發布時間:2023-06-04 22:49:36
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一(yī)問到底丨載人登月發展,動力如何先(xiān)行?
月球是我們(men)藍色星球(qiú)的近鄰,也是人類邁向更遠深空的中轉站(zhàn)。目前,我國正在進行月球探測的四期工程(chéng)。前不久,中國載人登月也有了時(shí)間表,我國新一代載人火箭預計2027年首飛,在2030年前(qián)還將(jiāng)實現中國人(rén)首次(cì)登陸月(yuè)球。
航天發展,動力先行。近日,航天科技集團六院研製的我國載人(rén)登月火箭主力發動機——130噸級泵後(hòu)擺液氧煤油發動機(jī)完成上試車台後的第六次試車,發動機累(lèi)計(jì)試車時長達到3300秒,工作時長超10餘倍任務時間,驗證了發(fā)動機工作可靠性的同時,再次創造我國百噸級發動機單台試車新紀錄。
火箭大推力發動機的研製有多難?為什麽要反複進行“試車”?未來能不(bú)能有超千噸推力發動機能(néng)助力中國航天邁向更加深邃(suì)的太空呢?
什麽是“火箭發(fā)動機點火試(shì)車”?
首先來給“登月火箭主力發動機”劃個重點。發(fā)動機是核心部件,是一枚火箭的“心髒”。心髒的動(dòng)能(néng)越大、力量越足,就能帶領重型火箭去更高軌道的太空(kōng)探索。這一次,我國載人登月火箭主力發動機單台(tái)試車時(shí)長創下新紀錄,就是中國航天動力事業對“大推力”發動機技術驗證的又一次跨越。
到底(dǐ)什(shí)麽是“火箭發動機點火試車”呢?發動機試車,簡單來說,就是發動機點火並驗證其設計方案合理性和工藝可靠性的過程,這是任何一型發動機研製和交付等環節中不可或缺的重要一環。所謂“試車”,其實種類多達幾十種,會貫(guàn)穿發動機(jī)研製前後的各個階段,每個階段的試車(chē)都有不同的(de)意(yì)義,點火時長也從幾秒到數百秒不等。
專(zhuān)家表示,在某一型發動機的研(yán)製階段,發動機會完成從單個組件試車到全(quán)係統試(shì)車的一整套複雜的(de)流程(chéng),小到一個閥門,大到一台完整的發動機,都需要經曆千錘百煉(liàn)。在研製階段過後,發動機試(shì)車將會進入鑒定階段。完成鑒定階段的試車之後,這一型發動機便可以交付火箭使用了,但是這並不代表試車的結束,每一台發動機都需要在試車台(tái)上“熱一下身”才(cái)能達標。隨著我國航天(tiān)事業的不斷進步,試車台上也越來越忙碌。
固體火箭發(fā)動機和(hé)液(yè)體火箭發動機有何特點?
發動機是火箭的核心部件,目前(qián)主流的運載火箭發動機主要分為液體(tǐ)火箭發動機和固體(tǐ)火箭發動機。那麽,這兩種發動機都有什麽特點?
固體(tǐ)火箭發(fā)動機顧名思義,就是使用固體燃料作為推進劑的火箭發動機,與之相對應的是液體火箭發動機,它們的工作原理相同(tóng),都(dōu)是通過點燃推進劑產(chǎn)生巨大推力,將航天器送入幾百甚至上萬公裏的預定軌道。
有所不同的是,固體發動機主要使用的丁羥這種固(gù)體燃料,也就(jiù)是一種高能火藥,長征十一號運載火箭使用就是固體燃料。而液體發動(dòng)機主要使用液氫液氧等液體推進劑,大家熟知的長(zhǎng)征五號火箭使用的就是液氫液(yè)氧(yǎng)。
由於使用的燃料不同,因此(cǐ)各自(zì)的特點也不相(xiàng)同。液體發動機具有可控性強(qiáng)、點火時間(jiān)長等特點,而固體發動機具有結構簡(jiǎn)單、機動靈活、瞬間推力大等優勢。而(ér)在未來,基於兩(liǎng)者優勢相(xiàng)結合的發動機組合模式,也將成為新的設計(jì)思路,這也(yě)是世界航天大國都在致(zhì)力(lì)發展的方向。
載人登月 火箭發動機(jī)需要多大推力?
在幾天前,5月30日9時31分,搭載神舟十六號(hào)載人飛船的長征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛星發射中心(xīn)點火發(fā)射並取得圓滿成功,而這(zhè)一次搭載(zǎi)神十六航天員乘組奔赴太空之家的,就是我們(men)最熟悉的中國載人航天的“神箭”——長征二號F係列,是當之無愧的“太空專列”。
長征二號F運載火箭,全長約58.3米,捆綁了4個助推器,起(qǐ)飛重量大(dà)約500噸,火箭渾身上下大約90%的重量來自(zì)它攜帶(dài)著的燃料,這些燃料可以讓它在大約580秒的全程加速中達(dá)到每(měi)秒7.9公裏的第一宇宙速度。
新(xīn)一代載人火箭(jiàn)和重型火箭研(yán)製有序推進
此時此刻(kè),中國空間站(zhàn)在位於(yú)距離地球400公裏的(de)軌道上運行,可是地球和月球之間的平均距離有38.44萬公裏,這就(jiù)需要搭載更強勁“心(xīn)髒(zāng)”的新一代載人火箭(jiàn)的助力。我國正在論證載(zǎi)人登月方案,新一代載人運載火箭也預計將在2027年具備首飛條件。不遠的將來,中國航天員將有望登陸月球,後續還將建造國際月球科研站。想完成這些任務,火箭到底需要多大推力?還需要哪些新要求呢?
