“科幻級(jí)”的中國未來火箭之王長征九號(hào)，計(jì)劃在2028年至2030年首飛，目前研制進(jìn)展順利。
2018年初，美國獵鷹重型火箭首飛成功，將一輛紅色特斯拉跑車送入地火轉(zhuǎn)移軌道。這次發(fā)射雖然頗具娛樂性，但航天界普遍認(rèn)為，這預(yù)示著一個(gè)新的重型火箭時(shí)代的到來。
“冷戰(zhàn)”期間，美蘇軍備競賽帶來了第一個(gè)重型火箭時(shí)代。美國用近地軌道118噸、月球軌道45噸運(yùn)載能力的土星五號(hào)，將12名航天員送上月球。蘇聯(lián)也研制出了媲美土星五號(hào)、近地軌道運(yùn)載能力100噸以上的能源號(hào)火箭。
但隨著“冷戰(zhàn)”結(jié)束，全球運(yùn)載火箭暫別重型時(shí)代。如今，載人探月、載人探火、深空探測(cè)、大型空間設(shè)施建設(shè)需求的興起，激發(fā)著人類再次將目光投向重型火箭。
中國重型火箭經(jīng)歷幾年“猶抱琵琶半遮面”后，最近一年多來被確認(rèn)命名為“長征九號(hào)”，因?yàn)椤熬拧笔亲畲蟮膫€(gè)位數(shù)。中國目前運(yùn)載能力最大的長征五號(hào)火箭，近地軌道運(yùn)載能力為25噸，而長征九號(hào)最高能達(dá)到140噸，是長五的5倍以上。中國計(jì)劃2022年建成的“天宮”空間站，總重量約90噸，長征九號(hào)一次就可以將1.5個(gè)空間站的重量整體送入軌道。
“科幻級(jí)”的中國未來火箭之王，何時(shí)能走入現(xiàn)實(shí)？
昨天（10月31日），在航天科技集團(tuán)第十二屆珠海航展媒體通氣會(huì)上，來自航天科技集團(tuán)一院的長征九號(hào)火箭總設(shè)計(jì)師張智表示，計(jì)劃在2028年至2030年首飛，目前研制進(jìn)展順利。
即將于11月6日~11日舉辦的珠海航展上，長征九號(hào)將作為中國新一代運(yùn)載火箭中的一員，向公眾推介。
技術(shù)思路與SpaceX重型火箭不同
張智不僅是長征九號(hào)總設(shè)計(jì)師，也是我國航天員“御用”火箭長征二號(hào)F的總設(shè)計(jì)師。昨天，他首次公開介紹了長征九號(hào)的有關(guān)情況。
長征九號(hào)的研制，瞄準(zhǔn)載人月球探測(cè)、火星取樣返回、大型空間設(shè)施建造等需求，近地軌道運(yùn)載能力50~140噸，奔月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力15~50噸，奔火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為12~44噸。
不同的運(yùn)載能力，是火箭不同構(gòu)型帶來的。“長征九號(hào)是一個(gè)系列火箭，可以搭配4個(gè)、2個(gè)或0個(gè)助推器，形成三種構(gòu)型，以此具備階梯式的運(yùn)載能力。”張智介紹。
長征九號(hào)高度超過90米，箭體直徑為10米級(jí)，芯一級(jí)配置4臺(tái)500噸級(jí)推力高壓補(bǔ)燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，芯二級(jí)配置2臺(tái)220噸級(jí)推力高壓補(bǔ)燃?xì)溲醢l(fā)動(dòng)機(jī)，芯三級(jí)配置4臺(tái)25噸推力膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)助推器配置2臺(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。
這是長征九號(hào)與美國SpaceX公司的獵鷹重型火箭，以及該公司計(jì)劃將游客送往月球軌道的BFR火箭的不同之處。獵鷹重型火箭發(fā)射起飛時(shí)依靠27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火提供推力，BFR則將發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量增加到31臺(tái)，都是多臺(tái)小推力發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)的技術(shù)思路。然而發(fā)動(dòng)機(jī)之間會(huì)產(chǎn)生耦合影響，這種技術(shù)路徑也被認(rèn)為蘊(yùn)藏著較大風(fēng)險(xiǎn)。
長征九號(hào)則依靠為數(shù)不多的幾臺(tái)大推力發(fā)動(dòng)機(jī)提供起飛動(dòng)力。推力最大的構(gòu)型起飛時(shí)，芯一級(jí)與助推器發(fā)動(dòng)機(jī)加起來也只有12臺(tái)，風(fēng)險(xiǎn)隨之降低。
明年年中完成500噸級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)裝配
長征九號(hào)首飛，還要等待10年。根據(jù)國家國防科工局此前公開的信息，其首飛時(shí)間預(yù)計(jì)在2028年前后。
而首飛只是重型火箭項(xiàng)目的第一階段。張智介紹，重型運(yùn)載火箭的發(fā)展將分三個(gè)階段。第一階段將在2028年至2030年完成，主要任務(wù)是完成系列構(gòu)型模塊的研制，實(shí)現(xiàn)火箭首飛，使我國進(jìn)入空間能力達(dá)到國際先進(jìn)水平，滿足火星取樣返回、載人月球探測(cè)等重大工程的需求。
其后進(jìn)行的第二個(gè)階段，進(jìn)一步完善重型火箭系列化構(gòu)型，并進(jìn)行應(yīng)用飛行，同時(shí)利用可重復(fù)使用技術(shù)進(jìn)一步降低火箭成本。
到了第三個(gè)階段，研制人員將研發(fā)更新的技術(shù)，例如新材料、新動(dòng)力等，提高運(yùn)載能力和技術(shù)水平。火箭也將提高對(duì)載人登火、空間太陽能電站等更大規(guī)模空間探測(cè)任務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的適應(yīng)性，支撐我國全面建成航天強(qiáng)國。
