世界航天新科技檔案（一）各國新型火箭（下-2）

+ 劉進軍

“長征-9”超重型火箭

中國制定了登陸月球、火星，發射重型、超重型、大型和特大型航天器，建造空間站、太空太陽能電站和深空探測的宏偉計劃。這都需要重型火箭和超重型火箭。“長征-9”火箭正是中國正在論證研發的超重型運載火箭。

結構尺寸與運力系數

“長征-9”火箭主要參數

“長征-9”火箭計劃

最大運載有效載荷能力達到140噸，能夠運載50噸有效載荷到地月轉移軌道，37噸有效載荷到火星。“長征-9”火箭的第一次飛行期望在2030年進行，以2030年代登月著陸，并最終從火星采樣返回提供運載能力為主要使命。

“長征-9”火箭正在論證研發之中，將設計為一種3級火箭，芯級火箭擁有10米直徑，使用4臺發動機。“長征-9”火箭已設計了多個變種：

·“長征-9”：最大，擁有4個液體燃料助推器，運載能力達到140噸。

·“長征-9A”：只有2個助推器，運載能力100噸。

·“長征-9B”：只是芯級火箭，運載能力50噸。

“長征-9”火箭采用“通用化、系列化、組合化”發展策略。它作為一種超重型運載火箭，可媲美美國“土星-5”、“太空發射系統”、“獵鷹-重型”、蘇聯“能源”火箭，以及當前正在開發中的美國“大獵鷹”火箭。

印度“統一”運載火箭

“統一”火箭（ULV）是印度太空研究組織的一個中型至重型火箭發展項目，目標是最終取代現役的“極地衛星”（PSLV）火箭、“靜止衛星-1”（GSLV-1）火箭、“靜止衛星-2”火箭和“靜止衛星-3”火箭系列。

“統一”火箭：

設計巧妙、變化多端、功能強大，如研制成功，可媲美俄羅斯“安加拉”、“質子”，歐空局“阿麗亞娜-5”、“阿麗亞娜-6”，中國“長征-5”，美國“宇宙神-5”、“德爾塔-4”重型，日本“H-3”、“H-2B”等火箭。

芯級火箭：

稱為“SC160”。它安裝1 臺“S C E-200”半低溫發動機，裝載160噸煤油或液氧推進劑，提供強大動力。

上面級：

稱為“C30”，安裝1臺“CE-20”低溫發動機，30噸液氫/液氧推進劑，提供巨大動力。

助推器：

有4種型號，其中3種的發動機與“極軌衛星”火箭（P S L V）、“靜止衛星-1”火箭（GSLV-1）、“靜止衛星-2”火箭和“靜止衛星-3”火箭系列相同。

計劃中，“統一”火箭還將擁有2種變形火箭：

·“統一”重型火箭（HLV），能夠將20噸航天器發射到低地球軌道；

·“統一”超重型火箭（SHLV），能將41.3噸航天器發射到低地球軌道。

“統一”火箭的4種型號：芯級火箭相同，助推器種類、數量不同

模塊化設計，至少4種型號：

“統一”火箭采用模塊化設計，通過一個共同的芯級火箭和上面級，分別配備種類、大小、數量不同的助推器，就能組成4型、甚至6型火箭。

·6×S-13型：6個助推器，采用稍大于“極地衛星”火箭的“S-13”發動機，燃燒時間較長；

·2×S-60型：2個助推器，采用一種新的固體發動機，“S-60”發動機；

·2×S-139型：2個助推器，采用與“極地衛星”火箭、“靜止衛星-1”火箭、“靜止衛星-2”火箭相同的“S-139”發動機；

·2×S-200型：2個助推器，采用與“靜止衛星-3”火箭一樣的“S-200”發動機。

印度“統一”運載火箭

“統一”火箭主要參數

助推器-S-200助推器 2長度 25米直徑 3.2米推進劑質量 207噸發動機 S-200推力 4658千牛/臺總推力 9316千牛比沖 274.5，真空燃燒時間 130秒燃料 丁羥芯級火箭-SC-160推進劑質量 160噸發動機 SCE-200推力 海平面∶1820千牛真空∶2030千牛比沖 海平面∶299秒，2.93千米/秒真空∶335秒，3.29千米/秒燃燒時間 259秒燃料 煤油/液氧上面級-C-30推進劑質量 30噸發動機 CE-20推力 200千牛比沖 443秒，4.34千米/秒燃燒時間 650秒燃料 液氫/液氧

向無毒火箭之路邁進：

低溫發動機、半低溫發動機是一種先進的推進技術，早期只有美國和俄羅斯掌握。而印度原有的“極軌衛星”火箭、“靜止衛星”火箭發動機的推進劑都是劇毒有害燃料，釋放到空中、水中將造成環境污染。全球火箭的趨勢是改用對生態更友好的無毒類推進劑。

·低溫發動機的推進劑為液氧和液氫，極少產生污染，其燃料溫度為-250°。

·半低溫發動機的推進劑為液氧和煤油，其優點是：推力大；無毒、無腐蝕性，安全環保，易于存貯和運輸；費用低廉，可靠性高，可重復使用。

研制半低溫發動機：

2008年12月19日，印度政府批準：為未來太空運輸系統研發大推力半低溫發動機技術，即200噸級高壓補燃液氧煤油發動機。估計研發費用為1798億盧比，加上58.8億盧比的外匯。半低溫發動機將促進印度未來太空任務的應用,如可重復使用運載火箭、“統一”運載火箭和行星際飛行任務的火箭。這將是印度邁向先進太空運輸技術自力更生的重要一步。

