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【航天】长征六号运载火箭秒杀印度航天
杨明亮 2015-11-28
导语

印度GSLVIII火箭只是起飞重量达到了世界四,它的运力甚至不如我国在1997年首次成功发射的长征三号乙运载火箭。

一箭多星,即用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的技术。一箭多星是一种优越的发射方式。一箭多星的发射成功,标志着运载火箭能力的提高,标志着发射技术和火箭与卫星分离技术上的新突破。

长征六号,是我国研制的新一代无毒无污染的小型运载火箭,为三级火箭,起飞质量103吨,具备700千米高度太阳同步轨道500千克的运载能力。该火箭具有成本低、高可靠、适应性强、安全性好等特点,有许多新技术是在中国国内首次应用,研制难度很大。长征六号于2009年立项,由航天八院负责研制。预计于9月19日在太原卫星发射中心以一箭多星的方式发射20颗小卫星。

2008年4月28日,印度一举把10颗卫星送入轨道,创下亚洲航天史的纪录。这10颗卫星总质量达824千克。此举极大地刺激了印度在航天领域的发展信心。

随着卫星技术的发展,出现了大量质量在1吨甚至500千克以下的小型遥感卫星和其他小卫星,100千克甚至更轻的卫星也屡见不鲜。对于这些小型载荷,使用我国现有的长征火箭如CZ-2C、CZ-2D、CZ-4B和CZ-4C发射都严重浪费了运载能力。以我国为土耳其发射的“蓝突厥-2”(GK-2)遥感卫星为例,发射使用的CZ-2D火箭的SSO轨道运载能力1.15吨,而GK-2卫星质量仅有400千克,运力浪费十分严重,这不仅让火箭大材小用更增加了发射成本。

同样以发射“蓝突厥-2”卫星的CZ-2D火箭为例,其发射报价仅有2000万美元,虽然远低于日本精雕细琢号称成本大幅降低的Epsilon火箭53亿日元(约5000万美元),但对比印度的PSLV火箭就处于劣势了。为了提高我国运载火箭的商业竞争力,减少大马拉小车的浪费,同时满足未来快速发射能力的需求,我国新一代运载火箭系列中特意规划了小型运载火箭,它最终发展成为CZ-6运载火箭。

长征六号运载火箭(CZ-6)是中国上海航天技术研究院研制的新一代无毒无污染小型液体运载火箭。长征六号为三级火箭,具有700千米高度太阳同步轨道500千克的运载能力。该火箭成本低、高可靠、适应性强、安全性好,有许多新技术是在中国国内首次应用,研制难度很大。长征六号运载火箭于2009年立项,已经顺利完成了全部系统级热试车,2013年12月在太原卫星发射中心完成场箭合练。据悉,CZ-6运载火箭的一子级将使用发动机燃气滚控系统,它工作在高温高压和富氧的恶劣工作环境下,对可靠性要求很高,通过多次热点火试验后,上海八院攻克了发动机燃气滚控技术的难题。CZ-6运载火箭第一级装有两台燃气滚控系统,这套系统在国内尚属首创。CZ-6运载火箭还使用了独特的发动机氧箱自生增压技术,液氧储箱的增压气体来自发动机燃气发生器,虽然还有一定的杂质,但可以省去原有的增压供配气系统,简化增压系统的结构,降低增压系统的质量并减少质量隐患。

另外,CZ-6火箭三子级发动机也有了更详细的介绍,据《中国航天报》报道,CZ-6小型运载火箭三子级发动机具备双向摆动和二次启动能力,它们不仅在一、二级分离后为火箭提供推力,还将在飞行期间为火箭提供俯仰、偏航控制力,这样的设计减少了火箭小型姿控发动机的数量,简化了姿控系统并提高了火箭工作的可靠性。

