胖五长征五号首飞,中国独家的军事图片

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胖五长征五号首飞 中国日本火箭技术谁更强更厉害 来源:澎湃新闻 2016-11-04 17:25

[据美国aviationweek网站2012年10月15日报道]考虑到日本航天人才可能面临断层的危险,日本三菱重工督促政府立即采取行动,研制新系列的航天运载器。

三菱重工在2007年从JAXA手中接管H-IIA的发射事宜。为了节省资本,三菱精简并改进了程序。但事实是成本反倒略高于从前。原因是每次发射都要修改H-IIA设计,以便满足不同的需求。不过政府对三菱的业绩比较满意,已经决定将H-IIB火箭的发射权交给三菱。 H2A202标准型号拥有两台助推器,地球静止轨道运载能力为4吨。卫星想要进入更远地点,必须携带更多燃料。三菱重工目前正在改装H-IIA火箭,使其第二级段在将卫星送入目标地点之前一直与卫星相连,并在进入目标地点后再次点火修正轨道倾角。卫星仅需改变速度,通常以稍高于1500米/秒的速度进入地球同步转移轨道即可。改进后的火箭能够发射2.9吨的卫星,不过要实现这些,设计人员必须将第二级段氢燃料的气化率降至最低。在燃料箱外部覆盖反光的白色涂层将有所帮助。改装后的火箭还需要更多的电池容量,推力也将受限。除了改进第二级段,H-IIA还需要有更好的汇率环境。 H-IIA与H-IIB火箭此前几乎只为日本政府发射有效载荷,不过2012年5月,H-IIA实施了首次商业发射,将韩国政府卫星送入轨道。H-IIB 主要为发射日本的“白鹳”货运飞船而建造。它能以一箭双星的形式提供发射服务(其中一颗可能属于日本政府),这样它就能够具备商业竞争力。(中国航天系统科学与工程研究院许红英 侯丹)

H-Ⅱ轨道飞机(H-Ⅱ Orbiting Plan E-HOPE)是日本空间发展厅(NASDA)及国家航空航天实验室等单位共同主持研制的用于90年代末或下世纪初的往返式轨道飞行器。它由H-Ⅱ运载火箭和轨道飞机组成。该系统主要用来向国际空间站日本舱以及各种空间平台运输货物,轨道飞机也可作为空间技术实验室使用。

11月3日20时43分,我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空。 新华社记者郭程图

日本H-IIA与H-IIB火箭的特点是发射成本高昂,几乎无法用于提供国际商业服务。研制并运行这两种型号火箭的三菱重工打算改进H-IIA,部分解决受限于种子岛发射基地的情况。

结构特点研制历程使用情况型号演变结构特点

澎湃新闻特约撰稿

日本宇航探索局JAXA曾规划过替换的运载器系列H-X,该型火箭将以LE-X发动机为基础建造。JAXA曾推动新系列火箭的模块化以降低成本。不过需求被终止了。

H-Ⅱ 目前有三个型号正在使用中。基本202型装备了两级液态氧/液态氢燃料发动机,并在侧面加装了两部SRB-A捆绑式固体燃料火箭助推器。更加强大的型号是204型,装备4部SRB-A捆绑式固体燃料火箭助推器。

11月3日,中国长征五号火箭在海南文昌发射场发射成功,这是中国运载火箭运力首次跨入大型运载火箭的行列。长征五号火箭是中国运载火箭新技术的集大成者,它的研制成功为未来发展更大更先进的运载火箭锻炼了队伍、积累了技术经验。

日本需要每年使用H-IIA与H-IIB进行四次发射,才能使运营商获益。对新火箭还有两个需求,一是缩短订购与实施发射之间的周期。目前H-IIA火箭的周期是1年半。第二个改进是要使有效载荷的震动低于其他火箭产生的震动,降低设计卫星的要求,提高可靠性

研制历程

中日两国都是航天大国,但在很长一段时间,日本运载火箭的技术水平相对更高。长征五号火箭发射成功之后,中日运载火箭对比会发生改变吗?

