在10台以內。

為了提高起飛推力，在一級火箭大量地堆積發動機的設計也曾出現過，為了完成登月計劃，前蘇聯設計的N-1火箭，誇張地在底部串聯了30台發動機，讓整支火箭看起來就像是一個圓錐。但是該型號火箭四次發射均以失敗告終。

「N-1火箭發動機都是串聯的方式組合，只要有一台出現問題，就可能導致發射失敗。那麼多的發動機，也很容易出現問題。獵鷹重型的創新在於將兩台獵鷹九號捆綁，都是一樣的發動機，安全性比N-1要高很多。在結構方面，獵鷹重型比N-1要複雜一些，需要捆綁。當然，各發動機之間的相互干擾風險更小一些。而且因為還要考慮回收，發動機都放在一級火箭上，回收難度會很大。」龐之浩說。

我國重型運載

火箭計劃於

2030年前後首飛

既然前面有古人，那麼後面必有來者。「獵鷹重型火箭只是一件過渡產品，定位也有些尷尬。其運載能力比大型火箭強許多，但並未達到真正重型火箭的標準，只能算是准重型火箭。」龐之浩說。

在馬斯克的構想中，下一步將人類送上火星的運輸系統叫「星際運輸系統」，由可重複使用的飛船和BFR火箭構成，這枚火箭近地軌道運載能力550噸，為「土星五號」的4.7倍，獵鷹重型火箭的8.6倍。

NASA研發多年的太空發射系統(SLS)也計劃2019年首飛。「根據目前透露的消息顯示，該系統的初步構型是近地軌道運載能力70多噸，最終要達到130噸以上。而且是專門用來發射載人深空探測器的，比如火星登陸飛船之類。這個發射系統採用了太空梭發動機的技術，還有改進的『土星五號』發動機技術。」龐之浩說。

別忘了還有中國。航天界有句行話：「運載火箭的能力有多大，航天的舞台就有多大。」根據中國航天科技集團公司火箭研究院公布的《2017-2045年航天運輸系統發展路線圖》，我國重型運載火箭計劃於2030年前後首飛。此前《2016中國的航天》白皮書發布會上曾透露，備受矚目的中國重型運載火箭擬命名為「長征九號」。

也就是說，大約10年後，「長征九號」運載火箭將飛天，運載能力超過獵鷹重型火箭。「長征九號」起飛質量達3000噸，最大直徑約10米，近地軌道運載能力大於百噸，其結構和尺寸質量均將突破我國現有運載火箭能力水平。

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