好的東西都想模仿,「獵鷹重型」火箭先進技術能否中國用?
2月7日,美國SpaceX公司「獵鷹重型」火箭在萬眾矚目中一飛衝天。將它推上當今最強火箭寶座的,是一項項新技術的突破。「獵鷹重型」火箭採用的新技術很多很多,就最主要的技術而言有3項。好的東西誰都想模仿,那麼這些先進的技術中國能不能用上呢? 中國運載火箭技術研究院(以下簡稱「火箭院」)專家告訴你答案:有的可以,有的不可以。
28台發動機「湊」出最大推力
——可靠性不高,不用
△「獵鷹重型」芯級模塊共使用27台發動機
「獵鷹重型」是現役運載能力最大的火箭,發射時可產生約227萬千克的推力,相當於18架波音747飛機,能將約64噸載荷送入近地軌道。全箭共使用了28台相同的Merlin 1發動機,它也是世界上成功發射的火箭里發動機台數最多的一型火箭。
既然發動機台數越多,推力就越大,中國研製重型火箭是不是可以直接效仿?然而,理想很豐滿,現實很骨感。火箭院運載火箭專家秦旭東介紹說:「發動機台數的增多,必然會帶來系統可靠性的降低。」最典型的例子,就是前蘇聯研製的登月火箭N-1,其一子級使用了30台發動機,4次發射均告失敗。
為了提高可靠性,SpaceX公司採用了動力冗餘技術,把「獵鷹重型」推力做的有富餘,在一台或多台發動機出現故障後,仍能繼續執行主發射任務。但是,一旦發動機發生故障,火箭便無法達到最大運載能力。這次「獵鷹重型」發射前,SpaceX公司總裁埃隆·馬斯克也承認:「此次首飛成功的概率僅有50%。」
中國重型火箭的研製結合我國國情,選擇了「大推力、少台數」的方案。秦旭東介紹,我國重型火箭將採用500噸級的大推力液氧煤油發動機。當發動機數量降下來後,出現問題的概率自然隨之降低,可靠性也就有了保證。
火箭可回收技術
——降低成本,可用
△「獵鷹重型」助推器回收
「獵鷹重型」的發射視頻中,呈現了彷彿科幻片般的場景:火箭的兩個助推器像筷子一樣先後立在了著陸場,這就是「獵鷹重型」採用的垂直回收技術。按照計劃,火箭芯級將返回海上駁船回收,但最後未能成功。
SpaceX公司回收火箭,成功過多次,也失敗過多次,表明這項技術還未能像發射火箭一樣成熟。火箭院運載火箭專家陳風雨說,火箭本身的成本佔據發射成本的70%以上,如果火箭回收技術成熟,將大大降低人類進入太空的「門檻」,可以說誰先掌握了這項技術,誰就將掌握未來商業航天發射的主導權。
秦旭東介紹,我國重型火箭的研製,將對這種垂直回收的思路進行借鑒。不僅如此,目前我國重型火箭已經開始了可回收的方案設計和論證,還會充分「移植」其它型號相關關鍵技術的攻關成果。此外,我國還可能採用SpaceX公司類似的思路,實現芯級模塊或助推器模塊降落到某個特定位置的功能,從而進一步推進火箭的可重複使用。
發動機節流技術
——提升運載能力,可用
△「獵鷹重型」芯級節流現象
「獵鷹重型」火箭的助推器和芯一級體積相同,加註量是一樣的,按道理應該同時燃盡,但是從實際發射視頻可以看到,助推器先分離後,芯一級又工作了30秒,這就是SpaceX公司的另一項創新性技術:發動機節流技術。陳風雨解釋說:「這是為了保證一子級與助推器分離時,芯級仍有足夠的推進劑,達到延長芯級飛行時間、提升火箭運載能力的目的。
秦旭東說,目前我國現役運載火箭還沒有運用這項技術,但是對於我國重型火箭新研製的發動機,專家們也曾提出在飛行過程中通過節流,讓火箭性能更優。相信在我國科研人員的共同努力下,我們也能在未來火箭中應用這一技術。
顯然,對於中國來說,SpaceX公司的成功經驗有著很高的學習和參考價值,但中國重型火箭的研製不會也不能完全照搬「獵鷹重型」火箭的先進技術,我們會結合我國長征系列運載火箭,特別是後續新研火箭的任務需求來開展研製工作,發展我們自己的技術。
在前進中學習先進,在學習中發展自己,堅持不懈,未來可期。
秦旭東表示:「我國重型火箭首飛成功以後,運載能力能達到『獵鷹重型』火箭的兩倍左右,將進一步提升我國進入空間的能力,支撐我國建設航天強國目標的實現,使我國進入世界航天第一梯隊行列。」
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