“我國新一代運載火箭正處于型號的初樣研制階段。這是一枚全新的火箭，一旦研制成功投入使用，將對我國提高運載能力有極大的幫助和躍升，我國有望再次躍居世界運載火箭先進(jìn)水平的行列。”中國工程院院士、運載火箭系列總設(shè)計師、國家月球探測工程副總設(shè)計師、中國運載火箭技術(shù)研究院研究員向《科學(xué)時報》作上述表示。
2009年3月，由龍樂豪等主筆的《我國一次性運載火箭的發(fā)展展望》一文發(fā)表在《中國科學(xué)》2009年第39卷上。龍樂豪在文中透露，我國將以滿足基本應(yīng)用需求為核心，合理規(guī)劃新一代運載火箭型譜。
醒得早 起得晚
研制一個新火箭一般需6年左右，但我國2006年批準(zhǔn)立項的新一代運載火箭“長征五號”由于起點較高，加上我國工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，建新型火箭需要配套建設(shè)一批基礎(chǔ)設(shè)施，因此，他估計至少到2015年我國新一代運載火箭才可能研制出來，并實現(xiàn)試飛。
在龍樂豪看來，我國新一代運載火箭的發(fā)展“醒得最早，但起得晚”。早在1986年，我國就提出了要設(shè)計、生產(chǎn)新一代運載火箭，但直到2006年中央專委才正式將新一代運載火箭批準(zhǔn)立項，2007年科工委正式批準(zhǔn)啟動生產(chǎn)。目前，該運轉(zhuǎn)火箭已命名為CZ-5。
相比之下，歐美等國在新一代運載火箭的發(fā)展方面則是“醒得晚，起得快”。20世紀(jì)90年代開始，各航天大國在不斷改進(jìn)現(xiàn)有火箭的同時大力研制新一代運載火箭。
“新一代運載火箭的發(fā)展完全突破第一代運載火箭在導(dǎo)彈武器基礎(chǔ)上發(fā)展所帶來的限制。”龍樂豪介紹，目前，美國已推出了德爾塔-4（Delta-4）和宇宙神-5（Atlas-5）兩個新型運載火箭系列，歐洲研制了阿里安-5（Ariane-5）運載火箭并持續(xù)提高其運載能力，日本推出了H-2A火箭系列，俄羅斯正在研制安加拉（Angara）火箭系列。
縱觀各國的運載火箭發(fā)展計劃，運載火箭的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)如下特點。
一是新一代運載火箭以氫氧發(fā)動機或液氧煤油發(fā)動機作為主動力，采用模塊化的組合方式形成運載能力覆蓋范圍較廣的運載火箭系列，且各航天大國運載火箭的更新?lián)Q代已經(jīng)或即將完成。國外新型運載火箭從設(shè)計開始就兼顧民用與軍用，以可靠性、安全性、經(jīng)濟性等作為主要的設(shè)計原則。國外新型運載火箭的芯級均采用大氫氧發(fā)動機或液氧/煤油發(fā)動機，及大直徑、少級數(shù)等方案，運載能力成倍提高。其近地軌道（LEO）運載能力已超過20噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運載能力達(dá)10噸級。
二是為增強運載火箭的任務(wù)適應(yīng)性，各國積極發(fā)展上面級技術(shù)。上面級是在基礎(chǔ)級火箭上面增加的相對獨立的一級（或多級），具有較強的任務(wù)適應(yīng)性，其工作段通常已進(jìn)入地球軌道，是提高火箭性能和提高任務(wù)適應(yīng)能力的有效途徑之一。像美國德爾塔-4和宇宙神-5兩個系列、歐洲的阿里安-5系列以及俄羅斯正在研制的安加拉系列運載火箭都是通過選用不同的上面級，形成擁有各種運載能力、能執(zhí)行多種任務(wù)的運載火箭系列。同時，隨著在軌服務(wù)需求的不斷增加，基于上面級技術(shù)的軌道轉(zhuǎn)移運輸飛行器也應(yīng)運而生，如美國的太陽能軌道轉(zhuǎn)移運輸飛行器（SOTV）、歐洲的自動轉(zhuǎn)移運輸飛行器（ATV）、日本的H-2A自動轉(zhuǎn)移運輸飛行器（HTV）等。