長征九號(hào)項(xiàng)目可以追溯到8年前，國家國防科工局于2010年正式啟動(dòng)了重型火箭論證工作；2015年啟動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及方案深化論證階段(以下簡稱關(guān)深階段)研制工作，并取得系列初步成果；2016年，重型運(yùn)載火箭關(guān)深階段正式立項(xiàng)。
關(guān)深階段立項(xiàng)后，總體方案深化論證和以“重型運(yùn)載火箭總體技術(shù)”“大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”“大推力液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”“大直徑箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)技術(shù)”為代表的12項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)隨即開展。
“雖然難度很大，但目前研制比較順利。”張智介紹，重型火箭總體方案已經(jīng)通過了集團(tuán)級(jí)專家評(píng)審，各分系統(tǒng)方案基本明確。關(guān)鍵性的500噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)也進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)2019年6月將完成首臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)裝配，具備短程試車條件。大直徑貯箱基本完成零部組件的研制攻關(guān)， 2019年將完成大直徑貯箱和集中力殼段的研制。
長征九號(hào)作何用？目標(biāo)是月球、火星和星辰大海
重型運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力，是實(shí)施月球探測(cè)和深空探測(cè)、開展大型空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和空間資源開發(fā)利用的重要基礎(chǔ)，可極大地提升我國開發(fā)利用空間和維護(hù)太空安全的能力。
“誰得到了太空，誰就得到了未來。進(jìn)入空間能力有多大，航天發(fā)展的舞臺(tái)就有多大。”張智說，重型火箭正是各國在未來太空賽跑中的基本能力。
長征九號(hào)效果圖。來源央視新聞
從最近的星球——月球來看，長征九號(hào)可用于載人登月、月球科研站的建設(shè)。瞄準(zhǔn)載人登月，我國正在研發(fā)另一型尚未命名的新一代載人運(yùn)載火箭，而長征九號(hào)無疑有著更為強(qiáng)大的向月球軌道的投送能力。
再看向火星，長征九號(hào)足以通過一次任務(wù)完成火星的取樣并返回。張智說，這使我國有望成為首個(gè)完成火星采樣返回的國家，并為載人登火儲(chǔ)備技術(shù)和能力，使我國深空探測(cè)能力達(dá)到世界航天強(qiáng)國水平。同時(shí)，在太陽系其他星球探測(cè)中，也將依靠重型火箭提供發(fā)射探測(cè)器的能力。
長征九號(hào)還可以發(fā)射其他大型航天器，承擔(dān)超大型飛行器、空間太陽能電站、超大型可重構(gòu)綜合衛(wèi)星等航天器的發(fā)射。
張智說，初步統(tǒng)計(jì)表明，2030年前后，重型火箭發(fā)射需求約有4~5次，2030~2035年發(fā)射需求約10次；到2050年發(fā)射需求更多。“可見，發(fā)射需求已經(jīng)比較緊迫，長遠(yuǎn)來看需求很旺盛。”
重型火箭將推動(dòng)航天技術(shù)能力向前一大步
“美蘇幾十年前重型火箭搞得轟轟烈烈，后來不搞了。所以肯定有人問，現(xiàn)在我們搞重型火箭有什么意義呢？”昨天，張智自己拋出了問題。
張智解釋，重型火箭需要的技術(shù)，不是將現(xiàn)在技術(shù)“攢”在一起就能解決的。它的研發(fā)，將帶動(dòng)一國設(shè)計(jì)、制造、材料等領(lǐng)域整體提升。
年初以發(fā)射特斯拉完成首秀的獵鷹重型火箭，在張智眼里就是一款“攢”出來的火箭，是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上制造的運(yùn)載能力最大的火箭。“其實(shí)我們也能‘?dāng)€’出更大的火箭，近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到70噸沒太大問題，但現(xiàn)在沒有這個(gè)需求，獵鷹重型在首飛之后也沒任務(wù)了。”
相對(duì)于趕時(shí)間、秀能力，重型火箭更重要的意義在于，以項(xiàng)目為牽引，扎扎實(shí)實(shí)努力，可以使整個(gè)航天技術(shù)水平向前走一大步。就像幾十年前中國“兩彈一星”和美國“阿波羅計(jì)劃”那樣。
“舉個(gè)簡單的例子，現(xiàn)在火箭發(fā)射時(shí)很復(fù)雜，要連著臍帶塔供氣，就像設(shè)備帶著充電器才能運(yùn)行一樣。未來會(huì)讓火箭自主化、智能化，這都是我們?cè)谛禄鸺邪l(fā)中努力實(shí)現(xiàn)的。”張智說。
第一個(gè)重型火箭時(shí)代，由軍備競賽催生，而第二個(gè)重型火箭時(shí)代，源于人類對(duì)更深遠(yuǎn)宇宙的探索欲望。張智認(rèn)為，各國開始發(fā)展重型火箭是必然趨勢(shì)，人類不能總在地球附近“溜達(dá)“。
“現(xiàn)在大家暢想太空移民，目光著眼于月球、火星。更長遠(yuǎn)來看，人類若想離開太陽系，需要更強(qiáng)大的進(jìn)入空間能力、化學(xué)動(dòng)力之外的新動(dòng)力等等，這些早晚都是要考慮的。”張智說，“現(xiàn)在只是起步的一小段。”
起跑線附近正聚集著數(shù)個(gè)航天大國。他們利用各自新一代重型火箭，運(yùn)送的不論是特斯拉、太空游客，還是一個(gè)真正的航天器，其實(shí)本質(zhì)上，都是一張通向深空之門的入場(chǎng)券。