世界航天新科技档案（一）各国新型火箭（下-2）

+ 刘进军

“长征-9”超重型火箭

中国制定了登陆月球、火星，发射重型、超重型、大型和特大型航天器，建造空间站、太空太阳能电站和深空探测的宏伟计划。这都需要重型火箭和超重型火箭。“长征-9”火箭正是中国正在论证研发的超重型运载火箭。

结构尺寸与运力系数

“长征-9”火箭主要参数

“长征-9”火箭计划

最大运载有效载荷能力达到140吨，能够运载50吨有效载荷到地月转移轨道，37吨有效载荷到火星。“长征-9”火箭的第一次飞行期望在2030年进行，以2030年代登月着陆，并最终从火星采样返回提供运载能力为主要使命。

“长征-9”火箭正在论证研发之中，将设计为一种3级火箭，芯级火箭拥有10米直径，使用4台发动机。“长征-9”火箭已设计了多个变种：

·“长征-9”：最大，拥有4个液体燃料助推器，运载能力达到140吨。

·“长征-9A”：只有2个助推器，运载能力100吨。

·“长征-9B”：只是芯级火箭，运载能力50吨。

“长征-9”火箭采用“通用化、系列化、组合化”发展策略。它作为一种超重型运载火箭，可媲美美国“土星-5”、“太空发射系统”、“猎鹰-重型”、苏联“能源”火箭，以及当前正在开发中的美国“大猎鹰”火箭。

印度“统一”运载火箭

“统一”火箭（ULV）是印度太空研究组织的一个中型至重型火箭发展项目，目标是最终取代现役的“极地卫星”（PSLV）火箭、“静止卫星-1”（GSLV-1）火箭、“静止卫星-2”火箭和“静止卫星-3”火箭系列。

“统一”火箭：

设计巧妙、变化多端、功能强大，如研制成功，可媲美俄罗斯“安加拉”、“质子”，欧空局“阿丽亚娜-5”、“阿丽亚娜-6”，中国“长征-5”，美国“宇宙神-5”、“德尔塔-4”重型，日本“H-3”、“H-2B”等火箭。

芯级火箭：

称为“SC160”。它安装1 台“S C E-200”半低温发动机，装载160吨煤油或液氧推进剂，提供强大动力。

上面级：

称为“C30”，安装1台“CE-20”低温发动机，30吨液氢/液氧推进剂，提供巨大动力。

助推器：

有4种型号，其中3种的发动机与“极轨卫星”火箭（P S L V）、“静止卫星-1”火箭（GSLV-1）、“静止卫星-2”火箭和“静止卫星-3”火箭系列相同。

计划中，“统一”火箭还将拥有2种变形火箭：

·“统一”重型火箭（HLV），能够将20吨航天器发射到低地球轨道；

·“统一”超重型火箭（SHLV），能将41.3吨航天器发射到低地球轨道。

“统一”火箭的4种型号：芯级火箭相同，助推器种类、数量不同

模块化设计，至少4种型号：

“统一”火箭采用模块化设计，通过一个共同的芯级火箭和上面级，分别配备种类、大小、数量不同的助推器，就能组成4型、甚至6型火箭。

·6×S-13型：6个助推器，采用稍大于“极地卫星”火箭的“S-13”发动机，燃烧时间较长；

·2×S-60型：2个助推器，采用一种新的固体发动机，“S-60”发动机；

·2×S-139型：2个助推器，采用与“极地卫星”火箭、“静止卫星-1”火箭、“静止卫星-2”火箭相同的“S-139”发动机；

·2×S-200型：2个助推器，采用与“静止卫星-3”火箭一样的“S-200”发动机。

印度“统一”运载火箭

“统一”火箭主要参数

助推器-S-200助推器 2长度 25米直径 3.2米推进剂质量 207吨发动机 S-200推力 4658千牛/台总推力 9316千牛比冲 274.5，真空燃烧时间 130秒燃料 丁羟芯级火箭-SC-160推进剂质量 160吨发动机 SCE-200推力 海平面∶1820千牛真空∶2030千牛比冲 海平面∶299秒，2.93千米/秒真空∶335秒，3.29千米/秒燃烧时间 259秒燃料 煤油/液氧上面级-C-30推进剂质量 30吨发动机 CE-20推力 200千牛比冲 443秒，4.34千米/秒燃烧时间 650秒燃料 液氢/液氧

向无毒火箭之路迈进：

低温发动机、半低温发动机是一种先进的推进技术，早期只有美国和俄罗斯掌握。而印度原有的“极轨卫星”火箭、“静止卫星”火箭发动机的推进剂都是剧毒有害燃料，释放到空中、水中将造成环境污染。全球火箭的趋势是改用对生态更友好的无毒类推进剂。

·低温发动机的推进剂为液氧和液氢，极少产生污染，其燃料温度为-250°。

·半低温发动机的推进剂为液氧和煤油，其优点是：推力大；无毒、无腐蚀性，安全环保，易于存贮和运输；费用低廉，可靠性高，可重复使用。

研制半低温发动机：

2008年12月19日，印度政府批准：为未来太空运输系统研发大推力半低温发动机技术，即200吨级高压补燃液氧煤油发动机。估计研发费用为1798亿卢比，加上58.8亿卢比的外汇。半低温发动机将促进印度未来太空任务的应用,如可重复使用运载火箭、“统一”运载火箭和行星际飞行任务的火箭。这将是印度迈向先进太空运输技术自力更生的重要一步。

