長征九號：重型火箭在路上

尹懷勤

回眸2015年，中國航天進行了19次發射，將45顆各類衛星送入太空，成功率達到100%。2016年，中國航天將迎來新一輪的發射高峰，尤其是新一代運載火箭長征五號和長征七號將先后首飛。

按照運載能力，運載火箭可分為小型、中型、大型和重型四類。我國一般將近地軌道運載能力為2噸及其以下的火箭稱為小型運載火箭，近地軌道運載能力為2～20噸的火箭稱為中型運載火箭，近地軌道運載能力為20～50噸的火箭稱為大型運載火箭，近地軌道運載能力為50噸及其以上的火箭稱為重型運載火箭。長征五號系列中的B型可以達到大型運載火箭，那么，我國的重型運載火箭研制進展如何呢？

長征九號的構型

要實現載人登月和載人著陸火星以及重大的深空探測等目標，就需要重型運載火箭。目前，中國運載火箭技術研究院已經啟動重型運載火箭長征九號（CZ-9）的關鍵技術研制，主要包括兩個方面：一是總體技術，二是發動機技術，從而實現重型火箭起飛推力在長征五號大型火箭1000噸的基礎上提升至3000噸以上的目標，這無疑是一步巨大的跨越。

長征九號將采用直徑達9米的芯級火箭和周圍對稱地捆綁著4個直徑為3.35米的助推器而組成。芯級一級為4臺液氧煤油發動機YF-460，每臺推力為460噸，二級為一臺推力220噸的液氧液氫發動機YF-220，每個助推器各裝一臺YF-460發動機。火箭總體為兩級半結構，全長近100米，起飛質量達到3000噸。發射時芯級一級和4臺助推器同時點火，起飛推力達到3680噸，近地軌道運載能力達到100噸以上，地月轉移軌道運載能力至少50噸，與美國多次成功發射阿波羅載人登月飛船的土星五號火箭運力相近。

已經攻克的技術難題

根據長征九號關鍵技術的預研計劃，將力爭用4～5年時間突破火箭總體設計，以及460噸液氧煤油發動機、220噸氫氧發動機和9米左右直徑火箭箭體結構設計制造等關鍵技術；用約15年的時間完成整個火箭的研制，爭取在2030年前后從海南文昌衛星發射中心實現首飛。

隨著重型運載火箭氫氧發動機大流量單噴嘴試驗取得成功，使得該型發動機大流量高效穩定燃燒成為可能，從而在長征九號重型運載火箭研制的萬里長征路上邁出第一步。

由于長征九號重型火箭采用超大直徑9米箭體結構設計，位于連接貯箱的筒段、前后底與火箭的箱間段之間的過渡環直徑很大，是傳力的關鍵部位，承載力強，受力較集中。以往型號產品的過渡環通常采用分段式鍛造，把各部段之間焊接起來。重型火箭的過渡環直徑大，界面形式特殊且復雜，對其強度要求較高，焊接時可能會產生瑕疵，在未來執行任務過程中，可能會因受力狀態復雜，遭到難以預料的破壞。從增強工程安全性出發，必須采用整體鍛造法制備過渡環。據媒體披露，這一技術瓶頸近期也已被攻破。采用整體鍛造法制備超大直徑過渡環的技術在國際上尚屬首創，從而為超重火箭后續研制的順利開展奠定了基礎。

長征九號的性能

為了降低結構重量，長征九號火箭的推進劑貯箱將使用輕質高強度的鋁鋰合金，級間段和整流罩使用復合材料；火箭電氣和控制系統將使用故障診斷系統。火箭制導系統將使用捷聯慣導加衛星導航加星光導航的先進復合制導方案，軟件方面使用攝動加迭代的制導律，此外火箭還將具備基于天基天鏈系統的遙測控制能力。采用這些先進技術將顯著提高長征九號重型運載火箭的性能。

長征九號重型火箭的設計既考慮了使用新技術升級現有火箭等因素，又顧及到充分利用現有試驗設備和成熟技術。比如，未裝逃逸塔和整流罩時的長征九號火箭全長約88米，早已建成的天津新一代大型運載火箭基地的93米高度全箭振動塔足以對其進行全箭振動試驗。

長征九號火箭總體設計上也有很多優點，如芯級一級使用大推力液氧煤油發動機，并繼承現有長征火箭芯級推質比大于1可獨立使用的風格。我國未來在用長征九號實施載人登月等大項目的同時，還可獨立使用其芯級發射其他航天器。因為芯級本身就是近地軌道運載能力約50噸級的重型運載火箭，可用于近地軌道或是靜止軌道的超大載荷發射任務，或是一箭多星發射大型通信衛星，這就避免了土星五號用途過于單一的弊端。

人類探索太空的能力，基本上取決于火箭的推力。可以預見，長征九號火箭未來不僅將完成我國載人登月的壯舉，它的衍生型號還將把我國運載火箭技術水平提高到一個新的高度。

【責任編輯】龐 云