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一問到底丨載人登月發展,動力如何先行?

發布時間:2023-06-05 10:18:00來源: 央視新聞客戶端

  月球是我們(men) 藍色星球的近鄰,也是人類邁向更遠深空的中轉站。目前,我國正在進行月球探測的四期工程。前不久,中國載人登月也有了時間表,我國新一代載人火箭預計2027年首飛,在2030年前還將實現中國人首次登陸月球。

  航天發展,動力先行。近日,航天科技集團六院研製的我國載人登月火箭主力發動機——130噸級泵後擺液氧煤油發動機完成上試車台後的第六次試車,發動機累計試車時長達到3300秒,工作時長超10餘(yu) 倍任務時間,驗證了發動機工作可靠性的同時,再次創造我國百噸級發動機單台試車新紀錄。

  火箭大推力發動機的研製有多難?為(wei) 什麽(me) 要反複進行“試車”?未來能不能有超千噸推力發動機能助力中國航天邁向更加深邃的太空呢?

  什麽(me) 是“火箭發動機點火試車”?

  首先來給“登月火箭主力發動機”劃個(ge) 重點。發動機是核心部件,是一枚火箭的“心髒”。心髒的動能越大、力量越足,就能帶領重型火箭去更高軌道的太空探索。這一次,我國載人登月火箭主力發動機單台試車時長創下新紀錄,就是中國航天動力事業(ye) 對“大推力”發動機技術驗證的又一次跨越。

  到底什麽(me) 是“火箭發動機點火試車”呢?發動機試車,簡單來說,就是發動機點火並驗證其設計方案合理性和工藝可靠性的過程,這是任何一型發動機研製和交付等環節中不可或缺的重要一環。所謂“試車”,其實種類多達幾十種,會(hui) 貫穿發動機研製前後的各個(ge) 階段,每個(ge) 階段的試車都有不同的意義(yi) ,點火時長也從(cong) 幾秒到數百秒不等。

  專(zhuan) 家表示,在某一型發動機的研製階段,發動機會(hui) 完成從(cong) 單個(ge) 組件試車到全係統試車的一整套複雜的流程,小到一個(ge) 閥門,大到一台完整的發動機,都需要經曆千錘百煉。在研製階段過後,發動機試車將會(hui) 進入鑒定階段。完成鑒定階段的試車之後,這一型發動機便可以交付火箭使用了,但是這並不代表試車的結束,每一台發動機都需要在試車台上“熱一下身”才能達標。隨著我國航天事業(ye) 的不斷進步,試車台上也越來越忙碌。

  固體(ti) 火箭發動機和液體(ti) 火箭發動機有何特點?

  發動機是火箭的核心部件,目前主流的運載火箭發動機主要分為(wei) 液體(ti) 火箭發動機和固體(ti) 火箭發動機。那麽(me) ,這兩(liang) 種發動機都有什麽(me) 特點?

  固體(ti) 火箭發動機顧名思義(yi) ,就是使用固體(ti) 燃料作為(wei) 推進劑的火箭發動機,與(yu) 之相對應的是液體(ti) 火箭發動機,它們(men) 的工作原理相同,都是通過點燃推進劑產(chan) 生巨大推力,將航天器送入幾百甚至上萬(wan) 公裏的預定軌道。

  有所不同的是,固體(ti) 發動機主要使用的丁羥這種固體(ti) 燃料,也就是一種高能火藥,長征十一號運載火箭使用就是固體(ti) 燃料。而液體(ti) 發動機主要使用液氫液氧等液體(ti) 推進劑,大家熟知的長征五號火箭使用的就是液氫液氧。

  由於(yu) 使用的燃料不同,因此各自的特點也不相同。液體(ti) 發動機具有可控性強、點火時間長等特點,而固體(ti) 發動機具有結構簡單、機動靈活、瞬間推力大等優(you) 勢。而在未來,基於(yu) 兩(liang) 者優(you) 勢相結合的發動機組合模式,也將成為(wei) 新的設計思路,這也是世界航天大國都在致力發展的方向。

  載人登月 火箭發動機需要多大推力?

