运载火箭推力对比差距断崖,美国总推力7500吨,中国的令人意外
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目前世界上有能力向太空中,稳定发射包括卫星探测器在内的国家并不多,但是有一些人发现,中国运载火箭的推力和美国运载火箭的推力,似乎有些差距。
Space X公司的新型重型运载火箭发动机总推力已达到7500吨,与中国相比存在断崖式差距,那么中国先进火箭的总推力到底是多少呢?
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美国新一代运载火箭推力惊人
当前世界上推力最大的火箭,是马斯克的Space X公司设计研发的星舰2号。根据已知的消息来看,该火箭的最大推力达到了7590吨,整艘运载火箭的起飞重量就达到了4100吨,近地轨道最大运输能力150吨。
根据Space X公司目前所公布的消息来看,星舰2号将成为一个划时代的产品,因为这款产品除了拥有极强的推力以外,甚至还拥有重复使用的能力。
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一旦星舰2号技术成熟,它将成为人类历史上功能最强大的可重复使用中的运载火箭。有一些美国专家认为,该火箭的重要性,比当年美国为阿波罗计划。特别研制的土星五号运载火箭。还要更加重要。
从火箭的性能上来看也确实如此,当年美国集全国之力设计生产的土星五号运载火箭。总高110米,发射总质量2910吨,发动机总推力3400吨。
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可以说Space X公司所研发的星舰2号,在性能水平上是当年土星五号的两倍以上。而且该公司设计研发星舰2号的速度非常快,根据已知的消息来看,从2008年到2020年的12年时间内,Space X公司对自我设计生产的火箭进行了上百次迭代测试,并且最终成功推出了猎鹰九号火箭。
正是因为Space X公司确实获得了一些技术成果,所以美国国家宇航局加大了对该公司的资金和技术支持方面的投入,最后Space X公司从2020年开始决定研发超重型火箭原型机。
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该公司只用了不到四年的时间,就先后成功生产出了三代原型机,而现在的原型机也进行了一系列的技术测试。
前段时间Space X公司还成功完成了首次火箭半空回收,这也引起了国际舆论的高度关注。在火箭回收实验完成以后,Space X公司就宣布,将原定于加利福尼亚州的年度火箭发射任务,从36次增加到50次。
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虽然这份申请没有得到美国政府的审批许可,但足见Space X公司新一代运载火箭的技术,确实正在趋于成熟,说不定什么时候,该火箭就会成为美国太空航天工程的重要支撑。
而且从客观角度上来看,中国的长征五号运载火箭是当前中国设计服役的最先进、推力最大的运载火箭之一,但按照公开数据来看,长征五号运载火箭的总推力也就是1000多吨,差不多相当于Space X公司星舰2号火箭的1/7。
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这确实是有断崖式的差距,那么为什么美国新一代火箭的总推力,会比中国的长征五号多这么多呢?
