世界重型火箭知多少 各國(guó)為何競(jìng)相研制

周舟 林小春

“獵鷹重型”并非一枝獨(dú)秀，運(yùn)載火箭界還有哪些“大塊頭”？

為什么重型運(yùn)載火箭深得航天強(qiáng)國(guó)的青睞？它到底能用來(lái)做什么？

怎樣才算得上“重型火箭”？根據(jù)美國(guó)航天局網(wǎng)站的定義，一般來(lái)講重型運(yùn)載火箭的有效載荷較大。如有史以來(lái)最強(qiáng)大的“土星5號(hào)”火箭可將超過(guò)100噸載荷送入近地軌道，但在1973年最后一次發(fā)射后，它已經(jīng)退役。

常見(jiàn)的現(xiàn)役重型運(yùn)載火箭

“德?tīng)査?”型火箭——21世紀(jì)初美國(guó)低成本火箭研究計(jì)劃的產(chǎn)物，具有11噸到25噸近地軌道運(yùn)力的中型大推力火箭。第一級(jí)采用液氫和液氧作為燃料。這種火箭在21世紀(jì)初推出后，因成本低廉、性能可靠而一炮走紅。

“宇宙神5”型火箭——由美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司生產(chǎn)，近地軌道運(yùn)力約19噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力約9噸。由于所用發(fā)動(dòng)機(jī)為俄羅斯生產(chǎn)，美國(guó)國(guó)會(huì)立法禁止美國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)今后使用“宇宙神5”型火箭，這也是該公司研發(fā)“火神”火箭的原因。

“阿麗亞娜5”型火箭——?dú)W洲生產(chǎn)的大推力運(yùn)載火箭，1996年首次試驗(yàn)發(fā)射，1999年投入商業(yè)發(fā)射。火箭可將20噸載荷送至近地軌道，將10噸載荷送至地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

“安加拉5”型火箭——俄羅斯的大型運(yùn)載火箭，2014年首次發(fā)射成功。火箭近地軌道運(yùn)力近25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力可達(dá)7噸以上。

研發(fā)中的重型運(yùn)載火箭

“新格林”火箭——亞馬遜公司創(chuàng)始人杰夫·貝索斯創(chuàng)建的藍(lán)色起源公司計(jì)劃推出的大推力運(yùn)載火箭，將使用7個(gè)以天然氣和液氧為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其三級(jí)版本高95米，第三級(jí)裝備使用液氫與液氧的發(fā)動(dòng)機(jī)，可將載荷發(fā)射至近地軌道以外。

“火神”火箭——美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司推出的新一代火箭，計(jì)劃于2019年取代公司現(xiàn)有的“宇宙神5”型火箭，并有望最終取代“德?tīng)査?”型火箭。這種火箭第一級(jí)可以空中回收。據(jù)介紹，它的第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在高空與火箭燃料箱等分離，然后打開(kāi)降落傘降速，下降到一定高度再派直升機(jī)將其抓住。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭——美國(guó)航天局深空探索計(jì)劃的一部分。這種火箭由航天飛機(jī)演變而來(lái)，預(yù)計(jì)燃料為液氫和液氧。據(jù)美國(guó)航天局網(wǎng)站說(shuō)，“太空發(fā)射系統(tǒng)”的最高載荷可達(dá)130噸。

新“能源”火箭——俄羅斯國(guó)家航天事務(wù)集團(tuán)表示將以曾經(jīng)可與“土星5號(hào)”媲美的蘇聯(lián)“能源”火箭技術(shù)為基礎(chǔ)，改進(jìn)“格魯什科”科學(xué)生產(chǎn)公司制造的RD-171型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在未來(lái)5至7年研制出近地軌道運(yùn)載能力達(dá)160噸的超重型運(yùn)載火箭，用于探索月球及其他天體的任務(wù)。

發(fā)展重型火箭成為各國(guó)共識(shí)

