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依然使用的是俄罗丝临蓐的EnclaveD-180火箭引擎,俄罗化学纤维缪向神州出售其面对青睐的HavalD-180火箭引擎

发布时间:2020-03-12 13:34编辑:威利斯人官方网站浏览(199)

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      美国《防务新闻》网站3月1日报道,美国发射联盟(ULA)于当天上午9点49分从加利福尼亚范登堡空军基地发射了一枚机密卫星,这是ULA本年度的第二次发射任务,发射代号为NROL-79。虽然美国官方渠道宣称,这次的发射载荷是美国国家侦察局“有关国家安全的有效载荷”,观察者网从相关渠道获知,此次发射的是命名为Intruder 12A和Intruder 12B的两颗电子间谍侦察卫星。此外,本次发射使用的Atlas V 401运载火箭,仍然使用的是俄罗斯生产的RD-180火箭发动机。

    资料图:图为俄媒报道的RD-180火箭发动机与结构示意图。RD-180火箭发动机推力可达400吨,燃料为液氧和煤油。有专家评价称,RD-180发动机是目前世界上同级别产品中最优秀的一种。无论从推力、重量,或是可靠性方面,该发动机均要优于国外的同类产品。(拖拽图片或右键“在新标签页中打开”可查看大图)

    威利斯人官方网站,在长征五号火箭研制之前,中国的长征系列运载火箭一直是在已有的技术基础上进行改进,核心部件火箭发动机推力没有质的提升,增大火箭的推力与射程,只能依靠加装助推器与火箭的级数。老旧的火箭使用有毒的四氧化二氮与偏二甲肼推进剂,剧毒且污染环境。

    威利斯人官方网站 3  Intruder电子侦察卫星,其难点在于大口径环形卫星天线复杂的折叠机构和天线精度

    (参考消息网1月29日报道)据美国科技艺术网站1月18日报道称,俄罗斯打算向中国出售其备受推崇的RD-180火箭发动机。

    为全面提高中国运载火箭的整体水平和能力,中国急需一种大推力、高可靠、低成本、无毒、无污染的运载火箭。新火箭还需具备模块化设计,可根据不同模块组装成不同推力的火箭。长征五号火箭就是在这种背景下进行研制的。

      Intruder12A和12B属于电子侦察卫星,装备有大口径环形卫星天线,能监听外国无线电通信,包括地面与核潜艇之间的通信。有些卫星利用巨型天线和其他设备甚至能发现水下某些深度内的潜艇。但是,这类巨型天线对自身精度要求很高,尺寸太大又无法整体发射,只能使用复杂的机构折叠后装入火箭,进入太空后再展开,展开后还要保证天线精度,技术要求极高。而中国在此技术上也已经有了实质性的突破。

    报道称,自2014年克里米亚危机以来,美国国会一直加大对本国航空航天工业的压力,要求其终止使用俄罗斯生产的火箭发动机。尤其是,一些议员要求联合发射联盟公司在其“”阿特拉斯“-V(Atlas V)运载火箭中停止使用RD-180发动机。这种火箭发动机为美国发射了许多关乎国家安全的卫星等有效载荷,发射任务成功率为百分之百。

    改造老旧型号火箭 长征三、四号推力性能无本质提升

    威利斯人官方网站 4 中国天通一号01移动通信卫星安装有两个大口径环形天线,是我国在该领域的首次突破

    据美国科技艺术网站报道,由于联合发射联盟公司(United Launch Alliance)计划在下一个10年初期过渡到使用美国国产发动机,采用其他已经飞行或很快就要上线的美国火箭,俄罗斯RD-180发动机的制造商正在寻求别的市场。在这个过程中,他们在中国找到了愿意的买家。

    自20世纪70年代以来,中国一直依靠“长征二号、长征三号、长征四号”运载火箭及其改进型来完成大部分轨道发射任务。如果追溯技术源头,这三型火箭都源自1971年首飞的东风5号洲际弹道导弹。

      在2014年克里米亚事件发生之后,美国宣布对俄罗斯进行制裁,这其中就包括停止从俄罗斯进口RD-180火箭发动机。RD-180发展自前苏联为能源号火箭研制的RD-170系列发动机,俄罗斯液体火箭发动机以燃料泵决定,而不是喷管数量,而四喷管的RD-170只有一台燃料泵,因而在重新设计了燃料泵之后,拆分产生了两喷管的RD-180,由于提高了腔压等参数,RD-180的推力超过RD-170的一半,海平面推力约390吨。

    报道称,虽然RD-180的火箭发动机技术已有40年之久,但它仍为世界上性能最佳的发动机之一,服务记录近乎完美。RD-180拥有86万磅(约合390吨)的强大推力。

