探索长征五号5米芯级模块火箭神秘的历史定位及其背后的层层谜雾

探索长征五号5米芯级模块火箭神秘的历史定位及其背后的层层谜雾

早前有ddeell72网友询问我对长征五号火箭的看法,但由于事务繁忙'而且整个问题又不是三言两语就可以述说得清楚,此事就一直拖了下来;因此今天特地用一篇评论的编幅来深入分析探索这一问题.如有不足之处特请ddeell72兄与及各位网友多多包涵原谅.

先将中国为什么要研制长征五号火箭根源的分析研究放到一边.让我们单纯从长征五号火箭本身的角度去分析,我认为长征五号火箭本身就存在三大谜点必须要深入探索研究.

第一章,长征五号火箭之谜.

谜点一.长征五号火箭5米芯级A'B方案竞争之谜.

目前从各方面传出的信息分析,在确定长征五号火箭5米直径芯级设计方案时曾经存在长时间的争论.最终可以归纳为两种不同的设计方案.

长征五号火箭5米芯级模块A方案。A方案主张用4台120吨级液氧煤油发动机作长征五号火箭第一级芯级,芯级直径5米左右,合计起飞推力480吨,再通过捆绑数量不等的助推器履盖不同的发射推力需求空间.第二级芯级则用一台(或者两台)120吨级液氧煤油发动机,芯级直径也是5米,推力120吨(或者240吨);而另一种方案则是利用2台(或者4台)50吨氢氧发动机研制第二级,推力为100吨(或者200吨).第三级则存在多种设计方案可供选择,第一种直接套用现成的长征三号乙火箭的氢氧上面级,第二种在现有长三乙火箭上面级的基础上再增加一台乃至数台发动机研制更大推力的上面级,第三种设想则是直接用国家目前研制中的50吨氢氧发动机研制全新的上面级火箭.

A方案最大的好处有4方面：首先.采用以4台120吨液氧煤油发动机设计芯级,由于发动机数量与目前使用中的长征二号捆绑火箭相同,因此未来长征五号火箭箭体的力学结构\内部设备布局与火箭飞行的气动力学特征将会与长征二号火箭存在很大的相似之处,设计难度将会大大降低.

其次.新火箭的研制完全可以抛开50吨氢氧发动机研制进度的影响来进行.由于长五火箭A 方案第一级\助推级\第二级完全可以利用120吨液氧煤油发动机来设计研制,而第三级也可以套用现成的长三乙火箭的氢氧上面级.不仅设计难度大大降低,而且由于一\二主级与助推级发动机单纯采用一种发动机,火箭的可靠性与发射场准备工作的简便性也将大大加强.此一优势深受火箭设计专家们的赞赏.

第三.A方案长五火箭起飞推力的扩展余地空间要远远优于B方案.由于第一级芯级就采用了4台120吨液氧煤油发动机,起飞推力达480吨.捆绑2台助推器推力将达720吨,捆绑4台助推器推力将达960吨,而捆绑四台3.35米模块作助推器起飞推力将达1440吨.

很显然,如果未来一段时间内中国不想研制更大推力的火箭发动机.长五A方案的1440吨起飞推力版本将是中国载人环月飞行最可能采用的火箭方案,因为只要利用50吨氢氧发动机研制上面级,中国完全可以在2020年之前将12至15吨重的扩大版载人神舟飞船送入环月轨道.至于发射大吨位的空间站组件,长五A方案1440吨起飞推力级火箭也完全可以承担得起,因

为其低地球轨道运载能力已达40吨以上.

第四.能够与120吨级液氧煤油发动机的改进型很好地涵接从而获得更大的起飞推力。由于大推力火箭发动机研制历程实在太过艰巨,不仅耗资巨大,而且时间周期也极为漫长("和平时期"一般都要15年左右,日本的LE7\欧洲的火神\中国的120吨级液氧煤油发动机都搞了接近20年才算成功成熟),世界各主流太空大国极少轻易启动全新大推力火箭发动机的研制工作."小修小改年年有,缝缝补补又三年"已经是目前世界大推力火箭发动机研制的常态.因此中国目前研制已经接近尾声的120吨级液氧煤油发动机的改进升级版本很快也将会展开,如果其推力达180吨的版本能够赶在2020年之前成熟,长征五号火箭A方案极限版起飞推力将可以达到2160吨,利用这种火箭采用月球轨道对接方式来执行中国的载人登月任务并非完全没有可能。

长征五号火箭5米芯级模块B方案

B方案就是目前中国已经选用,并即将执行研制生产任务的现成版长征五号火箭设计方案.由于这一方案的数据早已经公布,本人在此就不再深入论述.

谜点二.长征五号火箭3.35米芯级模块与5米芯级模块运力重叠冲突之谜.

我在深入分析长征五号系列火箭时,我就发现一个很有趣的现象,那就是3.35米芯级模块与5米芯级模块的运力差距不堪明显.由其是起飞推力500吨至1000吨这一区间.3.35米芯级模块起飞推力就达240吨,捆绑两台2.25米模块作助推器起飞推力将达480吨;捆绑4台助推器起飞推力将达720吨;但如果捆绑3.35米模块与2.25米模块各两台作助推器的话,起飞推力将达960吨.与之相反,采用5米芯级模块的长征五号火箭,如果捆绑4台2.25米模块作助推器,起飞推力也不过是580吨;捆绑3.35米与2.25米模块各两台作助推器起飞推力也不过是820吨;而只使是捆绑4台3.35米芯级模块作助推器的极限版,起飞推力也只有1060吨.

只要认真分析下目前与未来20年内中国可能发射的卫星重量,我就不能不说5米芯级模块的长征五号火箭的用处在发射卫星方面实在不大.首先请不要对我说什么长征五号3.35米模块的长径比问题,原因就在于美国的大力神3系列\4系列的长径比就要比中国目前长征三号火箭要大得多,可是大力神火箭一样成为美国政府空间重型载荷的发射主力,而且更从来不曾发生过因为长径比过大而导致到火箭箭体刚度不足凌空解体的事故.当然我不是说火箭的长径比可以无视,但中国长征五号火箭3.35米模块的长径比达到17乃至20还是可以接受的(美国今天的阿瑞斯一型火箭甚至更大).其次,也请不要对我说什么大型整流罩的限制问题.最明显的例子还是美国的大力神火箭,对比下大力神火箭的芯级直径再对比下大力神4系列火箭整流罩的直径,那可不是一般的大.事实上中国要给长征五号3.35米模块火箭配上5米直径的整流罩根本就不是不可克服的难题,而且整流罩的重量很轻,还可以采用空运的方式解决铁路运输的瓶颈问题.

更为重要的因素还在于长征五号火箭3.35米模块完全可以利用中国现成的内陆发射场进行发射(当然也包括未来的文昌发射场),而5米模块却只能限于海南文昌发射场发射.这样一来,我们就可以发现长征五号火箭5米直径模块的定位如果单纯用于卫星发射将极为不利,因为仅仅是长征五号火箭3.35米芯级模块,由其是起飞推力达720吨级的版本其近地载荷就已达14吨以上,GTO也完全可以超过6.5吨(如果在文昌发射场发射GTO只会更高);至于起飞推力