长征五号遥六即将发射,这将是长征五号系列火箭第十次发射。长征五号作为中国推力最强的现役火箭获得了无数的荣耀,但也面临了设计理念落后的质疑。这款火箭到底哪里落后了?我是东城观星,再跟大家聊聊航天的话题。
长征五号是中国最先进的火箭,在世界范围内也是很先进的火箭,这是毫无疑问的。世界领先的运力水平,使用高比冲的液氢发动机,实现了一级半发射入轨,这都是长征五号先进的标志。不要小瞧这个一级半入轨,航天器单级入轨一直是航天界的圣杯,目前还没有任何航天器能实现。中国的长征五号一级半入轨,也就是在助推器的帮助下,只需要一级火箭就可以把卫星送入轨道,免除了多级火箭的接力操作,降低了发射风险。火箭级数越多,发射风险越高,这是公认的事实。中国长征五号和长征五号乙两型火箭,火箭级数都少于其它同类火箭,从设计上就降低了发射风险。
长征五号在国内率先使用了五米直径箭体,为以后得升级换代实现更大推力奠定了良好的基础。长征五号选择了海运,运输安全性得到了提高,在世界范围内也是很领先的。中国解决了五米大直径火箭在城市道路运输的难题,运输管理水平世界领先。长征五号发动机,为中国高性能发动机研发奠定了非常坚实的基础,既解决了大推力氢氧发动机的研发问题,也解决了高压补燃循环液氧煤油发动机的研发问题。可以说长征五号的研发,是中国航天事业发展的重要转折点和里程碑。
长征五号的优秀是毋庸置疑的,世界各国国家队也都向着这个方向努力。但是一家美国私营公司的火箭,扰动了整个航天市场。SpaceX公司,通过猎鹰9火箭,开创了火箭可重复利用的新时代。火箭设计理念,从低成本、无污染、模块化,演进到了更低成本、绿色环保、可重复使用、功能多样。设计理念有继承,也有创新,而且创新的方面恰恰是以前的火箭关注不足的。
长征五号本来选择模块化设计理念,是非常先进而主流的设计理念。长征五号的助推器衍生出了长征七号、长征八号、长征六号等多款火箭,按照模块化设计理念,在一定程度上可以降低火箭的设计和生产成本。但是SpaceX却走出了一条更省钱的道路,一款火箭实现多用途,不再搞那么多的模块,所有发射任务都用一款火箭,不需要研发多款不同用途的火箭,更大批量生产,更低成本,需要增加推力,只需要并联发射就可以了,无需换用更大发动机,也不需要改用更大直径。
当然更值得称道的就是猎鹰火箭的可重复使用功能。通过一级火箭的重复使用,很大程度上降低了发射成本,甚至相对于号称航天发射价格杀手的印度来说也有优势。此外,SpaceX的火箭不再追求更大推力发动机,采用了多发动机并联、动力冗余的方案,既降低了发动机研发难度,也通过动力冗余备份的策略,解决了发射安全性问题。哪怕一两台发动机发生严重故障,发射任务也能正常完成。相对来说,中国的长征五号,虽然有十台发动机,但是哪怕只有一台发动机出现故障,发射任务也会大概率失败,很难通过其他发动机实现动力冗余。单从这个角度来说,很多人认为长征五号的设计理念有些落伍了。
还有一点,长征五号相对于前面的火箭来说自救能力更强了,长征五号采用了更先进的程序算法,哪怕出现轻微故障火箭不能准确入轨,也不会轻易放弃任务,而是选择临近的轨道,实现先入轨再调整的策略。这是一个巨大的进步,但是还是基于轨道偏差的弥补方案。而猎鹰九号提出了更先进的理念。猎鹰九号的程序设计是基于故障的设计理念,任何一台发动机出现故障,都可以第一时间计算出最佳的弥补策略,让火箭对各类故障都有一定的弥补策略,最大程度保证火箭能克服故障完成任务。相信这样的策略,也会被中国以后更先进的火箭所采用。
从火箭材料上,长征五号相对于前几代火箭有了大幅度的进步。但是相对于世界最先进水平依然还有一定的差距。长征五号使用了较为先进的铝合金材料,但没能用上更先进的铝锂合金甚至是碳纤维复合材料。单从材料这个因素上,长征五号自身的体重就是偏重的,从而造成发射效率低于别国火箭。
此外,长征五号使用了三种不同型号的发动机,两种不一样的燃料,这为火箭生产和发射带来了一定的难度。而SpaceX的猎鹰火箭和即将到来的超重火箭和星舰,全都是采用单一燃料和单一发动机。整个火箭选用同一型号的发动机,只是对高空发动机的喷管进行了优化,大幅度降低了使用多款发动机带来的研发成本和生产成本,也降低了选择不同燃料带来的运营成本。长征五号,综合考虑了大比冲和大推力,选择了两种不一样的燃料,从设计上是有一定科学性的,不能说是失败的设计,但也确实带来了一定的生产和运营难度,增加了成本。
可以说长征五号的设计有一定的先进性,但未来也有较大的改进空间。
就拿即将到来的长征十号来说,相当于是长征五号模块的改进版。放弃了液氢液氧燃料,选择了类似猎鹰重型火箭的设计理念,可重复回收、多发动机并联、动力冗余。相信在生产材料上也会选择更轻的贮箱材料。而长征九号,最初是完全延续长征五号的模块化设计理念,多种发动机、多种燃料。后来衍生的设计理念,也开始采用多发动机并联、动力冗余、可重复使用、减少发动机类型等。总结一句话,承认别人先进不丢人,踩着巨人的肩膀前进也不丢人,故步自封才是真正的丢人。
在火箭研发上,中国属于后来者,借鉴别人先进理念,走在别人后面是很正常的。但是,也不能说中国会一直模仿下去,在一些前沿性创新成果方面,中国已经走在了世界前列。比如电推进发动机的应用、电磁发射技术的研发、空天飞机发动机的研发等领域,中国跟世界强国都是并驾齐驱甚至略有领先的。将来别国踩着中国脚步前进,也不是不可能的。好了就介绍这么多吧,你觉得长征五号会在短期内淘汰吗?会向哪个方向升级呢?欢迎在评论区发表您的观点。我们祝福长征五号后面所有的发射都一帆风顺。
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