    “长征三号”运载火箭是以“长征二号”运载火箭为基础进行研制的,主要关键技术在火箭的第三级。第三级火箭首次采用低温液氧/液氢推进剂,液氧的沸点温度在-183℃,液氢沸点温度更低为-253℃,在这样低的温度下,有许多难题需要克服。

      从2000年起,俄罗斯开始向美国出口RD-180发动机,ULA将该发动机使用在Atlas系列火箭新一级上。在使用了14年之后,美国开始为Atlas的起飞发动机寻求美国供应商。这份合同最终给到Aerojet Rocket公司,该公司开发的AR-1甲烷发动机预定于至少2019年之后完成。在AR-1发动机堪用之前,Atlas将继续使用采购的RD-180库存。

    报道援引英国《金融时报(Financial Times)》的报道称,西方官员和俄罗斯官员都一直密切跟踪谈判情况。报道称,对美国及其盟国来说,他们担心中国对这一发动机技术的使用会超出太空和平利用的范围。报道还称,俄罗斯方面也心存戒备,因为中国不像联合发射联盟公司那样只希望作为一名顾客。相反,中国人是想最终自己生产火箭发动机。

    该型火箭的第一级安装四台YF-21发动机,第二级是一台YF-24发动机,这样的火箭一、二级设计与长征二号类似,变化不大。

    威利斯人官方网站 5 NROL-79起飞瞬间

    长征三号运载火箭第三级所使用的YF-73氢氧发动机,由1台涡轮泵和4个独立的推力室并联组成,4个推力室同在一个圆周,呈“十”字形安装在发动机机架上,每个推力室都可沿圆周切向摆动,以控制飞行姿态,可以两次点火工作。

    “长征三号”第三级YF-73发动机,由1台涡轮泵和4个独立的推力室并联,涡轮泵排气加热氢气和氦气,分别给氢、氧贮箱增压

    YF-73发动机结构图,采用开式循环,四个燃烧室推进剂由一台涡轮泵驱动

    “长征三号甲”第三级YF-75氢氧发动机,通过机架并联两台该型发动机使用,发动机可双向摆动,YF-75是继YF-73之后的中国第二代低温发动机

    作为发射地球同步轨道卫星的备份火箭,上海航天局自1974年起,用了10年的时间成功研制了“长征四号甲”和“长征四号乙”运载火箭。

    与长征三号思路相似,长征四号火箭也是在“长征二号”的基础上增加一个第三级形成的,一级和二级继承了“长征二号”和“长征二号丙”成熟的技术,但与长征三号不同的是,增加的火箭第三级使了与一、二级相同的常温液体推进剂,动力为两台YF-40发动机,可双向摆动。

    YF-40发动机

    攻克大推力发动机技术难题 研制长征五号运载火箭

    “长征五号”早于1986年在“863计划”支持下开展了前期的论证,但那时的中国航天工业还不具备生产大推力火箭发动机的能力,这意味着大推力火箭只能存在于概念中。不过,这种情况在90年代初发生了改变,当时中国获得了俄罗斯RD-120发动机成品,RD-120就采用了先进的高压补燃循环技术。

    高压补燃循环,预燃室中氧气充足,排气驱动涡轮泵后,全部注入燃烧室

    21世纪初,国内开始研制两种大推力火箭发动机:基于RD-120技术的120吨推力液氧/煤油发动机YF-100和50吨推力液氧/液氢发动机YF-77。

    实际上,YF-100和YF-77在研发的过程中都遭遇了重大挑战,导致了长征五号发展的重大延迟,中国航天业花了近20年的时间才消化完RD-120技术,并给出自己的设计。使中国成为既俄罗斯之后,成为世界上第二个掌握高压补燃循环发动机技术的国家。

    YF-100发动机,基于俄罗斯RD-120发动机技术,采用液氧/煤油推进剂,使用高压补燃循环技术,长征五号助推器动力,半个世纪前,美国土星五号运载火箭采用F-1发动机,地面推力约690吨,相当于5台YF-100发动机

    YF-77火箭发动机,采用液氧/液氢推进剂,YF-77火箭发动机采用开式循环,预燃室产生的燃气,分别驱动燃料泵和涡轮泵,驱动涡轮后的废气直接排到发动机外面

    中国航天科技集团公司和国防科工委于2001年开始对下一代运载火箭进行初步研究,该计划不只是发展一个新的运载火箭,还包括对整个空间基础设施进行广泛的升级,在天津建造新的运载火箭和宇宙飞船制造和测试工厂,在海南岛建造一个新的发射场,并建造用于两地转运火箭设备的海上运输船。

    长征五号的设计任务被分配给中国运载火箭技术研究院,该火箭是一种全新的设计,采用了以前长征火箭设计所没有的一系列新技术,包括新的发动机、数字飞行控制系统、新的焊接技术等。