  在幾天前,5月30日9時31分,搭載神舟十六號載人飛船的長征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射並取得圓滿成功,而這一次搭載神十六航天員乘組奔赴太空之家的,就是我們(men) 最熟悉的中國載人航天的“神箭”——長征二號F係列,是當之無愧的“太空專(zhuan) 列”。

  長征二號F運載火箭,全長約58.3米,捆綁了4個(ge) 助推器,起飛重量大約500噸,火箭渾身上下大約90%的重量來自它攜帶著的燃料,這些燃料可以讓它在大約580秒的全程加速中達到每秒7.9公裏的第一宇宙速度。

  新一代載人火箭和重型火箭研製有序推進

  此時此刻,中國空間站在位於(yu) 距離地球400公裏的軌道上運行,可是地球和月球之間的平均距離有38.44萬(wan) 公裏,這就需要搭載更強勁“心髒”的新一代載人火箭的助力。我國正在論證載人登月方案,新一代載人運載火箭也預計將在2027年具備首飛條件。不遠的將來,中國航天員將有望登陸月球,後續還將建造國際月球科研站。想完成這些任務,火箭到底需要多大推力?還需要哪些新要求呢?

  據介紹,新一代載人火箭的箭體(ti) 直徑與(yu) 長征五號運載火箭相當,通過將已經成熟的火箭技術進行綜合運用,將滿足我國載人登月的任務需求。

  中國工程院院士航天科技集團一院長征係列火箭總師顧問龍樂(le) 豪相當於(yu) 三個(ge) 長征五號的芯一級,把它捆綁起來,每一個(ge) 芯級是三個(ge) 組合體(ti) 並聯的,每一個(ge) 組合體(ti) 上有7台發動機,每一台發動機推力將近120噸,就這麽(me) 一個(ge) 龐然大物。當然還有二級,這樣就把三個(ge) 中國人分兩(liang) 次發射,近地軌道的運載能力可以達到70噸左右,地月轉移軌道的能力,就是地球到月球的轉移軌道的運載能力大約是27噸,這樣可能分兩(liang) 次發射,將實現三個(ge) 中國人在2030年以前登上月球。

  同時,龍樂(le) 豪院士介紹,我國重型運載火箭也正在研製中,它箭體(ti) 直徑達到10.6米,高度110米左右,低軌道的運載能力可以達到150噸以上,地月轉移軌道的能力達到50噸以上,這將是未來運載能力最強的火箭。

  中國工程院院士航天科技集團一院長征係列火箭總師顧問龍樂(le) 豪這樣一個(ge) 火箭超過了可以說是曆史上所有的火箭的運載能力,將來除了實現我們(men) 更遙遠的,比如說載人火星探測,還有建立月球基地,甚至於(yu) 將來直接民用,就讓它建造空間太陽能電站來運輸,現在進展都還不錯,具體(ti) 這個(ge) 模樣都做出來了,生產(chan) 出來了,一二三級的發動機都已經相應做過了全係統的短程的熱試車考核,也就是說具體(ti) 方案都已經定了。

  更大推力火箭研製有何進展?

  實際上,我國自主研製的火箭發動機一直在頻傳(chuan) 捷報。

  去年11月,由航天科技集團六院自主研製的中國最大推力液體(ti) 火箭發動機首次整機試車圓滿成功。該型發動機設計推力500噸級,也是世界上推力最大的雙推力室高壓補燃液氧煤油發動機。據介紹,500噸級液氧煤油發動機的推力是現役120噸級液氧煤油發動機的4倍。首次整機試車的成功,標誌著該型發動機研製取得重大突破。

  去年底,由航天科技集團六院自主研製的我國推力最大的80噸級液氧甲烷發動機首台整機熱試車取得圓滿成功,為(wei) 我國商業(ye) 航天運載火箭提供主動力,同時也為(wei) 可重複使用運載器發展奠定重要技術基礎。發動機的推力有多大,航天的舞台就有多大。動力技術有了巨大發展,相信中國航天事業(ye) 就會(hui) 實現更大跨越。

  我國載人登月準備工作推進到哪個(ge) 階段?

  距離2030年還有不到7年時間,我國載人登月現在的準備已經到哪個(ge) 階段了?接下來要分幾步去實現登月?來聽中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明的介紹。

  中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明實現2030年前中國航天員登陸月球,當前我們(men) 已經完成了登月任務的相關(guan) 飛行器的關(guan) 鍵技術攻關(guan) 和方案的研製,當然也完成了登月總體(ti) 方案的論證和編製,這是當前的進展。

  至於(yu) 未來7年,我想應該是分成三個(ge) 大的階段:第一階段就是要完成各項研製和建設任務,這裏麵包括完成新一代的載人運載火箭、新一代的載人飛船、登月的月麵著陸器,還包括登月服、載人月球車等等飛行產(chan) 品的研製,還有補充建設文昌航天發射場,以及測控通信著陸場等相關(guan) 的地麵設備設施。第二階段就要進入無人飛行的驗證階段,這個(ge) 階段如果任務順利,我們(men) 將進入第三階段,就是載人登月的飛行階段。

(責編:李雅妮)

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