三是在由主流運載火箭完成主要進(jìn)入空間任務(wù)的同時，積極發(fā)展針對特殊應(yīng)用的運載火箭。像美國為重返月球計劃正在研制新型運載火箭戰(zhàn)神1和戰(zhàn)神5，戰(zhàn)神1為載人運載火箭，戰(zhàn)神5為載貨的重型運載火箭，采用人貨分運、近地軌道對接的方式實現(xiàn)載人登月的目標(biāo)。為滿足快速進(jìn)入空間的目標(biāo)，美國研制了空射運載火箭“飛馬座”，正在研制快速機動發(fā)射小型軍用火箭獵鷹（Falcon），歐洲正在研制小型運載火箭織女星（Vega）。
“家族式”系列面臨發(fā)展瓶頸
我國航天運載技術(shù)的發(fā)展起步于上世紀(jì)50年代，先后成功研制了長征一號、長征二號、長征三號、長征四號等15個型號的運載火箭，實現(xiàn)了從常溫推進(jìn)劑到低溫推進(jìn)劑、從串聯(lián)到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發(fā)射衛(wèi)星到發(fā)射載人飛船的跨越式發(fā)展，組成了相對完備的運載火箭型譜，近地軌道（LEO）運載能力達(dá)到8500kg，太陽同步軌道（SSO）運載能力達(dá)到6100kg，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運載能力達(dá)到5500kg，基本能夠滿足不同用戶的需求。
但與此同時，我國長征運載火箭仍屬于“家族式”系列，每個運載型號的發(fā)展都源于特定的需求，型號技術(shù)狀態(tài)差別較大，也還存在運載能力重疊的現(xiàn)象，還不是真正意義上的“系列化”運載火箭；盡管通過大量的可靠性增長工作不斷提高飛行成功率，長征運載火箭的設(shè)計可靠性仍然偏低；在役的長征火箭運載能力相對于國外的新型運載火箭有較大的差距，對于大型和重型有效載荷的發(fā)射要求已難以通過進(jìn)一步挖潛來滿足，一定程度上抑制了有效載荷的進(jìn)一步發(fā)展；同時，長征火箭在滿足小衛(wèi)星發(fā)射方面還存在空白；另外，上面級能力的不足限制了運載火箭的適應(yīng)性提高，不能滿足多星發(fā)射及空間運輸?shù)男枨�，�?gòu)成了未來技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
龍樂豪認(rèn)為，我國運載火箭的技術(shù)水平已開始與先進(jìn)國家拉開差距，國際競爭能力在漸漸弱化，在新的時期面臨多方面的機遇與挑戰(zhàn)。
首先是運載火箭技術(shù)亟須提高。龍樂豪說，當(dāng)今世界各航天大國都在積極研制高可靠、低成本、大直徑、少級數(shù)、使用無毒無污染推進(jìn)劑的新型運載火箭，都在分階段、有步驟地開展原有運載火箭的更新?lián)Q代。這些新型運載火箭的近地軌道運載能力一般超過20噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力可達(dá)到10噸以上，通過系列規(guī)劃、模塊組合可以適應(yīng)不同軌道發(fā)射任務(wù)的要求。目前以美國的宇宙神-5、德爾塔-4，歐空局的阿里安-5，日本的H2-A等為代表的各種新型運載火箭都已投入使用，原有火箭正逐漸退役，這些國家（地區(qū)）已經(jīng)或者即將全面完成一次性運載火箭的更新?lián)Q代。
其次是應(yīng)用需求日益旺盛。根據(jù)我國衛(wèi)星型號與專業(yè)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，未來的衛(wèi)星發(fā)展將以大型衛(wèi)星和小衛(wèi)星星座為主，地球同步軌道衛(wèi)星和非地球同步軌道衛(wèi)星的發(fā)射需求潛力都很大。初步統(tǒng)計表明，未來15年左右，我國軍用與民用衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量將超過200顆。目前以上衛(wèi)星已有部分選定現(xiàn)有運載火箭進(jìn)行發(fā)射，但還有相當(dāng)一部分與新一代運載火箭的研制計劃相銜接。