    长征五号系列实行模块设计,由直径为5米、3.35米和2.25米的三种模块构成。其中5米模块包含两台50吨级YF-77发动机或两台9吨级YF-75D发动机,3.35米模块包含两台120吨级YF-100发动机,2.25米模块包含一台120吨级YF-100发动机。

    模块化设计的好处是可以根据需要,把不同模块组装成不同推力的火箭,以执行不同的任务。例如长征五号运载火箭系列中最强的型号,以两个5米模块主推进器,另配4个3.35米模块助推器。

    经历种种坎坷 长征五号再次屹立海南文昌

    长征五号作为中国新一代重型运载火箭发射系统,与欧洲的阿里安5型和美国的德尔塔IV型重型火箭的性能并肩。该型运载火箭的设计目的主要是将商业卫星、空间站模块和深空探测器送入轨道。

    2016年11月3日,长征五号遥一火箭搭载实践十七号卫星,在海南文昌发射成功,但发射过程中二级故障提前关机,但上面级通过延长燃烧时间成功把卫星送入预定轨道。火箭采用“远征二号”上面级,其动力为两台YF-50D发动机,推进剂为四氧化二氮与偏二甲肼。

    此次采用芯一级两台50吨级氢氧发动机与四枚助推器各两台120吨级液氧煤油发动机组合起飞方案,10台发动机同时点火,起飞推力达1060吨。距离美国土星五号的近3000吨起飞推力,还存在一定差距。

    长征五号底部发动机布局

    2017年7月2日,长征五号遥二火箭搭载实践十八号卫星,因为一级故障,发射失败。公开资料显示,发射失利原因是,两台YF-77芯一级液氢液氧发动机其中一台出现了异常。

    此前,天津航天长征火箭制造有限公司总经理陶钢接受记者采访时表示,通过对故障的定位、分析,已经查明原因,而且采取了有效措施。如今,长征五号遥三火箭又屹立在海南文昌发射场。

    助力“长征九号”载人登月 500吨级发动机研制工作不断推进

    国内早已经意识到自己在大推力火箭发动机研制方面的落后,除了确保“长征五号”计划顺利进行,还正着手研制单台推力达500吨的液氧煤油机及单台推力为200吨的氢氧机,这两型发动机,将是负责中国载人登月、火星考察的“长征九号”重型运载火箭的主力发动机。

    从左至右依次为:土星五号、美国新一代SLS火箭、长征九号、美国蓝色起源公司的New Glenn火箭、SpaceX公司的Starship火箭

    今年3月,由中国航天科技集团六院研制的500吨液氧煤油发动机燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功。

    目前,世界上超过500吨级液体火箭发动机仅有两款,一款是美国F-1火箭发动机,这是美国阿波罗登月的土星五号运载火箭的芯一级动力。另一款是俄罗斯的RD-170,这是迄今为止推力最大的火箭发动机,最大推力达到840吨,不过包含四个燃烧室。

    去年11月份,在珠海航展上,俄罗斯动力机械科研生产联合体展示了RD-180火箭发动机。该公司的总经理伊戈尔·阿尔布佐夫在接受记者采访时表示,希望中国可以引进RD-180发动机。因为RD-180推力达400吨,可以满足当前的载人登月任务需求。

    RD-180发动机,双燃烧室

    冷战结束后,美国航天部门的预算大幅削减,急需一款性能稳定价格便宜的火箭发动机,所以俄罗斯的RD-180发动机成为美国航天部门采购的对象。2018年1月,据Ars Technica报道,自2014年克里米亚危机以来,美国国会一直加大对本国航空航天业的压力,要求其终止使用俄罗斯生产的火箭发动机。一些议员要求联合发射联盟公司在其“宇宙神V号”运载火箭中停止使用俄制RD-180发动机。

    联合发射联盟公司计划在下一个10年初期过渡到使用美国国产发动机,采用其他已经飞行或很快就要上线的美国火箭,俄制RD-180发动机的制造商正在寻求别的市场。Ars Technica报道称,中国对这一发动机感兴趣,但不想购买成品发动机,而是希望获得生产技术许可。

    美国开始弃用RD-180发动机,俄罗斯开始同中国商谈火箭发动机领域的合作。不过,随着中国自己的500吨级火箭发动机的研发不断推进,可能意味着中国不需要引进俄罗斯的RD-180。

    结束语

    1990到2010年之间,中国将有限的航天资金,集中在载人航天与探月工程项目上,具体到运载火箭分系统的研制上,主要是对长征二号、三号液体火箭的进行改进,但推力性能无本质提升。

    为全面提高中国火箭的整体性能,通过多年技术攻坚,作为长征五号运载火箭动力的YF-100、YF-77大推力发动机早已研制成功。如今,克服此前发射失利的长征五号,又一次屹立在海南文昌发射基地,成功复飞。但是,长征五号并非中国航天的终点,更强大的长征九号重型运载火箭搭载着“载人登月”梦想,也已离我们不远。

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