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有优势的原因
首先我们要明白,美国的新一代运载火箭星舰2号在总推力上确实有优势,但是这个推力优势,依靠的是发动机并联。
Space X公司的星舰2号走的是苏联时代N1火箭的老路,根据公开数据显示,星舰2号的推力能够超过7500吨,主要是因为该火箭上居然装备了33台猛禽发动机。
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每台最先进的猛禽发动机能够提供的推力,大概在230吨左右,那么把这些发动机整合到一起,也就拥有了超强的推力。而当年苏联的N1火箭,也是靠着这一招,成为了当时世界上推力最强的火箭之一。
N1火箭装备了30台NK 33发动机,每一台发动机的单台推力达到了150吨,但是这样的火箭设计就存在一个问题,那就是故障率奇高。
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苏联的N1火箭自从研发成功以后,一共进行了四次发射实验,但一次都没有成功。而现在马斯克公司的星舰2号火箭,也已经进行了两次试验性发射,但成功次数暂时也是零次。
这就是因为发动机的数量太多了,如何让这些发动机进行并联,本身就有极高的技术要求,星舰2号火箭上的33台猛禽发动机,必须同时完美运行才能够把新舰送上太空。
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如果其中有一些发动机出现了故障,就可能会造成大爆炸,而如何解决多台发动机并联的问题,一直都是一个难点。
我们再说回当年美国的土星五号发动机,该发动机的最大推力确实只有3600多吨,但是这个发动机一共就只装备了五台F1主发动机。
正是因为发动机使用的少,所以发射成功率很高,发射了13次就成功了13次。
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后来美国的SlS登月火箭总推力3700多吨,装备有四台RS 25氢氧发动机,有两个固体火箭助推器,这个火箭又发射了一次,也成功了一次。这样说大家就应该明白,Space X公司的星舰2号火箭为什么总推力会那么高了。
客观来讲,单台猛禽发动机的整体技术水平的确很先进,但起码以现在Space X公司的技术能力,想要彻底解决超过30台发动机的并联运行确实很难。
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而与此相对的是,我国的长征五号发动机虽然总推力少,但是使用的发动机数量也少,长征五号发动机的总数,最多也就只有星舰2号火箭的1/3或1/4。
而且长征五号运载火箭的发射成功率要高得多,根据已知的数据来看,近五年时间内我国的长征五号运载火箭总共实施了207次发射,虽然其中也有失败的,但成功率可达96%,是当之无愧的功勋火箭。
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这样一对比大家就明白了长征五号和星舰2号火箭之间的区别,长征五号是实用型的较先进运载火箭。而星舰2号火箭是理论性能强,但现在技术不成熟,也没有办法成为马上就能够直接投入使用的未来型火箭。
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中国完全有能力推高火箭推力
对于中国来说,我们是完全有能力推高整个火箭推力的,这些年来我国也一直在研发先进的大推力航空发动机,就比如说最初公布的YF130发动机。
这款发动机的整体技术指标就达到了世界领先水平,且最大推力达到了500吨,而且这是一款使用了高压补燃液氧煤油技术的先进发动机。
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不过这款发动机的比冲,不如苏联时代研制的RD 170系列发动机,所以在其基础之上,我国又成功设计研发出了YF135高压补燃液氧煤油发动机。
该发动机的单式最大推力达到了25Mpa,成功超过了RD 170的水平,并且海平面单室总推力也可以达到3600kn。
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那么从理论的角度上来看,拿十台YF130或者是十台YF135,也可以把整个火箭的总推力达到3000,甚至是5000吨以上的水平。
这些火箭在未来也会广泛的运用在我国的下一代运载火箭上,比如长征十号,但问题是以人类现有的航天计划来说,几乎用不上这么大推力的火箭。
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现在人类往太空中运输的,基本上还是一些中小体量的卫星,或者是一些大体量的探测器,最多也就是往天上运输,像天宫空间站或者是国际空间站,这些空间站的配套设备和舱段,那么千吨级的运载火箭,就已经完全够用了。
所以客观来讲,美国现在在运载火箭的发动机技术上是有优势的,毕竟他们的先进发动机的单台推力确实更高。
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我国虽然有试验型的新型火箭发动机,但是这些发动机毕竟技术还不成熟,没有正式投入使用。但是如果仅仅只不过是给运载火箭堆砌发动机数量,来增高推力,中国也同样能够做得到。
只是我们没有这么做的必要,因为在运载火箭上装备数量太多的发动机,确实是有安全风险的。我们现在要做的事情,是在认清楚差距以后,不断设计研发更加先进的火箭发动机。
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同时中国设计出来的运载火箭,必须符合中国的国情和现在的需求。
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结语
美国的先进火箭在推力上确实有优势,超过7500吨的推力,可以说超过了世界上绝大多数的国家。
与此相对的是,我国的先进运载火箭,目前的总推力确实只有美国最先进火箭的1/7,但中国长征五号火箭的优势在于技术成熟,发射成功率更高。
况且推力更大的国产火箭发动机也不是没有,在不远的将来,我们迟早将看到推力更大的国产运载火箭出现,现在不要太着急。
参考资料:
科技解析站2023-05-21 从YF135看出我国决策部门深谋远虑!长征十号运载火箭布局深远
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