大多数参与研制了H-II系列火箭及其先驱者的工程师们都将在2020年前退休。所以2020应该成为H-X开始提供服务的最后期限,JAXA也已经表示2020年发射首枚H-X火箭。由于研制时间要花费6-8年,因而没有多少时间可以拖延。三菱重工在2007年从JAXA手中接管H-IIA的发射事宜。为了节省资本,三菱精简并改进了程序。但事实是成本反倒略高于从前。原因是每次发射都要修改H-IIA设计,以便满足不同的需求。不过政府对三菱的业绩比较满意,已经决定将H-IIB火箭的发射权交给三菱。 H2A202标准型号拥有两台助推器,地球静止轨道运载能力为4吨。卫星想要进入更远地点,必须携带更多燃料。三菱重工目前正在改装H-IIA火箭,使其第二级段在将卫星送入目标地点之前一直与卫星相连,并在进入目标地点后再次点火修正轨道倾角。卫星仅需改变速度,通常以稍高于1500米/秒的速度进入地球同步转移轨道即可。改进后的火箭能够发射2.9吨的卫星,不过要实现这些,设计人员必须将第二级段氢燃料的气化率降至最低。在燃料箱外部覆盖反光的白色涂层将有所帮助。改装后的火箭还需要更多的电池容量,推力也将受限。除了改进第二级段,H-IIA还需要有更好的汇率环境。 H-IIA与H-IIB火箭此前几乎只为日本政府发射有效载荷,不过2012年5月,H-IIA实施了首次商业发射,将韩国政府卫星送入轨道。H-IIB 主要为发射日本的“白鹳”货运飞船而建造。它能以一箭双星的形式提供发射服务,这样它就能够具备商业竞争力。

H-I是日本的第一种加装了本土开发的液态氧/液态氢燃料发动机的运载火箭。1986年~1991年间,H-I火箭共发射了9颗卫星。后来H-l火箭被装备了两级液态氧/液态氢燃料发动机的H-II火箭所取代。不过,H-II火箭的发射费用高昂,并且在1999年发射失败了两次。H-IIA是日本现在正在使用的重型运载火箭。

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编辑:国防科技网 责任编辑:张海

使用情况

日本运载火箭的先进性

H-Ⅱ 除了地球同步转移轨道的发射任务之外,H-IIA运载火箭还曾将包括4颗卫星的有效载荷运送到了极轨道(倾角为90°的卫星轨道。处在这种轨道上的卫星每一圈都经过两极或两极附近,故名极轨卫星。气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星等多采用这种轨道,以覆盖全球。在工程上常把倾角稍微偏离90°,但仍能覆盖全球的轨道也称为极轨道)。一个使用更宽的第一级并装备两部LE-7A发动机的“加强”型号H-IIB已经开发完成,并即将投入使用,它将有能力把日本的H-II运载飞船送到国际空间站。

日本于1970年2月11日抢先中国两个月,成功发射了第一颗人造卫星 大隅号人造卫星。该卫星仅重9.4千克,而中国的东方红一号卫星重达173千克。当时日本航天专家也承认,日本火箭与中国火箭存在5年的差距。

型号演变

但在日本引进美国雷神-德尔塔火箭技术之后,日本火箭技术水平开始超过中国。

H-IIB型号

日本在引进雷神-德尔塔火箭技术的同时,逐步开展国产运载火箭研究,最终研制出国产的H-II型高性能火箭。H-II火箭在商业上并不成功,但对日本运载火箭发展具有里程碑意义。

在H-II火箭的研制过程中,日本开发了先进的百吨级LE-7分级燃烧循环液氧液氢发动机、LE-5A膨胀循环液氧液氢发动机,这在当时火箭发动机中属于高端设计,性能相当出色。日本的LE-7发动机和美国的SSME、LE-5A、RL-10发动机也分别是当时世界上仅有的两种分级燃烧循环氢氧机、膨胀循环氢氧机,堪称火箭发动机高端的G2。

