環(huán)球微資訊！一問(wèn)到底丨載人登月發(fā)展，動(dòng)力如何先行？

月球是我們藍色星球的近鄰，也是人類(lèi)邁向更遠深空的中轉站。目前，我國正在進(jìn)行月球探測的四期工程。前不久，中國載人登月也有了時(shí)間表，我國新一代載人火箭預計2027年首飛，在2030年前還將實(shí)現中國人首次登陸月球。

(相關(guān)資料圖)

航天發(fā)展，動(dòng)力先行。近日，航天科技集團六院研制的我國載人登月火箭主力發(fā)動(dòng)機——130噸級泵后擺液氧煤油發(fā)動(dòng)機完成上試車(chē)臺后的第六次試車(chē)，發(fā)動(dòng)機累計試車(chē)時(shí)長(cháng)達到3300秒，工作時(shí)長(cháng)超10余倍任務(wù)時(shí)間，驗證了發(fā)動(dòng)機工作可靠性的同時(shí)，再次創(chuàng )造我國百?lài)嵓壈l(fā)動(dòng)機單臺試車(chē)新紀錄。

火箭大推力發(fā)動(dòng)機的研制有多難？為什么要反復進(jìn)行“試車(chē)”？未來(lái)能不能有超千噸推力發(fā)動(dòng)機能助力中國航天邁向更加深邃的太空呢？

什么是“火箭發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火試車(chē)”？

首先來(lái)給“登月火箭主力發(fā)動(dòng)機”劃個(gè)重點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機是核心部件，是一枚火箭的“心臟”。心臟的動(dòng)能越大、力量越足，就能帶領(lǐng)重型火箭去更高軌道的太空探索。這一次，我國載人登月火箭主力發(fā)動(dòng)機單臺試車(chē)時(shí)長(cháng)創(chuàng )下新紀錄，就是中國航天動(dòng)力事業(yè)對“大推力”發(fā)動(dòng)機技術(shù)驗證的又一次跨越。

到底什么是“火箭發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火試車(chē)”呢？發(fā)動(dòng)機試車(chē)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火并驗證其設計方案合理性和工藝可靠性的過(guò)程，這是任何一型發(fā)動(dòng)機研制和交付等環(huán)節中不可或缺的重要一環(huán)。所謂“試車(chē)”，其實(shí)種類(lèi)多達幾十種，會(huì )貫穿發(fā)動(dòng)機研制前后的各個(gè)階段，每個(gè)階段的試車(chē)都有不同的意義，點(diǎn)火時(shí)長(cháng)也從幾秒到數百秒不等。

專(zhuān)家表示，在某一型發(fā)動(dòng)機的研制階段，發(fā)動(dòng)機會(huì )完成從單個(gè)組件試車(chē)到全系統試車(chē)的一整套復雜的流程，小到一個(gè)閥門(mén)，大到一臺完整的發(fā)動(dòng)機，都需要經(jīng)歷千錘百煉。在研制階段過(guò)后，發(fā)動(dòng)機試車(chē)將會(huì )進(jìn)入鑒定階段。完成鑒定階段的試車(chē)之后，這一型發(fā)動(dòng)機便可以交付火箭使用了，但是這并不代表試車(chē)的結束，每一臺發(fā)動(dòng)機都需要在試車(chē)臺上“熱一下身”才能達標。隨著(zhù)我國航天事業(yè)的不斷進(jìn)步，試車(chē)臺上也越來(lái)越忙碌。

固體火箭發(fā)動(dòng)機和液體火箭發(fā)動(dòng)機有何特點(diǎn)？

發(fā)動(dòng)機是火箭的核心部件，目前主流的運載火箭發(fā)動(dòng)機主要分為液體火箭發(fā)動(dòng)機和固體火箭發(fā)動(dòng)機。那么，這兩種發(fā)動(dòng)機都有什么特點(diǎn)？

固體火箭發(fā)動(dòng)機顧名思義，就是使用固體燃料作為推進(jìn)劑的火箭發(fā)動(dòng)機，與之相對應的是液體火箭發(fā)動(dòng)機，它們的工作原理相同，都是通過(guò)點(diǎn)燃推進(jìn)劑產(chǎn)生巨大推力，將航天器送入幾百甚至上萬(wàn)公里的預定軌道。

有所不同的是，固體發(fā)動(dòng)機主要使用的丁羥這種固體燃料，也就是一種高能火藥，長(cháng)征十一號運載火箭使用就是固體燃料。而液體發(fā)動(dòng)機主要使用液氫液氧等液體推進(jìn)劑，大家熟知的長(cháng)征五號火箭使用的就是液氫液氧。

由于使用的燃料不同，因此各自的特點(diǎn)也不相同。液體發(fā)動(dòng)機具有可控性強、點(diǎn)火時(shí)間長(cháng)等特點(diǎn)，而固體發(fā)動(dòng)機具有結構簡(jiǎn)單、機動(dòng)靈活、瞬間推力大等優(yōu)勢。而在未來(lái)，基于兩者優(yōu)勢相結合的發(fā)動(dòng)機組合模式，也將成為新的設計思路，這也是世界航天大國都在致力發(fā)展的方向。

載人登月 火箭發(fā)動(dòng)機需要多大推力？

在幾天前，5月30日9時(shí)31分，搭載神舟十六號載人飛船的長(cháng)征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射并取得圓滿(mǎn)成功，而這一次搭載神十六航天員乘組奔赴太空之家的，就是我們最熟悉的中國載人航天的“神箭”——長(cháng)征二號F系列，是當之無(wú)愧的“太空專(zhuān)列”。