印度是較早開始研制半低溫發動機的國家之一。“統一”火箭和未來火箭應用半低溫發動機，將提高2～3倍運載能力，達到事半功倍。

印度2015年公布的半低溫發動機研制信息

研制低溫發動機：

印度從上世紀80年代開始研制低溫發動機，但由于工業基礎相對薄弱，在自行研制的道路上遭遇過數次挫折。直到上世紀90年代初，印度從俄羅斯引進了7臺RD-56M低溫發動機，并投入大量的人力、物力和財力進行仿制。2002年9月15日，印度宣布研制成功國產低溫火箭上面級發動機。

2010年，安裝CUS發動機的印度GSLV MK-2運載火箭首次發射，卻以失敗告終，這給印度航天計劃帶來了重大挫折。經過不斷改進及試驗，功夫不負有心人，2014年1月，印度安裝國產低溫發動機的GSLV MK 2-D5火箭發射升空，將1顆通信衛星送入預定軌道。印度由此成為繼美國、俄羅斯、中國、法國、日本后，世界上第六個掌握低溫火箭發動機技術的國家。

“哈斯”運載火箭

“哈斯-2CA”是一枚單級火箭，一種擁有奇特的線性塞式發動機的飛行測試平臺。它能夠發射100千克有效載荷進入低地球軌道，研制和發射費用為100萬美元。火箭有一個特殊的質量比，由過氧化氫和煤油混合燃料提供動力。

“哈斯-2CA”火箭主要參數長度 16米直徑 1.5米起飛重量 16.3噸推力 224千牛運載能力 低軌道100千克

“哈斯-2CA”火箭

誕生于多級火箭發祥地的單級火箭：“哈斯-2CA”

羅馬尼亞是多級火箭的誕生地，多級火箭已經成為運載火箭的經典設計。但成立于羅馬尼亞的方舟太空公司卻異想天開，想研制一種單級入軌的火箭。單級火箭，結構簡單、可靠性更強、價格便宜，但是單級火箭、單級入軌的推力不夠，與多級火箭的理論和技術格格不入。它真的可行嗎？能成功嗎？

“哈斯-2CA”火箭通過以下操作，可以使單級火箭、單級入軌成為可能：

（1）稠密推進劑；

（2）制造先進的輕型復合材料推進劑貯箱；

（3）線性塞式發動機，保證在幾乎所有飛行水平上的最佳性能，比任何火箭發動機減少30%燃料消耗；

（4）推力矢量控制通過在16個燃燒室中節流8個燃燒室來實現，消除了發動機的繁重復雜的亂流系統。

“哈斯-2CA”火箭將目標市場鎖定納米、微型衛星市場。據估計，2016年～2022年，全球將發射3000顆1千克～50千克的納米、微型衛星。鑒于此，未來10年，方舟太空公司擁有廣闊的市場空間。

方舟太空公司還有許多科技創新計劃，一大堆金點子（或者餿主意）。不論金點子，還是餿主意，敢于暢想并付諸實踐，就是創新。2017年3月，方舟太空公司宣布：“哈斯-2CA”火箭計劃2018年發射到軌道。方舟太空公司還設計了“哈斯-2B”火箭與“哈斯”載人飛船。

目標——飛上太空！

“哈斯”運載火箭

金點子或餿主意：

線性塞式發動機

“哈斯-2CA”火箭采用線性塞式發動機，以單級入軌方式。

這并非是方舟太空公司的獨家創意，美國宇航局的火箭團隊曾在地面上對線性塞式發動機進行了廣泛的測試，是美國宇航局一個單級入軌飛行器的一部分，并曾是航天飛機的候選方案。由于日程安排和預算限制，美國航天飛機最終使用了經典的鐘形噴管發動機，并且在看到實際飛行之前取消了線性塞式發動機的研制。因此，線性塞式發動機從未真正進行過太空飛行。

方舟太空公司為“哈斯-2CA”單級火箭配備了線性塞式發動機，將這項技術帶回公眾的視野。

方舟太空公司的航天工程師們在創造世界上最有效率的火箭發動機。他們希望證實：線性塞式火箭發動機比現有發動機更具燃油效率。希望和夢想能否實現？想象力比科技更重要，創新與顛覆才能離成功更近！

“哈斯”這個名字來自500年前，那是一個英雄輩出的年代！

1961年，一份450頁的“錫比烏手稿”被發現于羅馬尼亞的圖書館，人們驚訝地發現，這份制作于16世紀中后期的古老文件中，居然包含了一份詳細的報告，描述了“飛行標槍”的有效射程，以及在錫比烏市的一次發射實驗——這居然是一枚多級火箭。1555年，成千上萬的人目睹了實驗的完全成功。這些文件描述了三級、固體燃料火箭的原理，涉及多級火箭的運動理論、不同的燃料混合物、液體燃料等，甚至還介紹了三角形狀翅片和鐘形噴嘴。

報告的作者是康拉德·哈斯(1509-1576)，一名奧地利炮兵軍官，曾是錫比烏火炮倉庫的負責人，也是一位500年前偉大的發明家。他設計了一枚3級火箭，而這類火箭直到上個世紀六十年代，才被制造出來。雖然歷史文獻并沒有記載當時該地區的航空探索活動，但很難說，康拉德·哈斯是否開啟了火箭研制歷史，影響了現代火箭技術。

“哈斯”

500年前的

3級火箭發明家