近幾年，中、美、俄又不約而同地將目光投向了重型火箭。“作為世界上僅有的兩個(gè)航天強(qiáng)國(guó)，當(dāng)前美國(guó)NASA正在研制新一代重型運(yùn)載火箭‘空間發(fā)射系統(tǒng)，近地軌道運(yùn)載能力130噸;俄羅斯也提出了未來(lái)研制重型火箭的計(jì)劃。”火箭院運(yùn)載火箭專(zhuān)家秦旭東介紹。

與此同時(shí)，中國(guó)重型運(yùn)載火箭也正在開(kāi)展前期技術(shù)攻關(guān)，處于“關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及方案深化論證”階段，其規(guī)劃近地軌道運(yùn)載能力大于百?lài)崱８鶕?jù)規(guī)劃，我國(guó)重型運(yùn)載火箭計(jì)劃于2030年前后首飛。

載人登月離不開(kāi)重型火箭

火箭是人類(lèi)進(jìn)入太空的最主要方式。航天界有句行話(huà)：“運(yùn)載火箭的能力有多大，航天的舞臺(tái)就有多大。”火箭院型號(hào)系列總師龍樂(lè)豪院士曾表示：“重型火箭是面向未來(lái)的科技，有重型運(yùn)載火箭的保駕護(hù)航，人類(lèi)才有可能建立月球基地、火星基地，為人類(lèi)邁向更遠(yuǎn)的深空打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”

秦旭東介紹，目前世界各國(guó)研制重型火箭主要是為了載人登月、載人火星探測(cè)，以及建設(shè)空間基礎(chǔ)設(shè)施。比如“空間發(fā)射系統(tǒng)”誕生的背景是，美國(guó)奧巴馬政府提出了“2025年實(shí)現(xiàn)載人登陸小行星、2030年載人探測(cè)火星并安全返回”的目標(biāo)。

“到2030年前后，當(dāng)中國(guó)有了自己的重型運(yùn)載火箭，就能為載人登月、深空探測(cè)提供強(qiáng)大支持，并為火星采樣返回提供充足的運(yùn)載能力。”秦旭東說(shuō)。

發(fā)展重型火箭關(guān)乎人類(lèi)發(fā)展

秦旭東說(shuō)，發(fā)展重型運(yùn)載火箭，對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)既具有十分現(xiàn)實(shí)的意義，也密切關(guān)系著人類(lèi)的未來(lái)。

開(kāi)發(fā)利用空間資源。目前世界各國(guó)已經(jīng)進(jìn)入能源緊缺的高峰期，如果能建設(shè)空間太陽(yáng)能電站，就可擁有取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能資源，但這至少需要運(yùn)載能力百?lài)嵓?jí)的支撐，只有重型火箭才能實(shí)現(xiàn)。

提升民族凝聚力。20世紀(jì)60年代，美國(guó)政府公布了“阿波羅載人登月計(jì)劃”后，每一名美國(guó)人都對(duì)計(jì)劃高度關(guān)注，愛(ài)國(guó)熱情空前高漲。曾有美國(guó)人回憶那個(gè)年代：“只要你說(shuō)你的事情與登月有關(guān)，所有人都會(huì)為你開(kāi)道。”顯然，發(fā)展重型運(yùn)載火箭，開(kāi)啟載人登月、載人火星探測(cè)計(jì)劃將大大提升民族凝聚力，增強(qiáng)自豪感和自信心。

牽引科技，反哺經(jīng)濟(jì)。重型運(yùn)載火箭的研制能促進(jìn)整個(gè)航天系統(tǒng)技術(shù)的更新?lián)Q代，帶動(dòng)包括電子元器件、精密儀器制造等各行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，大大推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

幫助我們更懂地球。掌握地球的演化和未來(lái)走向，必須要探測(cè)類(lèi)地行星，例如火星。因此，發(fā)展重型火箭是了解地球起源、人類(lèi)歷史的重要手段，對(duì)類(lèi)地行星的探索具有極高的科學(xué)價(jià)值，對(duì)全人類(lèi)的發(fā)展意義重大。