據介紹,新一代載人火箭的箭體直徑與長征五號運載火箭相當,通(tōng)過將已經成熟的火箭技(jì)術進行綜合運用,將滿足我國載人登(dēng)月的(de)任務需求。
中國(guó)工程院院(yuàn)士、航(háng)天科技集團一院長征係列火箭(jiàn)總師顧問 龍樂豪:相當於三個長征五號的芯一級,把它捆綁起來,每一個芯級是三個組合體並聯的,每一個組合體上有7台發動機,每一台發動機推力將近120噸,就(jiù)這麽一個龐然大物。當然還(hái)有二級,這(zhè)樣就把(bǎ)三個中國人分兩次發射,近地軌道的運載能力可以達到70噸左右,地月轉移(yí)軌(guǐ)道的能力(lì),就是地球到月球的轉移軌道的運載(zǎi)能力大約是27噸,這樣(yàng)可能分兩次發射,將實現三個中(zhōng)國人在2030年以(yǐ)前登上月球。
同時,龍樂豪院(yuàn)士介紹,我國重型運載(zǎi)火箭也(yě)正在研製中,它箭體直徑(jìng)達到10.6米,高度110米左右,低軌道的運載(zǎi)能力可以達到150噸以上,地月轉移軌(guǐ)道的(de)能力達到50噸以上,這將是未來運載能力最強的(de)火箭。
中國工程院院士、航天科技集團(tuán)一院長征係列(liè)火箭總(zǒng)師(shī)顧問 龍樂(lè)豪:這樣一個火箭超(chāo)過了可以說是曆史上所有的火箭(jiàn)的運載能力,將來除(chú)了實現我們更遙遠的,比如說載人火(huǒ)星探(tàn)測,還有建立月球基地(dì),甚至於將來(lái)直接民用(yòng),就讓它建造空間(jiān)太陽能電(diàn)站來(lái)運輸(shū),現在(zài)進展都還不錯,具體這個模樣都做出(chū)來(lái)了,生產出來了,一二三級的發動機都已經相(xiàng)應做過了(le)全係統(tǒng)的短程的熱(rè)試(shì)車考核,也就是說具體方(fāng)案都已經定了。
更(gèng)大推(tuī)力火箭(jiàn)研製有何進展?
實際上,我國自主研製的火箭發動機一(yī)直在頻傳捷報。
去年11月,由航天科技集團六院自主研製的中國最大推力液體火箭發動機首次整機試車(chē)圓滿(mǎn)成功。該型發動機設計推力500噸級,也是世界上推力最大的雙推力室高壓補燃(rán)液氧煤油發動機(jī)。據介紹,500噸級液氧煤油發動機的推力是現役120噸級液氧煤油發動機的4倍。首次整機(jī)試車的成功,標誌著該型發動機研製取得重大突破。
去年(nián)底,由航天科技集團六院自主研製的我國(guó)推力最大的80噸級液氧甲烷發動(dòng)機首台整機熱試車取得圓滿成功,為(wéi)我國(guó)商業航天運載火箭提供主動力,同時也為可重複使用運載器發(fā)展奠定(dìng)重要技術基礎。發(fā)動機的推力有多大,航天的舞台就有(yǒu)多大。動力技術有了巨大發展,相信中國航天事業就會實現更大跨越(yuè)。
我國載人登月(yuè)準備工作推進到哪個階段?
距離2030年(nián)還有不到7年時間,我國(guó)載人(rén)登月現在的準備已經到哪個階(jiē)段了?接下來(lái)要分(fèn)幾步去實現登月?來聽中國(guó)載人航天(tiān)工程辦公室(shì)主任助理(lǐ)季啟明的介紹。
中國載人航天工程辦公室主(zhǔ)任助(zhù)理 季啟明:實現2030年前中國航天員登陸月球,當前我們已經完成了(le)登(dēng)月任務的相關飛行(háng)器的關鍵技術攻關和方案的(de)研製(zhì),當(dāng)然也完成了登月總體方案的(de)論證和編製,這是當前的進展。
至於未來7年,我想應該是分(fèn)成三個大的階段:第一階(jiē)段就是要完成各項研製和建設(shè)任務,這(zhè)裏麵包括完成新一代的載(zǎi)人(rén)運載火箭、新一代的載人飛船、登月的月麵著陸器,還包括登(dēng)月服、載人月球車等等飛行產(chǎn)品(pǐn)的研製,還有補充建設文昌航(háng)天發射場,以及測控通信著陸場等相關的地麵設備設施。第二階段就要進入無人飛行的驗證階段,這個階段如果任務順(shùn)利,我們將進入第三(sān)階段(duàn),就是(shì)載(zǎi)人登月的飛行階段。
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