新型火箭發動機性能落後 長征五號運載火箭基於120噸級推力的YF-100液氧煤油發動機和50噸級推力的YF-77液氫液氧發動機。這兩款新型發動機的推力和比沖都較小,尚未實用、性能已經落後,導致長征5號各構型需要使用的發動機數量都比較多。如系列中運載能力最強的長征5E,共有8台YF-100液氧煤油發動機、2台YF-77和2台YF-75D氫氧發動機;而運載能力相當的美國重型德爾塔4隻有4台氫氧發動機。發動機數量過多會增加火箭製造成本、也會對火箭發射的可靠係數帶來影響。 考察液體火箭發動機主要有2個指標,一個是最大推力,另外一個是比沖。在相同的發射重量下,火箭發動機的比沖越高,火箭的運載能力就越強;火箭發動機最大推力越大,所需的發動機數量就越少。 多國火箭發動機橫向比較 國外目前均採用推力較大、比沖較高的高性能火箭發動機,以上文提到的各國大型運載火箭為例,美國宇宙神5火箭使用引進的俄羅斯RD-180液氧煤油發動機,真空最大推力4320千牛,真空比沖337.8秒;俄羅斯質子火箭的RD-253液氧煤油發動機雖然相當老舊,但使用分級燃燒循環設計,真空最大推力仍然達到1830千牛,真空比沖316秒。在氫氧發動機方面,美國的德爾塔4火箭使用本國普惠公司生產的RD-68大推力氫氧發動機,這也是世界上推力最大的氫氧發動機,真空最大推力3445千牛,真空比沖409秒;歐空局的Ariane 5火箭使用法國斯奈克瑪公司的Vulcain 2氫氧發動機,真空最大推力1340千牛,真空比沖431秒;日本H-IIA/IIB使用本國的LE-7A氫氧發動機,最大推力1098千牛,真空比沖442秒。 相對來看,YF-100液氧煤油發動機真空最大推力為1340千牛,真空比沖約330秒;YF-77液氧液氧發動機真空最大推力約為70千牛,真空比沖428秒。在主要的地面啟動液氧煤油發動機中,YF-100性能僅僅超過了老式的RS-27、RD-107和SpaceX廉價的Merlin等發動機,YF-77液氫液氧發動機更是在主流氫氧發動機中推力和比沖雙墊底。這些事實提醒我們的航天液體發動機還需要加大投入,追趕世界先進水平。 期望 中國長征系列運載火箭源於軍用導彈,核心的發動機技術只是上世紀60年代國際水平,能夠打入國際市場主要依靠優秀的成功率和低廉的發射價格。目前,長征火箭的運載能力僅僅領先於印度,雖然新一代長征五號運載火箭運力趕上了世界主流水平,但火箭發動機技術差距仍然很大。 未來中國仍需要推力更大、比沖更高的液氧煤油發動機和氫氧發動機,以滿足深空探測、載人登月和大型空間站的發射需求,為探索和利用太空提供強大支持。
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