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一问到底丨载人登月发展,动力如何先行?

来源:央视新闻客户端2023-06-05 09:52

  月球是我们蓝色星球的近邻,也是人类迈向更远深空的中转站。目前,我国正在进行月球探测的四期工程。前不久,中国载人登月也有了时间表,我国新一代载人火箭预计2027年首飞,在2030年前还将实现中国人首次登陆月球。

  航天发展,动力先行。近日,航天科技集团六院研制的我国载人登月火箭主力发动机——130吨级泵后摆液氧煤油发动机完成上试车台后的第六次试车,发动机累计试车时长达到3300秒,工作时长超10余倍任务时间,验证了发动机工作可靠性的同时,再次创造我国百吨级发动机单台试车新纪录。

  火箭大推力发动机的研制有多难?为什么要反复进行“试车”?未来能不能有超千吨推力发动机能助力中国航天迈向更加深邃的太空呢?

  什么是“火箭发动机点火试车”?

  首先来给“登月火箭主力发动机”划个重点。发动机是核心部件,是一枚火箭的“心脏”。心脏的动能越大、力量越足,就能带领重型火箭去更高轨道的太空探索。这一次,我国载人登月火箭主力发动机单台试车时长创下新纪录,就是中国航天动力事业对“大推力”发动机技术验证的又一次跨越。

  到底什么是“火箭发动机点火试车”呢?发动机试车,简单来说,就是发动机点火并验证其设计方案合理性和工艺可靠性的过程,这是任何一型发动机研制和交付等环节中不可或缺的重要一环。所谓“试车”,其实种类多达几十种,会贯穿发动机研制前后的各个阶段,每个阶段的试车都有不同的意义,点火时长也从几秒到数百秒不等。

  专家表示,在某一型发动机的研制阶段,发动机会完成从单个组件试车到全系统试车的一整套复杂的流程,小到一个阀门,大到一台完整的发动机,都需要经历千锤百炼。在研制阶段过后,发动机试车将会进入鉴定阶段。完成鉴定阶段的试车之后,这一型发动机便可以交付火箭使用了,但是这并不代表试车的结束,每一台发动机都需要在试车台上“热一下身”才能达标。随着我国航天事业的不断进步,试车台上也越来越忙碌。

  固体火箭发动机和液体火箭发动机有何特点?

  发动机是火箭的核心部件,目前主流的运载火箭发动机主要分为液体火箭发动机和固体火箭发动机。那么,这两种发动机都有什么特点?

  固体火箭发动机顾名思义,就是使用固体燃料作为推进剂的火箭发动机,与之相对应的是液体火箭发动机,它们的工作原理相同,都是通过点燃推进剂产生巨大推力,将航天器送入几百甚至上万公里的预定轨道。

  有所不同的是,固体发动机主要使用的丁羟这种固体燃料,也就是一种高能火药,长征十一号运载火箭使用就是固体燃料。而液体发动机主要使用液氢液氧等液体推进剂,大家熟知的长征五号火箭使用的就是液氢液氧。

  由于使用的燃料不同,因此各自的特点也不相同。液体发动机具有可控性强、点火时间长等特点,而固体发动机具有结构简单、机动灵活、瞬间推力大等优势。而在未来,基于两者优势相结合的发动机组合模式,也将成为新的设计思路,这也是世界航天大国都在致力发展的方向。

  载人登月 火箭发动机需要多大推力?

  在几天前,5月30日9时31分,搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射并取得圆满成功,而这一次搭载神十六航天员乘组奔赴太空之家的,就是我们最熟悉的中国载人航天的“神箭”——长征二号F系列,是当之无愧的“太空专列”。

  长征二号F运载火箭,全长约58.3米,捆绑了4个助推器,起飞重量大约500吨,火箭浑身上下大约90%的重量来自它携带着的燃料,这些燃料可以让它在大约580秒的全程加速中达到每秒7.9公里的第一宇宙速度。

  新一代载人火箭和重型火箭研制有序推进

  此时此刻,中国空间站在位于距离地球400公里的轨道上运行,可是地球和月球之间的平均距离有38.44万公里,这就需要搭载更强劲“心脏”的新一代载人火箭的助力。我国正在论证载人登月方案,新一代载人运载火箭也预计将在2027年具备首飞条件。不远的将来,中国航天员将有望登陆月球,后续还将建造国际月球科研站。想完成这些任务,火箭到底需要多大推力?还需要哪些新要求呢?

