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长征5号到底有多火,3分钟了解长征五号

来源:解雕侠 编辑:JDX22 时间:2023-01-24 17:14:10

很多小伙伴玩家都不太清楚长征5号到底有多火,3分钟了解长征五号,那么今天解雕侠小编给大家带来一篇 相关的文章,希望大家看了之后能有所收获,最后请大家持续关注我们!

(截图来自微博视频)

12月27日晚20时45分,寄托着“全村希望”的中国重型运载火箭“长征五号”在海南文昌发射。 一瞬间,耀眼的火光照亮了夜空,随后“胖五”巨大的引擎轰鸣声直接笼罩在隔岸观音台上,几公里外就能感受到震动。

发射后175秒,助推器分离成功; 发射后294秒,整流罩成功分离; 发射后496秒,火箭一、二级成功分离; 发射后501秒,二级成功一次点火; 发射后774秒,二级一度成功关机; 发射后1772秒,二级成功二次点火; 发射后2146秒,二级成功第二次关机; 发射2219秒后,星矢分离成功,运载火箭搭载的“实践二十号”卫星平台成功进入轨道。 至此,长五的这次发射任务圆满完成。

直播传递的指挥中心大屏幕参数显示,卫星平台轨道进近点高度192.793公里,远场高度68016.791公里,轨道倾角19.541,堪称完美。 随后,卫星平台长达40米的太阳能板顺利展开,当天的全部任务圆满成功。

之后,明年1月4日,卫星帆板将进行二次展开,1月6日定点位于125E的上空。

至此,中国终于可以大幅弥补历史债务,展望未来。 长五的成功发射,为2020年完成后续火星探测、探月工程三期“嫦娥五号”、载人空间站等重大工程奠定了坚实的基础。

“全村的希望”

在1986年的“863计划”中,大型运载火箭的研制、制造被提上了议程。 但在随后的十几年里,我国航天工业起步太晚,一方面技术储备不足,另一方面没有形成大火箭的迫切需求,相关进展缓慢。

更重要的是没有钱。 上世纪90年代,有传言称,美国通过的《国际武器交易规则》使中国无法参与全球商业航天发射,这将使本来就缺钱的航天工业雪上加霜,并解散航天部门。 因此,相关研究也被搁置了很久。

但进入新世纪后,随着经济的发展,航天领域的资源逐渐恢复。 同时,美、欧、日等国玩家纷纷提出新的大型火箭方案,国际竞争加剧。

更重要的是,我国的运载火箭需求也在不断增长。 上世纪研制并长期担任主力的“长征二号”、“长征三号”、“长征四号”火箭家族,不仅技术落后,而且采用高价有毒的燃料,准备周期长,运力不足,低轨道( LEO ) 10

为了克服以上问题,长五的研发提上了日程。 首长五是模块化运载火箭系列,其中由不同结构排列组合而成,派生出小型、中型、重型,重型运载火箭分为低轨道专用型、地球同步转移轨道专用型等。

最终,这些模式发展成为今天“长征六号”“长征七号”“长征五号乙”的长五。 其中,长五尤为重要,它才是能够承担未来月球、火星以及深空探测任务的大火箭。

按照国际惯例,为了稳定,航天新装备新技术的比例都压缩到30%左右,但长五一次性采用了90%的新技术。 这种过激的做法,导致后来的研究开发没有顺利进行。

作为长五的关键部分,大推力氢氧化物发动机YF-77的研制从2001年12月开始。 但官方记录显示,该项目2007年“遭遇国内外罕见重大技术故障,前后4次试车结果不理想,直接影响了整个研发进展”。 最终在2012年8月17日实现了所有技术革新。

此后的2016年五运载火箭首飞,虽然官宣成功,但过程实际上很惊险。 首先,发射过程一波三折,进入10秒倒计时后也被停止,最终指挥中心下令将发射时间推迟近3小时。 对发射感兴趣的航空迷说:“出了一身冷汗。”

其次,火箭发射后的进展实际上并不完美。 当天宣布发射成功,但有航空爱好者从后来的新闻报道中发现,火箭拥有的“远征2号”上段的工作时间比预定值多60%,被赋予了接近设计值3倍的速度增量。 这表明作为火箭主体的二级结构并没有将“实践十七号”卫星完全送入预定轨道。

后续消息称,由于当时实际发生火箭核心2级异常,载荷无法进入预定轨道,“远征2号”延长点火时间完成任务。

次年“长征五号遥二”发射,火箭出现严重问题,任务失败。 在从开发阶段就出现状况的两台核心一级发动机YF-77中,一台涡轮排气装置在飞行346秒时发生异常,导致发动机推力瞬间大幅下降,火箭最终坠入西太平洋。

