重型火箭：攻其艱險(xiǎn) 攀越高峰

近期，在第十二屆中國國際航空航天博覽會(huì)上，中國重型運(yùn)載火箭作為中國新一代運(yùn)載火箭中的重要一員與公眾見面。

實(shí)施重型火箭研制計(jì)劃，究竟意在何處？重型火箭作為化學(xué)推進(jìn)運(yùn)載火箭的巔峰之作，其研制難在何處？

航天界有一個(gè)共識(shí)，那就是“運(yùn)載火箭的能力有多大，航天的舞臺(tái)就有多大”。這句話生動(dòng)形象地闡述了運(yùn)載火箭與太空探索之間的邏輯關(guān)系，清晰地說明運(yùn)載火箭作為太空探索活動(dòng)基礎(chǔ)和前提的重要性。

其實(shí)，發(fā)展重型火箭有三大驅(qū)動(dòng)力。

動(dòng)力之一是來自探索浩瀚宇宙的認(rèn)知驅(qū)動(dòng)力。人類總是在夢(mèng)想探索無窮無盡的宇宙奧秘，總想走向更深更遠(yuǎn)的太空，無論是載人登月、載人登火，還是建設(shè)月球基地、深空基地，如果我們期望實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的進(jìn)入太空，重型火箭就是一種可行或者說唯一的解決方案。

動(dòng)力之二是來自實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力。重大工程帶動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，重大技術(shù)進(jìn)步反過來又促進(jìn)重大工程發(fā)展，重型火箭將促進(jìn)航天技術(shù)全面升級(jí)，帶動(dòng)新設(shè)計(jì)、新材料、新工藝、新制造、新器件等各行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

動(dòng)力之三是來自解決重大問題的現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)前，各個(gè)國家提出了多種重型火箭應(yīng)用場景，概括起來主要包括：空間太陽能電站和小行星采礦等能源再生場景、火星移民等新生存環(huán)境場景、天基發(fā)射等科學(xué)探索場景，這些應(yīng)用場景均是面向未來的現(xiàn)實(shí)問題，如果現(xiàn)在不考慮解決方案，等到若干年后可能就真的拿不出解決方案了。

重型火箭被稱作“火箭之王”。何謂重型火箭？一般情況下，近地軌道運(yùn)載能力在50 噸級(jí)及以上的運(yùn)載火箭為重型運(yùn)載火箭。其研制難度大已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識(shí)。由于運(yùn)載能力大幅增加，重型運(yùn)載火箭在研制中會(huì)遇到很多小型、中型及大型運(yùn)載火箭所沒有遇到的問題。

一是大動(dòng)力問題。發(fā)動(dòng)機(jī)是運(yùn)載火箭提供進(jìn)入空間的動(dòng)力，重型運(yùn)載火箭起飛規(guī)模一般在2000～4000 噸左右，這就要求基礎(chǔ)級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要提供3000～5000 噸以上的動(dòng)力，幾百噸級(jí)別的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)研制勢(shì)在必行。研制過程中大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒不穩(wěn)定性、大功率渦輪泵、高壓預(yù)燃室等每一個(gè)都是難關(guān)，非經(jīng)歷艱難險(xiǎn)阻難以實(shí)現(xiàn)。

二是大結(jié)構(gòu)問題。由于運(yùn)載能力、箭體直徑、載荷、火箭長細(xì)比之間的耦合關(guān)系，重型火箭的箭體直徑一般在10 米左右。而且火箭結(jié)構(gòu)需要解決輕質(zhì)量與高效率之間的矛盾，要求用極輕的結(jié)構(gòu)質(zhì)量承載更大的載荷。因此，在重型火箭研制中，大結(jié)構(gòu)問題相當(dāng)突出。大結(jié)構(gòu)將帶來一系列與設(shè)計(jì)、材料、工藝、工藝裝備等有關(guān)的新問題和關(guān)鍵制造技術(shù)。與大結(jié)構(gòu)直接相關(guān)聯(lián)的還有火箭運(yùn)輸和發(fā)射問題，運(yùn)輸方案制定、發(fā)射場選址、發(fā)射方式選擇都將成為工程實(shí)施中必須解決的難題。

三是大試驗(yàn)問題。運(yùn)載火箭需要試驗(yàn)科學(xué)和試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，地面試驗(yàn)越充分，火箭飛行越可靠。但是，面對(duì)10 米左右直徑、百米左右高度的龐然大物，如何完成動(dòng)特性獲取、整流罩分離、助推器分離、動(dòng)力系統(tǒng)試車等重要的試驗(yàn)考核項(xiàng)目成為重要難題。傳統(tǒng)的實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證似乎遇到了關(guān)卡，所以新的虛擬試驗(yàn)、數(shù)字試驗(yàn)將成為解決問題的關(guān)鍵途徑。

除大動(dòng)力、大結(jié)構(gòu)、大試驗(yàn)三大難題之外，在重型火箭研制中還有可能遇到一些以前不曾遇到或者曾經(jīng)解決但是面臨新情況的機(jī)理問題。

因此，對(duì)于重型運(yùn)載火箭研制者來說，不畏其難、不畏其險(xiǎn)，攻其艱難險(xiǎn)阻方可攀越高峰。