近些年以來,龍樂豪院士一直是航天愛好者們關注的焦點,因為他時常會透漏一些航天領域的重磅訊息,其中最為津津樂道的就是長征九號重型火箭的研究進展,其發展構型每隔幾年都會有所變化或調整。
去年,國內首件重型運載火箭9.5米直徑箱底圓環已經完成焊接。
今年,龍樂豪院士直接給出了兩個版本的長征九號,一個是“22版三子級串聯構型”的長征九號,還有一個就是旨在2035年前首飛的兩級串聯完全重複使用的新型重型火箭(姑且稱之為“35版”)。
而在此之前還有兩個版本,分別是11版三級半構型,與21版三級構型。
11版“三級半構型”長征九號效果圖
有人調侃,這也太善變了吧。
然而,事實並非如此,因為長征九號原本就不單單只是長征九號。早在5年前,航天科技一院型號總師張智就曾披露,重型運載火箭的發展分為三個階段:
第一階段,完成系列構型模塊研製任務,實現重型運載火箭首飛;
第二階段,進一步完善重型火箭系列化構型,投入應用發射,並利用重複使用技術降低成本;
第三階段,用新動力、新材料,進一步提高重型火箭能力和技術水平。
重型運載火箭大直徑結構件
目前長征九號火箭計劃首飛時間是2030年,兩級完全重複使用版本則是2035年前。可以說,龍樂豪院士披露的幾個版本完全可以對應5年前我們規劃的重型火箭三階段目標。
因此,這並不是善變,而是完全在按照自己多年前定下的基調在發展。
11版長征九號三級半構型設計:
一子級配置4台YF-130型液氧煤油發動機,四枚助推各配置2台YF-130型液氧煤油發動機,起飛級總推力5873噸;
二子級配置2台YF-90型氫氧發動機;
三子級配置4台YF-79型高空氫氧發動機;
火箭全長103米,一子級直徑9.5米,二子級液氫燃料貯箱段直徑9.5米,液氧貯箱段箭體直徑7.5米,三子級箭體直徑7.5米,最大起飛質量4137噸。
11版“三級半構型”長征九號
近地軌道運力在140噸,地月轉移軌道運力50噸,地火轉移軌道運力44噸,此三項數據均為保守推算數據。
總結:11版三級半構型中規中矩,是穩紮穩打的類型。
21版長征九號三級串聯構型:
一子級配置16台YF-135型360噸級液氧煤油發動機;
二子級配置4台120噸級氫氧發動機;
三子級配置1台120噸級高空氫氧發動機;
火箭全長108米,最大直徑10.6米,起飛質量4122噸,起飛推力5873噸,兩級串聯構型近地軌道運力150噸,地月轉移軌道運力53噸。
21版“三級串聯構型”長征九號
總結:21版三子級構型有着相較於11版構型更為出色的運力表現,一子級多發並聯設計考慮到了一子級回收復用。
22版長征九號三級串聯構型:
一子級配置26台200噸級液氧甲烷發動機;
二子級配置4台120噸級氫氧發動機;
三子級配置1台120噸級高空氫氧發動機;
火箭全長110米,最大直徑10.6米,起飛質量4122噸,起飛推力5200噸。近地軌道運力150噸,地月轉移軌道運力50噸。
總結:22版長征九號相較於21版顯著不同之處在於一子級換裝液氧甲烷動力,相較於液氧煤油動力有着更為出色的重複使用優勢,不過該構型仍主要着眼於起飛級重複使用。
液氧甲烷發動機相較於液氧煤油發動機無結焦、積碳少。圖為500噸級液氧煤油發動機。
35版長征九號採用兩級串聯構型:
該構型火箭分為5米直徑與10米直徑兩個系列,近地軌道運力覆蓋5至150噸,太陽同步軌道運力覆蓋4至14噸,地球同步轉移軌道運力覆蓋7至65噸,地月轉移軌道運力50噸。
35版構型符合長征九號第三階段發展目標,全面更新為適用於重複使用任務的液氧甲烷動力,屬於兩級完全重複使用的運載火箭,重複使用次數預計可達50至100次,可稱其為“中國版星艦”。
“三十年陸軍、五十年空軍、百年海軍”,軍迷圈裡的這句名言如果套用在航天領域,那就是“百年航天”。
發射阿波羅17號登月飛船的土星五號重型火箭
發展從來不是一蹴而就,半個世紀前當大洋彼岸使用土星五號重型運載火箭發射近50噸級阿波羅載人登月飛船之時,我們連重量不足1噸的近地軌道衛星還沒有發射。半個世紀之後,我們如今已經可以穩穩坐上世界航天的第二把交椅,發展速度之快已可稱“奇蹟”。
發射天問一號火星探測器的長征五號遙四火箭
目前應用於多個長征九號版本的動力產品均已上馬研製:
YF-130型500噸級高壓補燃液氧煤油發動機已經實現燃氣發生器-渦輪泵聯試、高壓燃料搖擺裝置搖擺試驗、全工況半系統試車、首台整機裝配,正在進行首次整機試車前準備工作;
全球雙噴管構型最大推力500噸級液氧煤油發動機即將整機試車
YF-90型220噸級補燃循環氫氧發動機已經完成首台工程樣機總裝,並已經實現半系統試車;
220噸級氫氧發動機半系統試車
220噸級氫氧發動機完成整機裝配
YF-79型25噸級膨脹循環氫氧發動機首台推力室擠壓試驗也已經取得圓滿成功;
25噸級高空氫氧發動機推力室擠壓試驗
可應用於35版中國星艦的200噸級液氧甲烷發動機也已經開始研製工作。
兩年多前,長征四號乙火箭測試可用於火箭垂直回收復用的柵格翼。
可服務載人登月任務的新一代載人運載火箭將於2026年前後具備載人飛行能力,同時其70噸級近地軌道運力,以及一子級重複使用能力將有效滿足2035年前各項航天任務需求,因此長征九號選型工作還可繼續深化。
航天發展雖然不是一蹴而就,但是對於我們而言,當能力顯著提升之時,也可根據實際情況作出適當的跨越式發展安排,就如同海洋領域福建艦之於遼寧艦的跨越式發展邏輯一樣。