长征七号运载火箭(缩写:CZ-7),是中国航天科技集团公司一院为主研制,是为满足我国载人空间站工程发射货运飞船和未来运载火箭更新换代的需要而研制的新一代高可靠、高安全、无毒、无污染的中型液体火箭。长征七号火箭采用“两级半”构型,箭体总长53.1米,芯级直径3.35米,捆绑四个直径2.25米的助推器,起飞重量597吨,运载能力达到近地轨道13.5吨,太阳同步轨道5.5吨,达到国际先进水平。
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看全球新一代火箭如何“龙争虎斗”
发布时间:2016-06-06    来源:微航天

大家知道,长征五号、长征七号运载火箭首飞将是今年中国航天科技集团公司的重头戏。中国在紧锣密鼓地打造新一代长征运载火箭家族,其他国家也没闲着,世界上新一代运载火箭的更新换代也正如火如荼地进行着,美国、俄罗斯、欧洲、日本和印度都正在积极研制新一代运载火箭……

百花齐放的新一代火箭

美、欧、日等西方国家在冷战后就已经研制了一批新型运载火箭。如美国的德尔塔4火箭和宇宙神5火箭、欧洲的阿里安5火箭和日本的H-2系列火箭。但是为了满足新时代的发展需求,他们仍然开展了下一代运载火箭的研究。

与此同时,俄罗斯和中国的新一代运载火箭也陆续完成了研制并相继开展发射活动,而印度的新型运载火箭也即将发射。

美国

美国是当今世界航天实力最强的国家,围绕低成本运载火箭的需求,各大航天公司“八仙过海,各显神通”。在下一代运载火箭中,既有老牌厂商联合发射联盟提出的火神火箭,也有新秀SpaceX公司的猎鹰9改进型和重型猎鹰火箭。

不甘寂寞的轨道科学公司还在安塔瑞斯II火箭之外,提出了基于固体发动机的新一代运载火箭设想,而蓝色起源公司也提出了自己的大型运载火箭设计。

欧洲

欧洲国家同样启动了新一代运载火箭的研究。这其中,他们既考虑到了维持欧洲航天工业研制的自身能力,也考虑到了在美国一些公司,尤其是SpaceX公司廉价的猎鹰9火箭竞争下,要加强竞争能力的因素。

欧洲的新一代运载火箭——阿里安6火箭是一种使用氢氧发动机芯级,同时捆绑了更灵活的固体助推器的新型火箭,它将用于取代阿里安5火箭,不过,其发射成本却较之以往有大幅度降低。

日本

日本同样开展了新一代运载火箭的研究。目前,H-3型运载火箭已经正式立项,并计划在2020年后投入发射,H-3火箭是一种模块化的运载火箭,将取代日本现有的H-2A等火箭。它使用了新研制的LE-9开式膨胀循环氢氧发动机。据有关媒体报道,该枚火箭的发射成本同样会有大幅下降。

俄罗斯

本该与“宇宙神5”和“阿里安5”同场竞技的俄罗斯新型火箭却姗姗来迟,但它们身上同样寄托着该国航天发展的希望。

俄罗斯的安加拉运载火箭已经完成了“安加拉1.2PP”和“安加拉5”的首次发射。目前,“安加拉1.2PP”已经进入了商业发射的供货清单,而安加拉5火箭今年也将再次登场发射EKS卫星。

印度

根据印度媒体报道,印度的GSLV MKIII型火箭首次发射也提前到2016年底,它使用了S200大型固体助推器和并联液体发动机的芯级,具有4吨多的地球同步转移轨道运力。

化繁为简是通用法则

世界各国对运载火箭有着不同的需求,因而新一代运载火箭的研制可以说是百花齐放,但各国的新一代运载火箭在研制上又互相影响,最终方案也有着很多类似之处,也能体现出运载火箭未来的发展趋势。

世界各国新一代运载火箭都摆脱了早期以弹道导弹为基础衍生出的复杂设计方案,而是从设计之初就考虑到了组合化、模块化和通用化,以不同的模块搭配组合,覆盖宽广的发射运力范围,满足主流航天发射的需求。

相关案例并不少见,其中,既有安加拉火箭和长征五号火箭、长征七号火箭这样以液体火箭模块为核心的设计,也有西方“宇宙神5”、“阿里安6”、“火神”和H-3等捆绑固体助推器的设计,还有“德尔塔4”这样兼用固体助推器和通用液体芯级的方案。

通过模块化的方案,运载火箭得以实现总体设计的系列化和组合化。这不仅降低了火箭研制和生产的成本,还大大提高了运载火箭的性价比和发射的灵活性。

殊途同归的未来路

在美、欧、日的新一代运载火箭中,固体助推器的使用十分普遍。姑且不论现有的“德尔塔4”和“宇宙神5”,就看美国正在研制的火神火箭最多就能捆绑6枚助推器,而欧洲的阿里安6火箭和日本的H-3火箭也都可以灵活捆绑固体助推器。

固体火箭的发动机虽然比冲不高,但研制的生产成本低,这有利于降低发射成本。轨道科学公司还特意提出了火箭的第一级和第二级使用固体火箭发动机的一次性运载火箭方案。有消息称,该运载火箭的成本远低于同级别的液体运载火箭。此外,小型固体助推器尤其便于灵活调节推力和运力,满足不同载荷对火箭的运力需求。

此外,新一代火箭还普遍使用了高性能氢氧上面级。“火神”、“阿里安6”、H-3等火箭以及蓝色起源公司和轨道科学公司正在研制的新型火箭,都使用了高性能的氢氧发动机,此举能显著提高火箭的运载能力。

根据齐奥尔科夫斯基公式,我们很容易认识到,提高比冲和推进剂质量比对提高运力的价值。这一点在火神火箭的ACES先进低温演进上面级上尤其明显。

同时,阿里安6火箭和H-3火箭的氢氧上面级也相当出色。另外,即使是以一次性廉价火箭为目标的轨道科学公司,也为它的新一代运载火箭配备了BE-3U氢氧发动机。

美国SpaceX公司的运载火箭都使用液氧煤油发动机,未来打算使用液氧甲烷发动机。该公司的运载火箭很看重可重复使用,为此他们研制了推进剂质量比较高的箭体和推重比较高的Merlin1D+发动机。

蓝色起源公司正在研制BE-4液氧甲烷发动机,未来也计划进行第一级火箭的重复使用,甚至是老牌的联合发射联盟公司,也选用BE-4作为火神火箭的主发动机,并计划回收发动机实现重复使用。

毫无疑问,为了进一步降低成本,重复使用技术也正在成为新一代火箭的发展趋势之一。(松鼠)

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