此外，二代導(dǎo)航二期工程、高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項、載人航天工程、月球探測工程以及未來可能的載人登月任務(wù)及其他深空探測任務(wù)等都對運載火箭的發(fā)展提出了迫切的需求。
合理規(guī)劃新一代運載火箭型譜
龍樂豪的辦公室里擺放著各式各樣的運載火箭模型，長征一號、長征二號……我國新一代運載火箭的雛形也在其列。
龍樂豪透露，我國正在研制的新一代運載火箭是遵循“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的總體思路，貫徹“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計思想，通過模塊化組合方式，可以形成包括5米直徑大型運載火箭、3.35米直徑中型運載火箭和小型運載火箭在內(nèi)的火箭系列，其近地軌道運載能力最大達(dá)到25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力最大達(dá)到14噸。
“新一代運載火箭將大幅提升我國進(jìn)入空間的能力，除了滿足衛(wèi)星發(fā)射的需求，還能滿足未來月球探測工程發(fā)射較大規(guī)模的月球返回探測器、載人航天工程的20噸級空間站等大型有效載荷的需求。”
不過，這些構(gòu)型中有些構(gòu)型的能力有重復(fù)，需在綜合考慮能力需求以及對未來任務(wù)的適應(yīng)性、成本、可靠性等因素的基礎(chǔ)上，合理地進(jìn)行歸并與濃縮，形成能很好滿足未來基本需求并且構(gòu)型較少的運載火箭型譜，力爭在20年內(nèi)完成一次性運載火箭的更新?lián)Q代。
“為滿足后續(xù)載人登月任務(wù)的需求，要求運載系統(tǒng)奔月軌道和環(huán)月軌道的運載能力分別為50噸和30噸，研制的CZ-5運載火箭系列都無法完成載人登月任務(wù)。”龍樂豪說。
龍樂豪透露，在利用CZ-5火箭的發(fā)動機和箭體直徑等技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，發(fā)展起飛重量約15000噸級的超大型運載火箭，采用軌道交會對接的方式，是我國在2025年前后實現(xiàn)載人登月的現(xiàn)實可行的方案。根據(jù)登月規(guī)模的需求，后續(xù)也可考慮發(fā)展起飛重量3000噸級的重型運載火箭完成建立月球基地等大規(guī)模的載人登月任務(wù)，并進(jìn)一步提高我國進(jìn)入空間的能力。
為滿足軍事現(xiàn)代化對快速響應(yīng)空間的要求，除液體小運載外，還可發(fā)展車載發(fā)射固體小運載、空中發(fā)射小型運載火箭，按照液體小運載依靠簡易設(shè)施周發(fā)射、固體小運載天發(fā)射和空射小運載小時計發(fā)射的指標(biāo)，逐步實現(xiàn)快速進(jìn)入空間的目標(biāo)。
因此，在一次性運載火箭領(lǐng)域，超大型和重型運載火箭作為未來載人登月和大規(guī)模深空探測的基礎(chǔ)，空中發(fā)射小型運載火箭和車載發(fā)射固體小型運載火箭作為快速進(jìn)入空間的重要途徑，都是未來一次性運載火箭型譜的重要補充。
“我們將以滿足基本應(yīng)用需求為核心，合理規(guī)劃新一代運載火箭型譜。”龍樂豪建議，我國可以制上面級為切入點、提升運載火箭的任務(wù)適應(yīng)能力，使我國未來形成包括小型、中型、大型、超大型以及重型運載火箭在內(nèi)的一次性運載火箭型譜，不僅可以滿足我國未來衛(wèi)星發(fā)射、載人航天、探月工程的基本要求，而且可以為大衛(wèi)星、大平臺等大型有效載荷的發(fā)展提供有力的保障，還可以為快速進(jìn)入空間及載人登月等特殊需求提供基礎(chǔ)支撐。
我國孕育新一代運載火箭 20年完成更新?lián)Q代
來源：互聯(lián)網(wǎng)
時間：2009-12-10 19:02:17
作者： 責(zé)任編輯：小美
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