  据介绍,新一代载人火箭的箭体直径与长征五号运载火箭相当,通过将已经成熟的火箭技术进行综合运用,将满足我国载人登月的任务需求。

  中国工程院院士航天科技集团一院长征系列火箭总师顾问龙乐豪相当于三个长征五号的芯一级,把它捆绑起来,每一个芯级是三个组合体并联的,每一个组合体上有7台发动机,每一台发动机推力将近120吨,就这么一个庞然大物。当然还有二级,这样就把三个中国人分两次发射,近地轨道的运载能力可以达到70吨左右,地月转移轨道的能力,就是地球到月球的转移轨道的运载能力大约是27吨,这样可能分两次发射,将实现三个中国人在2030年以前登上月球。

  同时,龙乐豪院士介绍,我国重型运载火箭也正在研制中,它箭体直径达到10.6米,高度110米左右,低轨道的运载能力可以达到150吨以上,地月转移轨道的能力达到50吨以上,这将是未来运载能力最强的火箭。

  中国工程院院士航天科技集团一院长征系列火箭总师顾问龙乐豪这样一个火箭超过了可以说是历史上所有的火箭的运载能力,将来除了实现我们更遥远的,比如说载人火星探测,还有建立月球基地,甚至于将来直接民用,就让它建造空间太阳能电站来运输,现在进展都还不错,具体这个模样都做出来了,生产出来了,一二三级的发动机都已经相应做过了全系统的短程的热试车考核,也就是说具体方案都已经定了。

  更大推力火箭研制有何进展?

  实际上,我国自主研制的火箭发动机一直在频传捷报。

  去年11月,由航天科技集团六院自主研制的中国最大推力液体火箭发动机首次整机试车圆满成功。该型发动机设计推力500吨级,也是世界上推力最大的双推力室高压补燃液氧煤油发动机。据介绍,500吨级液氧煤油发动机的推力是现役120吨级液氧煤油发动机的4倍。首次整机试车的成功,标志着该型发动机研制取得重大突破。

  去年底,由航天科技集团六院自主研制的我国推力最大的80吨级液氧甲烷发动机首台整机热试车取得圆满成功,为我国商业航天运载火箭提供主动力,同时也为可重复使用运载器发展奠定重要技术基础。发动机的推力有多大,航天的舞台就有多大。动力技术有了巨大发展,相信中国航天事业就会实现更大跨越。

  我国载人登月准备工作推进到哪个阶段?

  距离2030年还有不到7年时间,我国载人登月现在的准备已经到哪个阶段了?接下来要分几步去实现登月?来听中国载人航天工程办公室主任助理季启明的介绍。

  中国载人航天工程办公室主任助理季启明实现2030年前中国航天员登陆月球,当前我们已经完成了登月任务的相关飞行器的关键技术攻关和方案的研制,当然也完成了登月总体方案的论证和编制,这是当前的进展。

  至于未来7年,我想应该是分成三个大的阶段:第一阶段就是要完成各项研制和建设任务,这里面包括完成新一代的载人运载火箭、新一代的载人飞船、登月的月面着陆器,还包括登月服、载人月球车等等飞行产品的研制,还有补充建设文昌航天发射场,以及测控通信着陆场等相关的地面设备设施。第二阶段就要进入无人飞行的验证阶段,这个阶段如果任务顺利,我们将进入第三阶段,就是载人登月的飞行阶段。

[ 责编:杨煜 ]
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