印度是较早开始研制半低温发动机的国家之一。“统一”火箭和未来火箭应用半低温发动机，将提高2～3倍运载能力，达到事半功倍。

印度2015年公布的半低温发动机研制信息

研制低温发动机：

印度从上世纪80年代开始研制低温发动机，但由于工业基础相对薄弱，在自行研制的道路上遭遇过数次挫折。直到上世纪90年代初，印度从俄罗斯引进了7台RD-56M低温发动机，并投入大量的人力、物力和财力进行仿制。2002年9月15日，印度宣布研制成功国产低温火箭上面级发动机。

2010年，安装CUS发动机的印度GSLV MK-2运载火箭首次发射，却以失败告终，这给印度航天计划带来了重大挫折。经过不断改进及试验，功夫不负有心人，2014年1月，印度安装国产低温发动机的GSLV MK 2-D5火箭发射升空，将1颗通信卫星送入预定轨道。印度由此成为继美国、俄罗斯、中国、法国、日本后，世界上第六个掌握低温火箭发动机技术的国家。

“哈斯”运载火箭

“哈斯-2CA”是一枚单级火箭，一种拥有奇特的线性塞式发动机的飞行测试平台。它能够发射100千克有效载荷进入低地球轨道，研制和发射费用为100万美元。火箭有一个特殊的质量比，由过氧化氢和煤油混合燃料提供动力。

“哈斯-2CA”火箭主要参数长度 16米直径 1.5米起飞重量 16.3吨推力 224千牛运载能力 低轨道100千克

“哈斯-2CA”火箭

诞生于多级火箭发祥地的单级火箭：“哈斯-2CA”

罗马尼亚是多级火箭的诞生地，多级火箭已经成为运载火箭的经典设计。但成立于罗马尼亚的方舟太空公司却异想天开，想研制一种单级入轨的火箭。单级火箭，结构简单、可靠性更强、价格便宜，但是单级火箭、单级入轨的推力不够，与多级火箭的理论和技术格格不入。它真的可行吗？能成功吗？

“哈斯-2CA”火箭通过以下操作，可以使单级火箭、单级入轨成为可能：

（1）稠密推进剂；

（2）制造先进的轻型复合材料推进剂贮箱；

（3）线性塞式发动机，保证在几乎所有飞行水平上的最佳性能，比任何火箭发动机减少30%燃料消耗；

（4）推力矢量控制通过在16个燃烧室中节流8个燃烧室来实现，消除了发动机的繁重复杂的乱流系统。

“哈斯-2CA”火箭将目标市场锁定纳米、微型卫星市场。据估计，2016年～2022年，全球将发射3000颗1千克～50千克的纳米、微型卫星。鉴于此，未来10年，方舟太空公司拥有广阔的市场空间。

方舟太空公司还有许多科技创新计划，一大堆金点子（或者馊主意）。不论金点子，还是馊主意，敢于畅想并付诸实践，就是创新。2017年3月，方舟太空公司宣布：“哈斯-2CA”火箭计划2018年发射到轨道。方舟太空公司还设计了“哈斯-2B”火箭与“哈斯”载人飞船。

目标——飞上太空！

“哈斯”运载火箭

金点子或馊主意：

线性塞式发动机

“哈斯-2CA”火箭采用线性塞式发动机，以单级入轨方式。

这并非是方舟太空公司的独家创意，美国宇航局的火箭团队曾在地面上对线性塞式发动机进行了广泛的测试，是美国宇航局一个单级入轨飞行器的一部分，并曾是航天飞机的候选方案。由于日程安排和预算限制，美国航天飞机最终使用了经典的钟形喷管发动机，并且在看到实际飞行之前取消了线性塞式发动机的研制。因此，线性塞式发动机从未真正进行过太空飞行。

方舟太空公司为“哈斯-2CA”单级火箭配备了线性塞式发动机，将这项技术带回公众的视野。

方舟太空公司的航天工程师们在创造世界上最有效率的火箭发动机。他们希望证实：线性塞式火箭发动机比现有发动机更具燃油效率。希望和梦想能否实现？想象力比科技更重要，创新与颠覆才能离成功更近！

“哈斯”这个名字来自500年前，那是一个英雄辈出的年代！

1961年，一份450页的“锡比乌手稿”被发现于罗马尼亚的图书馆，人们惊讶地发现，这份制作于16世纪中后期的古老文件中，居然包含了一份详细的报告，描述了“飞行标枪”的有效射程，以及在锡比乌市的一次发射实验——这居然是一枚多级火箭。1555年，成千上万的人目睹了实验的完全成功。这些文件描述了三级、固体燃料火箭的原理，涉及多级火箭的运动理论、不同的燃料混合物、液体燃料等，甚至还介绍了三角形状翅片和钟形喷嘴。

报告的作者是康拉德·哈斯(1509-1576)，一名奥地利炮兵军官，曾是锡比乌火炮仓库的负责人，也是一位500年前伟大的发明家。他设计了一枚3级火箭，而这类火箭直到上个世纪六十年代，才被制造出来。虽然历史文献并没有记载当时该地区的航空探索活动，但很难说，康拉德·哈斯是否开启了火箭研制历史，影响了现代火箭技术。

“哈斯”

500年前的

3级火箭发明家