糟糕的是,有消息称,由于火箭拥有的传感器不足,故障原因无法首先返回发射中心,火箭坠入深海后更不可能回收检查。 因此,研究小组花了很长时间确定故障并进行改进。

结果,2018年10月30日,改善的YF-77试运行发生了故障。 “长征五号遥三”火箭发射延期到今年年中。

之后,今年4月4日,YF-77发生了氧涡轮泵出现细裂纹的问题,再次放回炉中。

这两年,由于多次事故和延误,国内航天爱好者的耐心逐渐消失。 曾有一段时间,外界盛传下马长五重新开发了类似SpaceX“大型猎鹰”的火箭。 并且,也有看到SpaceX的成果,呼吁宇宙飞行解散“代表队”,支援国内民间宇宙飞行的说法。

幸运的是,昨天的“全村希望”完美实现,所有疑问都消失了,中国航天下一步计划也顺利推进。 在今后的2020年,与长五有关的宇宙飞行有三个看点:

首先是中国空间站的任务。 按照原计划,中国空间站任务将在2022年前后完成空间站轨道建设任务,而明年,首个——“长征五号乙”火箭试飞——将打响。

其次是探月工程三期“嫦娥五号”任务。 按照计划,2020年,我国将利用长五将重8吨的“嫦娥五号”探测器直接送入地面月球移动轨道,实现月球无人采样并返回。

最后是火星探测器的任务。 每26月出现一次的“火星海上日”天象是发射火星探测器的最佳窗口。 因为火星和地球的距离达到最小值,可以最早向火星发送探测器。 按照计划,我国将于2020年由长五机载“火星一号”探测器发射,随后探测器将一次性完成绕地、着陆和巡视探测任务。

导言中还有不足

对很多吃哈密瓜的人来说,对于长五,他们最关心的可能是“比不上其他国家的火箭”。 对于运载火箭的水平,可以从能力和技术两个方面进行分析。

首先看能力。 火箭毕竟只有一个作用。 是货物。 看火箭的能力是否强大,主要看其运载能力是否强大。

在这里简单科普一下,在很多关于航天器特别是卫星的报道中,LEO、MEO、GEO等英语文字很常见。 它们指向航天器的运行轨道:

LEO是指低地轨道/低轨道,轨道高度在地球2000公里以下;

MEO是指中地球轨道,轨道在2000-36000公里之间,我们平时使用的GPS卫星位于该轨道空间;

GTO是地球同步移动轨道,这是一条椭圆形轨道,近地点距离地球不到1000公里,远地点为每月36000公里,即地球同步轨道的高度。 同步卫星均移至远离轨道的地方,依靠自身动力变轨到达地球同步轨道;

其上是地球同步轨道,轨道高度约36000公里,其中也称为地球静止轨道( GEO )、倾斜地球同步轨道( IGSO )、极轨道同步轨道、太阳同步轨道( SSO )。

根据行业惯例,比较火箭运载能力通常采用LEO运载能力和GTO运载能力两个指标。

根据航天机构官方指标,长五系列火箭的LEO运载能力为25吨,比迄今为止最强的“长征七号”提高了11.5吨。 GTO的运输能力为14吨,长7上升了7吨。 那么,长五在国际上是什么水平呢

目前,五对长目标全球重型运载火箭包括美国德尔塔-4(Deltaiv )、宇宙神-5( atlas-V )、猎鹰9 )、俄罗斯质子米( m(Proton-m )、欧空局阿丽亚娜-5)

可以看出,长五号适当超过了俄罗斯、欧洲、日本的火箭,仅LEO职业能力就比美国的“德尔塔-4”稍差。 我会这么说。 应该是世界上第二大

不。

在这些LEO运载能力20吨级的火箭上,还有一个高端玩家。 它是SpaceX的重型猎鹰火箭,其一次性版本的LEO运载能力达到惊人的63.8吨,GTO运载能力同样惊人的26.7吨,堪称世界第一。

所以从运载能力来看,长五目前是世界第三大火箭。

那么,从技术上来说,长五怎么样呢

基本上,看火箭技术如何,主要看火箭发动机的技术,这个问题又可以从技术指标和技术方向来看。 很遗憾,在任何一点上,长五都没有领先,而是位于后面。

首先,运载火箭有两大技术指标——推力和比冲。

火箭起飞阶段,万有引力与速度相反,重力作用是减速,此时推力必须大于自身重力。 此时,推力显然更重要。 进入轨道后,万有引力提供向心力,重力的作用是改变速度方向。 推力不需要大于自己的重力,此时决定最终速度比碰撞更重要。

以上述各国的大型运载火箭为例。

“宇宙神-5”火箭发动机: RD-180液氧煤油发动机,真空最大推力4320千牛,真空比冲337.8秒;

“质子m”火箭发动机: RD-253液氧煤油发动机,真空最大推力1830千牛,真空比冲316秒;

“德尔塔-4”火箭发动机: RD-68氢氧发动机,真空最大推力3445千牛,真空比冲409秒;

“阿丽亚娜-5”火箭发动机: Vulcain 2氢氧发动机,真空最大推力1340千牛,真空比冲431秒;