由于H-II火箭成本太高,日本随后研制了H-IIA火箭和H-IIB火箭,前者以H-II火箭为基础改进而来,使用性能稍逊但工艺和设计更可靠的LE-7A和LE-5B液氧液氢发动机,火箭运载系数相当出色。后者在H-IIA的基础上进一步改进,芯级直径增加到5.2米,芯级使用双发LE-7A发动机,可将16.5吨载荷送入国际空间站轨道。H-IIB火箭是日本最大和最先进的运载火箭,但只用于执行HTV货运飞船的发射任务,而且由于发射费用较高,2020年后将退役。

目前,日本正在研制新一代H-III运载火箭,其延续了日本偏爱创新的传统,火箭发动机设计同样十分惊艳。H-III火箭继承了H-IIB火箭的5.2米直径液氧液氢芯级,将使用新研制的LE-9大推力液氧液氢发动机。这是一种开式膨胀循环液氧液氢发动机,通过开式膨胀循环的独特设计,实现了火箭发动机膨胀循环高可靠性和开式循环大推力的统一,在世界火箭发动机设计上自成一家。

H-III火箭第二级初期使用LE-5B发动机,后期可能改用开式膨胀循环的LE-11发动机,这是一种推力约27吨、真空比冲467秒的液氧液氢发动机,堪称有史以来综合性能最强的上面级发动机。

长征五号的大跨越

中国现役主力运载火箭的发动机仍然基于20世纪60年代技术,无论火箭总体设计如何变化,也无法与使用20世纪90年代火箭发动机技术的日本运载火箭一较高下。

20世纪80年代,中国同样提出了新一代运载火箭的研制计划,不过由于种种原因,直到21世纪初火箭研制才步入正轨。2000年和2001年,120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氧液氢发动机先后立项研制,2006年国家批准了长征五号火箭的研制立项。

长征五号火箭是一种二级半设计构型的火箭,这与日本的H-IIA和H-IIB火箭相似,更相似的是它们的一子级和二子级不约而同的都使用了液氧液氢发动机,不过长征五号火箭助推器使用高压补燃循环液氧煤油发动机,而日本H-II系列火箭使用的是固体火箭助推器。长征五号火箭的助推器基于120吨地面推力的YF-100高压补燃循环液氧煤油发动机,具有较高的比冲和总冲。尽管长征五号火箭的一子级使用的YF-77液氧液氢发动机和二子级的YF-75D液氧液氢发动机的性能,稍逊于H-IIB火箭的LE-7A和LE-5B发动机,但火箭运载系数还是相对较高,体现了长征五号总体设计的成功。

作为中国新一代运载火箭中的大型火箭,长征五号火箭长度56.97米,其中芯级部分直径5米,全部使用液氧液氢发动机,助推器配置为4个3.35米直径的液氧煤油发动机。形象地说,长征五号的助推器就有长征二号火箭那么粗,而芯级横着放就有约两层楼高。

官方资料称,长征五号火箭起飞质量约879吨,起飞推力约1078吨,地球同步转移轨道运载能力约14吨,在运载能力上远高于日本运载能力最高的H-IIB火箭,即使是未来H-III系列火箭中运载能力最大的型号,运载能力也无法媲美我国的长征五号火箭。

长征五号火箭虽然在运载能力和运载系数上实现了对日本运载火箭的超越,但由于我国工业基础尤其是基础的材料和机械等部分落后于日本,长征五号火箭的技术水平和日本现役运载火箭仍有一定的差距,尤其是火箭发动机上差距比较明显。即使首飞时间比日本H-II火箭晚了20多年,但长征五号火箭的YF-77液氧液氢发动机仍然在推力和比冲两项关键性能上,还是落后于日本的LE-7液氧液氢发动机,长征五号第二级使用的YF-75D发动机在这两项指标上也略逊一筹。

但是,长征五号火箭之后,我国还在研制220吨推力的液氧液氢发动机和25吨级、460秒真空比冲的上面级液氧液氢发动机,这将使中国火箭发动机技术上赶超日本,有助于中国运载火箭技术全面超过日本。

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