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助力中国运载火箭的追赶和超越(图集)  

2016-11-08 10:50:13|  分类: 航天与太空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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助力中国运载火箭的追赶和超越

——长征5号火箭成功首发成功

来源:网易军事


助力中国运载火箭的追赶和超越(图集) - 广东凉茶 - 广东凉茶
    2016年11月3日20时43分,我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空。长征五号火箭是中国运载火箭新技术的集大成者,这次发射成功,使中国运载火箭运力首次跨入大型运载火箭的行列。

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    长征系列运载火箭是中国自行研制的航天运载工具。长征五号之前,长征系列运载火箭已经拥有退役、现役共计18个型号,具备发射低、中、高不同轨道,不同类型卫星及载人飞船的能力,无人深空探测能力。但旧的长征火箭系列存在着运载能力低,芯级直径小,型号偏多,型谱重叠,可靠性不高,发射准备周期长,使用的偏二甲肼和四氧化二氮推进剂毒性大且价格昂贵的问题,在小型火箭方面还存在空白。图为用于发射载人飞船的长征二号F火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。

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    而中国载人航天工程未来空间站以及其它大质量卫星的发射需求也超过了旧的长征火箭系列的运载能力,以长征五号为核心的新一代长征系列运载火箭应运而生。尽管中国新一代运载火箭与原长征火箭有很大的不同,采用了几乎全新的技术,大幅度提高了运载能力,但是考虑到长征系列火箭已有的品牌影响力,还是将新火箭统一命名归纳为“长征”系列。广东凉茶

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    然而,有趣的是,中日两国都是航天大国,但在很长一段时间,日本运载火箭的技术水平相对更高,代表着国际一流水平。长征五号火箭发射成功之后,中日运载火箭对比会发生改变吗?

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    日本于1970年2月11日抢先中国两个月,成功发射了第一颗人造卫星——“大隅”号人造卫星。该卫星仅重9.4千克,而中国的东方红一号卫星重达173千克。当时日本航天专家也承认,日本火箭与中国火箭存在5年的差距。 

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    但在日本引进美国雷神-德尔塔火箭技术之后,日本火箭技术水平开始超过中国。日本在引进雷神-德尔塔火箭技术的同时,逐步开展国产运载火箭研究,最终研制出国产的H-II型高性能火箭。H-II火箭在商业上并不成功,但对日本运载火箭发展具有里程碑意义。广东凉茶

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    在H-II火箭的研制过程中,日本开发了先进的百吨级LE-7分级燃烧循环液氧液氢发动机、LE-5A膨胀循环液氧液氢发动机,性能相当出色。日本的LE-7发动机和美国的SSME、LE-5A、RL-10发动机也分别是当时世界上仅有的两种分级燃烧循环氢氧机、膨胀循环氢氧机,堪称火箭发动机高端的G2。

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    日本随后研制了H-IIA火箭和H-IIB火箭,前者使用性能稍逊但工艺和设计更可靠的LE-7A和LE-5B液氧液氢发动机,火箭运载系数相当出色。后者在H-IIA的基础上进一步改进,芯级直径增加到5.2米,芯级使用双发LE-7A发动机,可将16.5吨载荷送入国际空间站轨道。 

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    H-IIB火箭是日本最大和最先进的运载火箭,但只用于执行HTV货运飞船的发射任务,而且由于发射费用较高,2020年后将退役。目前,日本正在研制新一代H-III运载火箭,其延续了日本偏爱创新的传统,火箭发动机设计同样十分惊艳。

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    H-III火箭继承了H-IIB火箭的5.2米直径液氧液氢芯级,将使用新研制的LE-9大推力液氧液氢发动机。这是一种开式膨胀循环液氧液氢发动机,通过开式膨胀循环的独特设计,实现了火箭发动机膨胀循环高可靠性和开式循环大推力的统一,在世界火箭发动机设计上自成一家。广东凉茶

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    H-III火箭第二级初期使用LE-5B发动机,后期可能改用开式膨胀循环的LE-11发动机,这是一种推力约27吨、真空比冲467秒的液氧液氢发动机,堪称有史以来综合性能最强的上面级发动机。 

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    中国现役主力运载火箭的发动机仍然基于20世纪60年代技术,无论火箭总体设计如何变化,也无法与使用20世纪90年代火箭发动机技术的日本运载火箭一较高下。

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    20世纪80年代,中国同样提出了新一代运载火箭的研制计划,不过由于种种原因,直到21世纪初火箭研制才步入正轨。2000年和2001年,120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氧液氢发动机先后立项研制,2006年国家批准了长征五号火箭的研制立项。

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    长征五号火箭是一种“二级半”设计构型的火箭,这与日本的H-IIA和H-IIB火箭相似,更相似的是它们的芯一级和芯二级不约而同的都使用了液氧液氢发动机,不过长征五号火箭助推器使用高压补燃循环液氧煤油发动机,而日本H-II系列火箭使用的是固体火箭助推器。

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    长征五号火箭的助推器基于120吨地面推力的YF-100高压补燃循环液氧煤油发动机,具有较高的比冲和总冲。尽管长征五号火箭的芯一级使用的YF-77液氧液氢发动机和芯二级的YF-75D液氧液氢发动机的性能,稍逊于H-IIB火箭的LE-7A和LE-5B发动机。广东凉茶

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    但火箭运载系数还是相对较高,体现了长征五号总体设计的成功。作为中国新一代运载火箭中的大型火箭,长征五号火箭长度56.97米,其中芯级部分直径5米,全部使用液氧液氢发动机,助推器配置为4个3.35米直径的液氧煤油发动机。 

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    官方资料称,长征五号火箭起飞质量约879吨,起飞推力约1078吨,地球同步转移轨道运载能力约14吨,在运载能力上远高于日本运载能力最高的H-IIB火箭,即使是未来H-III系列火箭中运载能力最大的型号,运载能力也无法媲美我国的长征五号火箭。 

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    长征五号火箭虽然在运载能力和运载系数上实现了对日本运载火箭的超越,但由于我国工业基础尤其是基础的材料和机械等部分落后于日本,长征五号火箭的技术水平和日本现役运载火箭仍有一定的差距,尤其是火箭发动机上差距比较明显。

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    即使首飞时间比日本H-II火箭晚了20多年,但长征五号火箭的YF-77液氧液氢发动机仍然在推力和比冲两项关键性能上,还是落后于日本的LE-7液氧液氢发动机,长征五号第二级使用的YF-75D发动机在这两项指标上也略逊一筹。广东凉茶

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    长征五号火箭之后,还将发展不同运载能力的长征五号系列各型火箭,并将长征五号系列中衍生型号的小型、中型火箭分别独立形成“长征六号”与“长征七号”。同时我国还在研制220吨推力的液氧液氢发动机和25吨级、460秒真空比冲的上面级液氧液氢发动机,这将使中国火箭发动机技术上赶超日本,有助于中国运载火箭技术全面超过日本。


 


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