与此同时,一直把中国当做最大竞争对手的印度也没有闲着,在一箭多星大推力运载火箭研制方面也是加紧研制。据媒体报道,印度目前拥有PSLV和GSLV两种运载火箭,它们作为印度运载火箭的主力,发射了大量印度遥感和通信卫星,执行了月球和火星探测器的发射任务,还进军国际商业发射市场,取得不俗的成绩。

PSLV和GSLV火箭在小有成就的同时,也存在运力严重不足的问题。PSLV火箭的同步转移轨道运载能力仅有1吨出头,GSLV火箭也只有不到2.5吨,而印度自行研制的同步轨道通信卫星早已不乏3、4吨的质量了,它们不得不使用欧洲阿丽亚娜公司的阿丽亚娜5火箭发射。印度并不甘心在航天领域受制于人,于是积极启动并开展了新型大推力运载火箭的研制,也就是我们文章的主角:GSLVIII重型运载火箭。

GSLVIII火箭(LVM3)研制费用约5亿美元,它最终要具备将4吨重的卫星送入地球同步转移轨道,或是将10吨重的卫星送入近地轨道的能力。虽然4吨的同步转移轨道运力在今天实在不算多高,但它将使印度可以自行发射国产大型卫星,还首次具备进军商业通信卫星发射市场的能力,是印度航天发展新的里程碑。

根据印度空间研究组织的介绍,GSLVIII火箭长度为42.4米,直径5米,起飞重量630吨。GSLVIII最引人注目的就是它的两个大型固体助推器,印度人称之为S-200,表示这是一个装有约200吨固体推进剂的大型助推器。S-200固体助推器是印度将PSLV火箭的S-139固体助推器放大发展的结果,它的长度为21.9米,直径高达3.2米,使用高强度钢作为壳体,全重232吨其中包括207吨固体推进剂,燃烧时间139秒。S-200的峰值推力达到了525吨,但它的燃烧室平均压强只有4兆帕,导致地面比冲只有227秒真空比冲也仅有274秒,外加沉重的钢壳体,总体性能并不出色,唯一值得称道的就是推力巨大了。

GSLVIII火箭的芯一级被命名为L-110,表示它装有110吨液体推进剂,与大多数火箭不同的是,它的芯一级并非在地面点火,而是发射110秒后在高空点火,由于S-200固体助推器从发射一直工作到130秒,和L-110形成了近似的一二级关系,从而获得了更高的运载效率。不过又与大多数火箭不同的是,S-200固体助推器居然要在第149秒才分离,也就说它工作结束后,无用、沉重的壳体还会被火箭携带飞行将近20秒,这会严重影响运载效率。总体来看,GSLVIII火箭的设计和运载效率只能说是平庸。

GSLVMKIII火箭还设计了名为C-25的第三级,从这个命名我们可以知道,这是一个使用装有25吨低温(氢氧)推进剂的第三级,它使用印度新研制的CE-20发动机。CE-20发动机使用传统的燃气发生器循环,真空推力180~200千牛,真空比冲约440秒,不过到2014年10月底CE-20发动机才进行首次地面冷流试验,目前尚无进行第一次热试车的报道,按照印度人一贯拖延的习惯,完成研制恐怕至少还需要两年时间。CE-20发动机研制进度的滞后,也是这次GSLVIII火箭只能进行亚轨道试射、而非将物体真正送入太空轨道的根本原因。

中印同属发展中国家,在GSLVIII火箭进行首次亚轨道试射前,我国长征火箭成功进行了第200次发射。中国长期处于世界航天第二梯队的领头羊位置,现在真被印度超过了?这不过是项目发展的时间差,我国正在研制的长征五号重型火箭无论是技术、还是运力都远超印度GSLVIII火箭。实际上,GSLVIII火箭只是起飞重量达到了世界四,它的运力甚至不如我国在1997年首次成功发射的长征三号乙运载火箭。

如今,我国即将发射迄今为止运力最大的火箭,长征六号,虽然还未发射,但中印两国在火箭卫星领域的较量已经不属于同一个层次,这是地球人都知道的共识。

      ----转自 西陆


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作者 杨明亮

工程师

上海航天

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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