上世纪九十年代后期各航天强国火箭升级,中国火箭技术相对而言已落后。运载能力低,芯级直径小,型号偏多,型谱重叠,可靠性不高,发射准备周期长,使用的偏二甲肼和四氧化二氮推进剂毒性大且价格昂贵的问题,在小型火箭方面还存在空白。再加上火箭发射失败次数较多及美国的限制,使中国丧失了大部分原有的世界商业发射市场份额。
大容量卫星,空间站,深空探测对火箭的需求也无法满足。
设计新一代的火箭已迫在眉睫。
2000年左右,国家对新火箭的设计提出了“通用化、系列化,组合化”的设计思想。
一、火箭组成单元:四种火箭发动机
在对俄国火箭技术进行参考借鉴的基础上,我国研制了三种新的发动机:
推力为120吨的YF-100液氧煤油发动机
YF-100发动机
推力为50吨的YF-77氢氧发动机
推力为12-15吨的YF-115液氧煤油发动机
再加上1种旧发动机:
长征3甲/乙第三级所采用的推力为8吨的YF-75氢氧发动机
我国新一代火箭就是以上面四种发动机为单元进行设计的。
分别有两种液氧煤油发动机和氢氧发动机,全部都实现了无毒化。每种发动机中一个功率大一些,一个要小些。大的通过组合可以作为芯一级,小的两种发动机只能作为芯二级或者最上面的一级。助推级都是由YF-100组合而成,有单个的直径2.25米,有两个为一组的直径3.35米。
二、由4种火箭发动机组成三种直径6种模块
基础模块部分:
1,直径5米火箭芯一级(YF-77氢氧发动机×2)。
2,直径3.35米火箭芯一级/助推级(YF-100液氧煤油发动机×2):即可做芯级,也可做助推器。
3,直径2.25米火箭助推级/芯二级(YF-100液氧煤油发动机×1):即可做助推器,也可做芯一、二级。
4,直径5米火箭芯二级/上面级(YF-75D氢氧发动机×2)。
5,直径3.35米火箭芯二级/上面级(YF-115液氧煤油发动机×2)。
6,直径3.35米转5米直径火箭芯二级/上面级(YF-115液氧煤油发动机×2):发动机与模块5相同,只不过为了适应上下级直径不同,形状上有差别。
6个模块形状
三、由6种模块组合成一个系列的火箭
以上6种模块互搭配,就可以搭配成9~10中不同的构型,形成长征五六七型号的整个系列。
芯一级为直径5米的全部为长征五号火箭
芯一级为直径3.35米的为长征七号或者长征六号火箭
举例子:
长征五号基本型(Type D)=模块1(芯一级)+模块2(助推)×2个+模块3(助推)×2个+4(芯二级)
长征五号B(Type B)=模块1(芯一级)+模块2(助推)×4个
长征六号基本型(SSLV)=模块2(芯一级)+模块3(芯二级)
新系列长征火箭的特点
通过组合,新系列运载能力覆盖LEO(近地轨道)约1.2吨到25吨,GTO(地球同步转移轨道)约1.8吨到14吨的范围。
液氢、液氧、煤油等无毒、无污染推进剂,减少了对环境和工作人员身体健康的影响。
降低成本,通过通用化的模块,批量化生产,整体生产维护成本都优化。
使用大推力发动机,减少了发动机数目,也更容易提高可靠性。
新系列火箭的发展,保持了中国运载火箭在世界航天界的地位,使我国开始从一个航天大国向一个航天强国迈进。为我国探月、空间站等任务奠定了坚实的基础。