sunflower2018 发表于 2024-9-2 14:54:15

深度|中美欧俄运载火箭数据对比,差距悬殊,“星舰”继续引领

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当前,拥有发射火箭能力的国家主要包括美国、中国、欧洲、俄罗斯和印度等。在2023年,全球的火箭发射活动也是以美国、中国和俄罗斯为主导,三个国家2023年的发射量占全球总量的80%以上。

其中,美国的猎鹰系列(43%)、中国的长征系列(21%)以及俄罗斯的"联盟"系列火箭(8%),它们的发射次数在全球范围内占据了超过70%的比例。

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关键指标介绍

LEO运力指的是"Low Earth Orbit Payload Capacity",即低地球轨道的有效载荷能力(这个“低地轨道”,一般指平均高度在 600 公里之下、并且接近于圆形的轨道)。指火箭能够将多少重量的有效载荷送入低地球轨道。这里是众多导航卫星和国际空间站的运行轨道,在这一区域,一些小型火箭或许只能将几百公斤的有效载荷送入近地轨道,而一些大型火箭则有能力运载数十吨的有效载荷。
类似的指标还有中轨道卫星和高轨道卫星,具体见下图。

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下面我们从LEO运力的角度介绍下,各国现役火箭。
美国方面

在美国现役火箭领域,Space X 的猎鹰 9 号和猎鹰重型火箭占据着主导地位,执行了美国 80%以上的发射任务。自 2015 年猎鹰 9 号火箭获得美国国家安全太空发射认证以来,截至目前,猎鹰 9 号已经成功执行了 352 次发射任务,而猎鹰重型也进行了 10 次发射。
SpaceX无论在发射次数和运载能力上,无疑是处于全球top1。目前SPACE X仍聚焦于火箭的可回收利用技术,并将研发重点放在星际飞船上,如其最强的星舰!!!,其LEO运载能力100~150t(完全重复使用)250t(一次性使用)。

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美国其他火箭还有:
美国的火箭实验室推出的电子号运载火箭,主打可重复使用。该火箭最大LEO运载能力仅约0.32t,至今已成功发射43次,主要服务于商业小型卫星的发射市场,主打发射价格便宜,单次发射报价约0.075亿美元。

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联合发射联盟的火神系列,其主要是取代宇宙神5系列与德尔塔4重型火箭。该系列运载火箭在2024年1月8日完成了首次飞行任务,最大LEO运载能力约25.6t,要高于猎鹰九号。其主要是满足美国政府的国家安全太空发射计划,如部队和情报机构的国家安全和间谍卫星。

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萤火虫航天公司的萤火虫-阿尔法火箭。萤火虫-阿尔法火箭至今共进行了4次发射,LEO运载能力仅约1.1t,同样专注于商业小型卫星的发射任务。

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欧洲方面

欧洲火箭发射市场主要由阿丽亚娜系列的大型运载火箭和织女星系列的轻型运载火箭这两大系列构成。
其中织女星系列火箭由意大利航天局及欧洲航天局在1998年合作研发,于2008年首次发射,最大型号的LEO运载能力仅2.31t,服务于商业小型卫星的发射市场。

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欧洲现役运载火箭“三驾马车”中,阿丽亚娜系列火箭作为老大哥,可谓是当之无愧。自 2023 年 7 月阿丽亚娜 5 型火箭退役以及织女星火箭发射失败后,新一代的阿丽亚娜 6 型火箭便接过了欧洲航天发射的接力棒,成为了欧洲的主力火箭。

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原计划于 2020 年首飞的阿丽亚娜 6 型火箭,因技术难题的困扰,发射日程一再推迟,直至 2024 年 7 月 9 日才成功完成首次发射任务。阿丽亚娜 6 型火箭高达 59 米,不仅是欧洲最高的火箭,还拥有最大的起飞重量和体积。其中,阿丽亚娜 6 型 A64 型火箭的近地轨道运载能力达到 21.5 吨,虽略低于猎鹰 9 号的 22.8 吨,但在现役火箭中仍名列前茅。

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俄罗斯方面

现役的火箭家族中,安加拉、质子号和联盟号系列火箭占据着重要的一席之地。
安加拉火箭自服役以来已经成功执行了7次发射任务,包括了关键的有效载荷发射以及执行火星和月球等深空探测的战略性任务。目前有安加拉A1.2和A5两款完成过飞行,其中的安加拉-A5型号被设计来替代预计在2025年退役的质子号M火箭,其LEO运载能力达到24.5t。其余安加拉A3和安加拉A7现已经暂停了研发,后续主要经历集中在开发安加拉A5的改进型,如A5M,LEO运载能力有望突破27t。

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质子 M 火箭是罗斯质子号运载火箭系列的最新型号,自 20 世纪 60 年代中期以来一直是苏联/俄罗斯的主要火箭。该型号火箭计划于 2025 年退役,截至目前,已累计执行商业发射任务超过 115 次,leo近地轨道运载能力达到 24 吨。

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联盟号火箭是一款中型运载火箭,截至目前,已累计发射 177 次。其中,联盟 2 号火箭的近地轨道运载能力约为 8.2 吨,最新型号为联盟 2.1a。

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该火箭的主要目标是实现全面国产化,以满足包括军事卫星、载人航天器、货运飞船以及商业发射在内的多样化发射需求。

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中国

长征系列火箭作为我国航天发射的中坚力量,在中国航天事业中发挥着不可替代的重要作用。这个系列涵盖了从长征二号到十一号及其衍生型号,其中长征五号以其强大的运载能力而著称,其leo近地轨道的载荷能力高达25吨(理论值为32t,可以理解为未来的最大发展潜力),同美国猎鹰九号、欧盟阿丽亚娜6、俄罗斯安加拉-A5处于同一梯队。

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目前,我国仍在积极研发新一代火箭,包括长征六号 X 改型、长征九号、长征八号等,这些火箭均属于中型运载火箭,且都具备可回收利用的特性,包括一级火箭或助推器的垂直定点返回技术。

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近年来,我国商业火箭领域初创企业如雨后春笋般涌现,不少企业也已取得多次成功发射的佳绩。这些企业包括蓝箭航天、天兵科技、星际荣耀、东方空间、星河动力等,它们均推出了各自的火箭型号,涵盖了液体火箭和固体火箭等各类燃料型号。

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从现役/在研的情况看,LEO运力角度,运载能力最强的无疑是朱雀三号(蓝箭航天正在研制的可重复使用大型液氧甲烷运载火箭)和天龙三号。

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但不管怎么对比

放眼全球来看,目前马斯克的SPACE x无疑处于遥遥领先的位置,其最新的星舰v2的LEO 运载能力100~150t(完全重复使用)250t(一次性使用),是中欧俄现役最强火箭的5倍以上,是迄今全球最高、推力最强的火箭,没有之一。后续的星舰v3的LEO 运载能力将进一步提高400t(一次性使用)。

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而且创新并不止步,这不马斯克8月3号又展示SpaceX的Raptor 3新引擎。Raptor 3引擎的海平面推力为280吨,至少在参数上比现有地表最强的星舰,还要高出30%。

未来,SPACE X 的下一代火箭将搭载 35 台猛禽发动机,预计新火箭的起飞推力可达 9800 吨。相比之下,目前的星舰起飞重量约为 5000 吨。

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这一数字约为中国正在研制的长征九号重型火箭 2023 年最新版(6118 吨)的近两倍。
所以,太空探索永无止境,航天攻关任重道远。

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