“家族式”系列面臨發展瓶頸
我國航天運載技術的發展起步于上世紀50年代,先后成功研制了長征一號、長征二號、長征三號、長征四號等15個型號的運載火箭,實現了從常溫推進劑到低溫推進劑、從串聯到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發射衛星到發射載人飛船的跨越式發展,組成了相對完備的運載火箭型譜,近地軌道(LEO)運載能力達到8500kg,太陽同步軌道(SSO)運載能力達到6100kg,地球同步轉移軌道(GTO)運載能力達到5500kg,基本能夠滿足不同用戶的需求。
但與此同時,我國長征運載火箭仍屬于“家族式”系列,每個運載型號的發展都源于特定的需求,型號技術狀態差別較大,也還存在運載能力重疊的現象,還不是真正意義上的“系列化”運載火箭;盡管通過大量的可靠性增長工作不斷提高飛行成功率,長征運載火箭的設計可靠性仍然偏低;在役的長征火箭運載能力相對于國外的新型運載火箭有較大的差距,對于大型和重型有效載荷的發射要求已難以通過進一步挖潛來滿足,一定程度上抑制了有效載荷的進一步發展;同時,長征火箭在滿足小衛星發射方面還存在空白;另外,上面級能力的不足限制了運載火箭的適應性提高,不能滿足多星發射及空間運輸的需求,構成了未來技術發展的瓶頸。
龍樂豪認為,我國運載火箭的技術水平已開始與先進國家拉開差距,國際競爭能力在漸漸弱化,在新的時期面臨多方面的機遇與挑戰。
首先是運載火箭技術亟須提高。龍樂豪說,當今世界各航天大國都在積極研制高可靠、低成本、大直徑、少級數、使用無毒無污染推進劑的新型運載火箭,都在分階段、有步驟地開展原有運載火箭的更新換代。這些新型運載火箭的近地軌道運載能力一般超過20噸,地球同步轉移軌道運載能力可達到10噸以上,通過系列規劃、模塊組合可以適應不同軌道發射任務的要求。目前以美國的宇宙神-5、德爾塔-4,歐空局的阿里安-5,日本的H2-A等為代表的各種新型運載火箭都已投入使用,原有火箭正逐漸退役,這些國家(地區)已經或者即將全面完成一次性運載火箭的更新換代。
其次是應用需求日益旺盛。根據我國衛星型號與專業技術發展規劃,未來的衛星發展將以大型衛星和小衛星星座為主,地球同步軌道衛星和非地球同步軌道衛星的發射需求潛力都很大。初步統計表明,未來15年左右,我國軍用與民用衛星發射數量將超過200顆。目前以上衛星已有部分選定現有運載火箭進行發射,但還有相當一部分與新一代運載火箭的研制計劃相銜接。
此外,二代導航二期工程、高分辨率對地觀測系統重大專項、載人航天工程、月球探測工程以及未來可能的載人登月任務及其他深空探測任務等都對運載火箭的發展提出了迫切的需求。
合理規劃新一代運載火箭型譜
龍樂豪的辦公室里擺放著各式各樣的運載火箭模型,長征一號、長征二號……我國新一代運載火箭的雛形也在其列。
龍樂豪透露,我國正在研制的新一代運載火箭是遵循“一個系列、兩種發動機、三個模塊”的總體思路,貫徹“通用化、組合化、系列化”的設計思想,通過模塊化組合方式,可以形成包括5米直徑大型運載火箭、3.35米直徑中型運載火箭和小型運載火箭在內的火箭系列,其近地軌道運載能力最大達到25噸、地球同步轉移軌道運載能力最大達到14噸。
“新一代運載火箭將大幅提升我國進入空間的能力,除了滿足衛星發射的需求,還能滿足未來月球探測工程發射較大規模的月球返回探測器、載人航天工程的20噸級空間站等大型有效載荷的需求?!?/p>
不過,這些構型中有些構型的能力有重復,需在綜合考慮能力需求以及對未來任務的適應性、成本、可靠性等因素的基礎上,合理地進行歸并與濃縮,形成能很好滿足未來基本需求并且構型較少的運載火箭型譜,力爭在20年內完成一次性運載火箭的更新換代。
“為滿足后續載人登月任務的需求,要求運載系統奔月軌道和環月軌道的運載能力分別為50噸和30噸,研制的CZ-5運載火箭系列都無法完成載人登月任務?!饼垬泛勒f。
龍樂豪透露,在利用CZ-5火箭的發動機和箭體直徑等技術條件的基礎上,發展起飛重量約15000噸級的超大型運載火箭,采用軌道交會對接的方式,是我國在2025年前后實現載人登月的現實可行的方案。根據登月規模的需求,后續也可考慮發展起飛重量3000噸級的重型運載火箭完成建立月球基地等大規模的載人登月任務,并進一步提高我國進入空間的能力。
為滿足軍事現代化對快速響應空間的要求,除液體小運載外,還可發展車載發射固體小運載、空中發射小型運載火箭,按照液體小運載依靠簡易設施周發射、固體小運載天發射和空射小運載小時計發射的指標,逐步實現快速進入空間的目標。
因此,在一次性運載火箭領域,超大型和重型運載火箭作為未來載人登月和大規模深空探測的基礎,空中發射小型運載火箭和車載發射固體小型運載火箭作為快速進入空間的重要途徑,都是未來一次性運載火箭型譜的重要補充。
“我們將以滿足基本應用需求為核心,合理規劃新一代運載火箭型譜。”龍樂豪建議,我國可以制上面級為切入點、提升運載火箭的任務適應能力,使我國未來形成包括小型、中型、大型、超大型以及重型運載火箭在內的一次性運載火箭型譜,不僅可以滿足我國未來衛星發射、載人航天、探月工程的基本要求,而且可以為大衛星、大平臺等大型有效載荷的發展提供有力的保障,還可以為快速進入空間及載人登月等特殊需求提供基礎支撐。
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