“想让中国火箭更有力 要靠这些“神操作””

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最近，中国航天工作繁忙，从5月5日到7月9日两个月，共进行了10次发射，是长征5号B、快舟1号甲、长征11号等型号的火箭，执行了新一代载人飞船试验船和多颗卫星的发射任务。 已知

火箭是用于航天活动的运载工具。 就像地面上有不同种类的汽车一样，火箭也分为不同的型号，力量大而小，根据各自的优势和运载能力，执行不同的任务。

那么，火箭根据运载能力如何分类，不同类型的火箭发动机如何占优势，火箭的运载能力如何提高呢？ 中国航天科技集团一院(以下简称一院)型号设计师钱航以长征系列火箭为例，向科技日报记者介绍。

不同类型的火箭各有所长

，今年5月5日，长征5号B火箭在中国文昌航天发射场上升空，上演了首场表演。 将来，这枚大型火箭将在中国空之间的车站建设中发挥重要意义。 长征五被称为大火箭，但不仅仅是头。 据钱航介绍，根据运载能力的大小，火箭可分为小型、中型、大型、重型(超重)四类。 不同类型的火箭各有长处。

目前，这种分类方法没有统一的量化标准，中国航天界通常把近地轨道运载能力为20吨至100吨的火箭及其派生配置称为大型火箭。

一院总开发的我国新一代大型火箭长征5号系列，目前发射了两种结构。 长征5号B是一级半火箭，是中国现役火箭中唯一不需要级间分离，直接进入轨道的火箭，可靠性得到了很大提高。 具备22吨以上的近地轨道运输能力。 这些优势将成为我国空之间承担舱段发射任务的不二选择。 长征5号的基础型是二级半放置火箭，近地轨道的运载能力可以达到25吨以上，但其任务首要瞄准的是更深的太空。

长征5号火箭的地球同步移动轨道运载能力约为14吨，可以承担基于东方红五号平台开发的大型通信卫星的发射任务。 该型火箭还具备8吨以上的地面月移动轨道输送能力和5吨左右的地面火移动轨道输送能力。 按照计划，年我国将利用长征5号火箭发射天问1号火星探测器和嫦娥5号月球探测器。

中型火箭的近地轨道运载能力一般为2吨至20吨。 长征火箭的家族中，这一类别的火箭阵容庞大。 承担着北斗卫星和嫦娥系列探测器的发射任务，被称为金牌火箭长三系列火箭。 完成神舟飞船11艘和天宫1号、2号空之间实验室发射任务的长征2号f火箭，以及未来空之间站任务中对发射货船最重要的新一代火箭长征7号，都是我国中型火箭的代表。

近地轨道运载能力不足2吨的，称为小型火箭。 在小卫星市场繁荣的今天，小火箭也发挥了很大的作用。 以我国新一代小型火箭长征11号为例，作为长征火箭家族中的第一枚固体火箭，近地轨道运载能力约为700公里，700公里的太阳同步轨道运载能力约为400公里，接到任务命令后24小时365天内完成技术准备，具备发射能力，在紧急情况下迅速、快速

此外，具备低、中、高轨道发射能力，近地轨道运载能力超过100吨，起飞推力达到3000吨级的，为重型运载火箭，包括美国用于执行阿波罗载人登月任务的土星5号火箭，苏联

固体、液体发动机不分优劣

近年来，面对不断增加的空之间的资源开发诉求和越来越激烈的商业发射市场竞争，我国开发了长征5号等4种型号的新一代重型、中型、小型火箭。 钱航表示，新一代火箭以可靠性、安全性、经济为首要设计，无毒环保、价格低廉，比冲(是火箭推进剂利用效率的描述，指单位推进剂量产生的冲量)高的液氢、液氧或液氧煤油发动机 这是否意味着液体燃料发动机优于固体燃料发动机，输送力大？

根据钱航的说法，液体燃料发动机具有燃料能量密度高、比冲大、流量控制容易、可用于机动或变轨的优点 但是，液体燃料难以储存，大多需要在火箭发射前加油。 我国以前传来的液体燃料发动机火箭使用的异二甲基肼、四氧化二氮燃料，有剧毒、强腐蚀性、易燃、非常危险，对储存和补充工作有着极其严格的要求。 近年来，我国相继诞生的新一代火箭使用液态氢、液氧、煤油等绿色燃料，对环境基本没有影响，但储存和加注工作更加复杂。

固体燃料发动机的基本原理是点燃药柱，燃烧产生的大量高温气体从喷嘴喷出，使火箭前进。 与宋代出生的火药玩具耍猴相比，其结构和原理没有太大变化。 据钱航介绍，固体燃料发动机主要有三个优点。 首先，与液体燃料发动机相比，不需要燃料泵等许多复杂的机械结构，结构更简单、更廉价。 其次，由于药柱以固体形式存在，其特点比液体燃料更稳定，储存也更安全。 另外，由于结构简单，固体燃料发动机可以轻量化，也容易小型化。 但是固体燃料发动机也有劣势。 例如，由于燃烧时间相对较短，比较小，所以不能重复点火，推力调节也不容易。 这制约了它的任务适应性。

火箭发动机形式没有优劣，也无法决定火箭的运载能力。 目前，国内最主要的固体燃料发动机火箭，如长征11号和中国航天科工集团研制的快舟一号甲均为小型火箭，而美国研制的sls大型火箭也搭载了世界上推力最大的固体燃料火箭发动机。

四种措施可以比较有效地提高火箭的运力

，是火箭性能最直接、最重要的参数指标。 钱航表示，火箭的运力主要由火箭整体设计水平、发动机性能和制造水平、箭体结构设计和制造水平等多种因素决定。

他说，要提高火箭的运载能力，首要的有四项措施。 首先在保持火箭构型的情况下，通过优化级间比(第I级火箭的质量除以第i+1级火箭的质量，这是影响火箭理想速度的参数之一)，增加推进剂的补给量。 长征3号甲系列，欧洲阿丽亚娜5系列，以及美国猎鹰9号火箭，通过这一措施，明显提高了运输能力。

结构优化减量是职业生涯设计永恒的主题。 今年7月9日执行的亚太6d卫星发射任务中，长征3号乙火箭采取了减重的做法，为满足发射要求提高了运载能力50公里。 钱航表示，在运载工具设计和应用前期，首先通过改进技术、选择新材料、优化动力传输路径等方法提高结构效率至关重要。 火箭对箭体结构系统的轻量化设计有更高的要求，一院火箭技术队经过大量仿真计算和试验，提出了主束和发动机集中力双重扩散结构、巨型气瓶变形自适应支撑结构、吊装多功能一体化结构等多种新型轻型设计方案，效果良好

发动机性能的优劣，直接影响火箭的运载能力。 在美国航天飞机、猎鹰9号火箭的运力提高措施中，提高发动机推力和比击是重要环节之一。 我国采用长征5号火箭首次开发的膨胀循环动力方法氢氧发动机，这是目前国际上比冲性能最高的火箭发动机，同时具有高空多次的起动能力。

另外，优化整个设计也是提高火箭运力的比较有效的方法。 钱航表示，从火箭整体布置出发，尽量选择推力较大的发动机作为基础级动力，上段选择高比冲发动机，开展载荷姿态控制联合设计以降低结构载荷条件，可以比较有效地提高火箭的运载能力。 (由记者付毅飞)

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