各大国争夺大推力火箭王冠:中国长征5号性能很强
经过2次发射失败,7次发射推迟,韩国首枚运载火箭“罗老”号终于在30日发射成功。尽管韩国媒体一片欢呼,但“罗老”号仅能将100公斤的物体运送到近地轨道,与航天大国的差距很大。作为开发太空必需的手段,大推力运载火箭成为大国竞相研制的航天“王冠”。
韩国媒体认为,尽管朝鲜抢在韩国之前成功发射了“银河3号”运载火箭,但“罗老”号使用液氧煤油发动机,不会污染环境,而朝鲜火箭使用的燃料和氧化剂是联氨和硝酸,它们都有毒。从运载火箭的发展趋势看,进一步降低成本和污染,提高可靠性和运载能力的确是未来的方向。航天大国对此采取的主要措施有:简化设计,包括减少火箭级数和发动机数量;实现火箭的通用化、组合化和系列化;使用无毒推进剂。为此,运载火箭正向大直径、少级数和大运载能力发展,通过使用大直径芯级、大推力无毒推进剂发动机等,使火箭运载能力成倍提高。美国、俄罗斯、中国、日本和欧洲都在积极研制新一代运载火箭。
“罗老”号的发射成功,除了韩国外,另一个受益者就是俄罗斯。俄罗斯研制多年的“安加拉”系列新型火箭有望在2013年进行首次发射。该系列火箭可利用多个通用火箭,随任务需要组合出不同推力的火箭。而这些通用火箭使用的RD-191液氧煤油发动机就是借“罗老”号火箭进行的技术验证。未来俄罗斯新型火箭可将2-40吨、甚至75吨的巨型货物推送至近地轨道,将取代老旧的“质子号”火箭,成为俄罗斯未来太空火箭的主力。此外,俄罗斯还加快争夺航天发射市场的步伐。据俄新网30日报道,俄罗斯计划在2013年2月至4月完成7次航天发射。
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美国波音公司的“德尔塔-4”和洛·马公司的“宇宙神-5”大推力运载火箭均在设计上注重通用性,以确保在每次发射任务前不需要大动干戈进行改造,能利用标准生产线制造火箭,“跟加工香肠一样容易”。例如“德尔塔-4”火箭由5种型号组成,都以通用的新式公用芯级为基础。它们不仅能发射1-23吨的近地轨道有效载荷,还可发射4-10.9吨的地球同步转移轨道有效载荷。而“宇宙神-5”火箭近地轨道运载能力达25吨,地球同步转移轨道运载能力达4-12.7吨。这种火箭发射时不需用庞大的发射塔,只需1座发射架,并可在大风条件下发射。
美国将用于发射新一代“猎户座”载人飞船的“战神-1”火箭,近地轨道运载能力达25吨,美国还在研制近地轨道运载能力超过100吨的“战神-5”火箭。
中国按照“无毒、无污染、低成本、高可靠、适应性强、安全性好” 的目标,正在研制“长征-5”新一代运载火箭,有望在2014-2015年进行首次发射。“长征-5”为两级火箭,芯一级采用2台推力各约50吨的氢氧发动机并联组成;助推器根据需要采用120吨推力液氧煤油发动机数台;芯二级采用2台推力各约8吨的氢氧发动机并联组成。“长征-5”火箭的近地轨道运载能力为25吨,地球同步转移轨道运载能力最大为14吨,可满足我国未来发射空间站、深空探测器及大型卫星的需求。
2009年9月11日,日本发射了首枚H-2B火箭。该火箭是以液氧和液氢为推进剂的两级火箭,运载能力是H-2A的2倍,可把16.5吨的日本货运飞船送到“国际空间站”运行轨道,也能把约8吨的通信卫星发射到地球同步转移轨道。日本宇宙航空研究开发机构和三菱重工还展开对H-3火箭的技术论证。H-3为三级火箭,地球同步轨道运载能力为4吨,在使用固体燃料助推器的情况下可达6吨。该火箭可能在2020年首飞,将有助于日本发射大型卫星、载人航天器和深空探测器,发射费用将比H-2A便宜20%-30%。
2012年11月,欧洲航天局同意研制“阿里亚娜-5ME”火箭,并继续研发模块化、低成本的后继型号“阿里亚娜-6”。“阿里亚娜-5ME”比目前的“阿里亚娜-5ECA”型火箭的运载能力提高20%,地球同步转移轨道运载能力为11.2吨。“阿里亚娜-6”的特点在于可靠性高于“阿里亚娜-5”系列,而且成本较低。
随着各国提出探索月球、小行星和火星的需求,推力更大的重型运载火箭研制项目也相继提上日程。美国太空探索技术公司正研制近地轨道运载能力达53吨的“重型猎鹰”火箭,它拟于2013年进行首次试射,该公司还拟研制近地轨道运载能力达170吨的“超级载重火箭”。美国航空航天局正在研制的 “航天发射系统”重型运载火箭采用航天飞机的发动机,初始近地轨道运载能力为70吨,改进后将达到130吨。中国航天专家也拟定了近地轨道运载能力130吨的重型运载火箭方案。此外,为降低一次性火箭的使用成本,美国、俄罗斯、欧洲、印度及日本等都在加紧研制可重复使用的运载器。
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