HIIB发动机: LE-7A氢氧化物发动机,最大推力1098千牛,真空比442秒。

而长5的芯一级发动机YF-77氢氧发动机的真空最大推力为673千牛,真空比冲为428秒,是世界氢氧机中最差的。

接下来谈谈技术方向。 在这里可以分为燃料和循环方式来说话。

关于燃料,在上述几种类型的发动机中可以看到“液氧煤油发动机”和“氢氧发动机”的表现,这实际上是指火箭发动机的燃料。 其中,“氢氧”是“液态氢液态氧”的简称,这两种发动机也是当前的主流方向之一。 除此之外,还有落后的四肼类燃料的发动机。 这是上一代长征火箭采用的路线,目前在世界上正在被淘汰。

从技术的先进性来说,液氢液氧无疑是最先进的。 在所有燃料物质中,氢的分子量最小,氢氧燃烧的热值高,因此在所有发动机种类中,氢氧机的比冲最高。 高于碰撞意味着火箭以同样的速度增加,氢氧机需要携带的燃料最小,火箭最轻。

其次,氢氧燃烧的产物只有热、水、电,非常环保,另一方面其产物非常干净,燃烧不干净,所以不用担心产生固体小颗粒,堵塞发动机管路。

但是,氢氧机也有不可忽视的缺点。 首先,氢的沸点极低,为了将其作为燃料储存和补给到火箭内,必须降低到非常低的温度。 例如,长五以上的液氢温度为-253。 为了确保温度,液氢燃料只能在发射前的短时间内注入火箭,同时需要在燃料箱中增加保温设备。 氢燃料的液氧温度为-183,与液态氢存在70的温差,两者之间还需要绝热设备。

其次,液氢的密度非常小,为每立方米70公斤,为水的7%,需要巨大的储存空间。

另外,氢氧的特性对发动机核心部件——涡轮泵构成较大的压力,对氢的密度、态度、氧泵转速要求较高,需要多级泵才能获得所需的燃烧室压力。 涡轮泵本身占了发动机成本的大部分。 这样的话,发动机成本会上升。

由于液氢问题难以解决,近年来液氧煤油发动机又有了复兴之势。 与氢氧机相比,液氧煤油的比冲并不高,但比发动机的设计和制造更好,燃料储存方便,整体性价比高得多。

液氧煤油的缺点是燃烧煤油会导致碳积存。 因为美国在研发过程中多次炸毁飞机,之后放弃了煤油发动机的发展。 苏联得益于巴库油田优质的低硫煤油,煤油发动机的开发进展顺利,至今俄罗斯的煤油发动机技术仍冠名世界。

在这两个方向上,我国都有技术储备。 例如,YF-77发动机是氢氧机,000长的四个巨大助推器是采用液氧煤油的YF-100发动机。

遗憾的是,这两个方向是主流方案中最先进的,但最不代表未来,目前公认的最有前景的燃料技术是液氧甲烷。 去年9月,美国联合发射联盟选择蓝色起源的BE-4发动机作为新一代火神( Vulcan )火箭采用的发动机。 BE-4是液氧甲烷发动机。 此外,SpaceX新一代火箭BFR的猛禽发动机也选择了液氧甲烷组合。

液氧甲烷可以说完全融合了液氧煤油和液氢液氧的优点。 第一,高于液氧煤油;第二,不结焦;第三,液氧(-182 )和甲烷(-162 )沸点非常接近,易于储存; 第四,甲烷分子量为16,远高于氢的2,密度相当大; 第五,设计难度低,可以沿用液氧煤油发动机设计; 第六,沼气生产难度低,且在外星球非常常见,可以补充。

总体而言,液氧甲烷是非常好的燃料选择。 今年7月,由中国民用火箭企业蓝箭航天研制的80吨液氧甲烷发动机“喜鹊”TQ-12顺利完成了100%推力试车,这是初步的100秒试车,其推力也与国外产品有很大差异。

从循环方式来看,目前主流的液体燃料发动机循环方式有燃气发生器循环和分级燃烧循环两种,也称为开式循环和闭式循环。

前者是传统的循环方式,利用燃气发生器产生的燃气驱动涡轮泵输送推进剂。 由于气体在按下涡轮泵时会变成废气排出,没有得到充分利用,部分燃料不产生推力,因此性能较低。

分级燃烧循环也称为补燃循环。 在燃气发生器的循环中增加了补燃环节。 由于燃气发生器的废弃驱动涡轮泵后,不是直接排出,而是输入燃烧室进行补燃。 由于推进剂利用更充分,分级燃烧循环的发动机一般高于冲头。

也有全燃料进入燃气发生器的分级燃烧循环,称为全流量分级燃烧循环。 全流量分级燃烧循环涡轮燃气流量大,达到相同涡轮泵功率,涡轮前温度更低,涡轮体积也更小,可以降低涡轮泵的技术难度。

在长枪中,主发YF-77采用了相对滞后的气体发生器循环。

因此,从总体上看,长五在能力上是世界首屈一指的重型运载火箭,但在关键技术上还没有达到领先水平。 考虑到中国宇宙开发的基础很低,资金不足的状况还在持续,YF-77在更大程度上弥补了过去的“债务”。 要真正实现技术赶超,还有很长的路要走。

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