長(cháng)征二號F運載火箭，全長(cháng)約58.3米，捆綁了4個(gè)助推器，起飛重量大約500噸，火箭渾身上下大約90%的重量來(lái)自它攜帶著(zhù)的燃料，這些燃料可以讓它在大約580秒的全程加速中達到每秒7.9公里的第一宇宙速度。

新一代載人火箭和重型火箭研制有序推進(jìn)

此時(shí)此刻，中國空間站在位于距離地球400公里的軌道上運行，可是地球和月球之間的平均距離有38.44萬(wàn)公里，這就需要搭載更強勁“心臟”的新一代載人火箭的助力。我國正在論證載人登月方案，新一代載人運載火箭也預計將在2027年具備首飛條件。不遠的將來(lái)，中國航天員將有望登陸月球，后續還將建造國際月球科研站。想完成這些任務(wù)，火箭到底需要多大推力？還需要哪些新要求呢？

據介紹，新一代載人火箭的箭體直徑與長(cháng)征五號運載火箭相當，通過(guò)將已經(jīng)成熟的火箭技術(shù)進(jìn)行綜合運用，將滿(mǎn)足我國載人登月的任務(wù)需求。

中國工程院院士、航天科技集團一院長(cháng)征系列火箭總師顧問(wèn)龍樂(lè )豪：相當于三個(gè)長(cháng)征五號的芯一級，把它捆綁起來(lái)，每一個(gè)芯級是三個(gè)組合體并聯(lián)的，每一個(gè)組合體上有7臺發(fā)動(dòng)機，每一臺發(fā)動(dòng)機推力將近120噸，就這么一個(gè)龐然大物。當然還有二級，這樣就把三個(gè)中國人分兩次發(fā)射，近地軌道的運載能力可以達到70噸左右，地月轉移軌道的能力，就是地球到月球的轉移軌道的運載能力大約是27噸，這樣可能分兩次發(fā)射，將實(shí)現三個(gè)中國人在2030年以前登上月球。

同時(shí)，龍樂(lè )豪院士介紹，我國重型運載火箭也正在研制中，它箭體直徑達到10.6米，高度110米左右，低軌道的運載能力可以達到150噸以上，地月轉移軌道的能力達到50噸以上，這將是未來(lái)運載能力最強的火箭。

中國工程院院士、航天科技集團一院長(cháng)征系列火箭總師顧問(wèn)龍樂(lè )豪：這樣一個(gè)火箭超過(guò)了可以說(shuō)是歷史上所有的火箭的運載能力，將來(lái)除了實(shí)現我們更遙遠的，比如說(shuō)載人火星探測，還有建立月球基地，甚至于將來(lái)直接民用，就讓它建造空間太陽(yáng)能電站來(lái)運輸，現在進(jìn)展都還不錯，具體這個(gè)模樣都做出來(lái)了，生產(chǎn)出來(lái)了，一二三級的發(fā)動(dòng)機都已經(jīng)相應做過(guò)了全系統的短程的熱試車(chē)考核，也就是說(shuō)具體方案都已經(jīng)定了。

更大推力火箭研制有何進(jìn)展？

實(shí)際上，我國自主研制的火箭發(fā)動(dòng)機一直在頻傳捷報。

去年11月，由航天科技集團六院自主研制的中國最大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機首次整機試車(chē)圓滿(mǎn)成功。該型發(fā)動(dòng)機設計推力500噸級，也是世界上推力最大的雙推力室高壓補燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機。據介紹，500噸級液氧煤油發(fā)動(dòng)機的推力是現役120噸級液氧煤油發(fā)動(dòng)機的4倍。首次整機試車(chē)的成功，標志著(zhù)該型發(fā)動(dòng)機研制取得重大突破。

去年底，由航天科技集團六院自主研制的我國推力最大的80噸級液氧甲烷發(fā)動(dòng)機首臺整機熱試車(chē)取得圓滿(mǎn)成功，為我國商業(yè)航天運載火箭提供主動(dòng)力，同時(shí)也為可重復使用運載器發(fā)展奠定重要技術(shù)基礎。發(fā)動(dòng)機的推力有多大，航天的舞臺就有多大。動(dòng)力技術(shù)有了巨大發(fā)展，相信中國航天事業(yè)就會(huì )實(shí)現更大跨越。

我國載人登月準備工作推進(jìn)到哪個(gè)階段？

距離2030年還有不到7年時(shí)間，我國載人登月現在的準備已經(jīng)到哪個(gè)階段了？接下來(lái)要分幾步去實(shí)現登月？來(lái)聽(tīng)中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明的介紹。

中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明：實(shí)現2030年前中國航天員登陸月球，當前我們已經(jīng)完成了登月任務(wù)的相關(guān)飛行器的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和方案的研制，當然也完成了登月總體方案的論證和編制，這是當前的進(jìn)展。

至于未來(lái)7年，我想應該是分成三個(gè)大的階段：第一階段就是要完成各項研制和建設任務(wù)，這里面包括完成新一代的載人運載火箭、新一代的載人飛船、登月的月面著(zhù)陸器，還包括登月服、載人月球車(chē)等等飛行產(chǎn)品的研制，還有補充建設文昌航天發(fā)射場(chǎng)，以及測控通信著(zhù)陸場(chǎng)等相關(guān)的地面設備設施。第二階段就要進(jìn)入無(wú)人飛行的驗證階段，這個(gè)階段如果任務(wù)順利，我們將進(jìn)入第三階段，就是載人登月的飛行階段。

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