長征系列火箭為何不像獵鷹九號或者德爾塔5一樣,直接將三組主芯級進行捆綁來提高動力?

走路去火星滴滴滴


一看題目就知道題主是內行,心很細。我看在答題區有的答友卻並沒有明白題主所說,把三組主芯級理解成兩個助推器。我來簡單說一下。不過在回答之前先糾正題主的一個錯誤:題主說“為何不像獵鷹9號火箭”這句話是錯誤的,應該是重型獵鷹火箭。另外,誰說長征火箭不採用這種方式?

美國SpaceX公司2018年1月成功發射重型獵鷹運載火箭,把一輛特斯拉跑車送入了火星軌道。


該火箭是由三枚獵鷹9號火箭直接捆綁起來構成的,構型為bab,三枚火箭都是芯級直徑,所以你認為它沒有助推器也可以,當然你說兩邊的兩枚火箭是助推器也行。每個助推器安裝9臺梅林ID發動機,共27臺。

中間這枚獵鷹9號火箭上面加了第二級,第二級安裝1臺真空梅林ID發動機。設計思路和結構就是這麼簡單,幾乎完全是多枚獵鷹9號的組合。因此研製週期短,而運載能力在世界現役運載火箭中是最大的,近地軌道能力(LEO)63.3噸,地球同步軌道能力26.7噸。那為什麼各國都幾乎不採用這種設計呢?

原來這種設計有違傳統設計理念,那就是一級發動機過多,故障率明顯增大,一旦有發動機出現故障,會直接導致發射失敗。另外多臺發動機容易導致複雜的藕合振動、火箭推重比下降等問題,所以一般子一級設計發動機數目都在10臺以裡。前蘇聯曾經研製用於載人登月的N1火箭,其子一級設計30臺發動機,結果4次發射均告失敗,粉碎了蘇聯人的載人登月夢。


蘇聯N1運載火箭

自那以後火箭設計很少採用這種方式。那這次重型獵鷹火箭為什麼又採用這種方式呢?是因為它採用先進設計手段確保其可靠性。採用動力冗餘技術,即當有少數發動機出現故障時,在不影響其它發動機正常工作的情況下箭載控制系統對故障發動機實施緊急關機和故障隔離,繼續執行並完成主發射任務的技術。 它還採用輕質箭體結構技術、牽制釋放技術(火箭在起飛前利用牽制釋放系統牽制住火箭,讓發動機低工況工作一段時間,採集敏感參數和評估分析,快速判斷髮動機工作狀態,提高發射成功率)、冷分離技術(助推器分離和一二級分離均採用無損式冷氮噴射分離,而不是爆炸分離)、


發動機節流技術(一二子級的節流變推力能力,保證一子級助推器分離時芯級仍有最多的推進劑,達到延長芯級飛行時間的目的),成功的解決了傳統遺留問題。據可靠消息,2019年SpaceX公司準備再發射兩枚重型獵鷹火箭,繼續測試。

成功就是硬道理。我國科技人員已經看到了這種成功,早已經開始調整未來新一代運載火箭的發展方向和定位佈局。本來我國把長征五號、長征六號和長征七號運載火箭定位為新一代運載火箭,逐步取代長征二、三、四號老舊系列運載火箭。長五長六長七全部採用通用化、模塊化、智能化、系列化設計,發動機全部使用環保無毒無汙染推進劑,但隨著2017年7月第二髮長徵五號火箭的失利,暴露出很多問題,包括技術上的、設計上的、工藝上的以及定位上的不足。長征七號是從載人火箭長征二號F改進而來,起初有意專門用於載人和貨運飛船的運輸,


它的最大近地軌道能力14噸,以後準備逐步成為我國主力火箭,但它在運力上和長征五號有很大重複之處,目前長七正在改進,比如上面增加一級改進為長征七號甲,也就是說長征七號並不具備完全替代老火箭的能力。現在只有長征五號才是我國目前最需要的,但它的發動機比沖和推重比都不高,為彌補推力的不足當時只得增加發動機數量,從而降低了可靠性。本來打算用它搭載發射試驗新一代載人飛船,但自第二發失利以來,復飛時間也是一推再推

(不過據最新消息第三髮長徵五號將於今年7月份發射,第四發年底發射嫦娥五號。我們預祝成功。),在它基礎上研製的用於發射空間站的長征五號B火箭也受到了影響。特別是為滿足未來深空載人探測比如說載人登月甚至載人登陸火星,瞄準當前最新科技全新打造的新一代多用途載人飛船必須儘早測試,


新一代載人飛船

所以我國科學家們審時度勢迅速作出調整,重新定位新一代運載火箭,毅然推出新一代載人運載火箭(尚未命名),借鑑美國重型獵鷹火箭的設計理念,芯一級是直接捆綁三個相同的、直徑5米的助推器,是bab構型,中間芯一級上面加二級、三級、整流罩和逃逸塔。


新一代載人運載火箭

火箭全長90米,起飛推力2000噸,近地軌道能力70噸,地月轉移能力25噸。用於發射新一代載人飛船人貨兩用的近地版、深空版以及小行星火星探測器和未來月球基地項目。
注意有載人登月的能力。現在正處於方案論證階段,預計2019年完成關鍵技術攻關。相信用不了多久一定會研製成功。


物原愛牛毛1


美國這種cbc構型的火箭其一是大推力並聯的德爾塔4,330噸×3發,而且是性能強勁的氫氧機。我國推力最高的yf100是120噸的煤油機,還是長5長6長7這種新型火箭才用的,只發射過1、2次。其二是多發並聯的重型獵鷹,9×3,在蘇聯n1之後直到重型獵鷹之前多發並聯被視為禁忌,今年年初重獵發射之前各路看衰spacex的專家還在叨叨叨多發不可靠,嘴上說不要身體很誠實,沒幾個月模型就出來了(如圖),摸著美的過河不是白說的。但實際能不能做出來就另說了,一款優秀的火箭不單單是推力大小,還有材料,設計,工藝,成本等問題。長征的系譜已經夠複雜了,應該有7、8個大型號在服役吧,每個還有若干個子型號,如果再加進這款通吃的並聯火箭,賊尷尬


還有沒有能用的暱稱了


這只是工程上的問題,除了重獵鷹,德爾塔4也算這種構型。美國外為什麼少用這種構型?一個比較直接的原因是這種構型的靈活性不夠好,用芯級+助推構型(一級半)的好處是靈活性稍好些,例如長七,可以是:1,1+2,1+4,運載能力不一樣,按不同任務可以是單芯級,1+2,1+4,運載能力差一倍多,而三芯構型運載能力基本不變,要充分利用運能,就只能湊載荷,不夠靈活。

但凡事總有例外,當某型火箭只做一個任務相近的運載工具時,為了節約研究費用,確實是可以這樣做的。還以長七芯級為例,可以稍做改進,讓芯級只裝2發,推級4發,1+2構型,總10發,這樣在增加起飛推力的同時又可以延長芯級工作時間,比純1*3的能效稍高,當然,火箭也比純1*3的稍複雜一點。

重型獵鷹的情況更特殊: 一級可回收再利用!這樣,一致性比靈活性更重要,畢竟,火箭比燃料貴太多,開發費用又比生產費用貴不少,做兩型火箭當然沒有一型來得簡單粗暴,只要單位載荷足夠便宜,湊載荷似乎不是問題,所以重獵鷹採用1*3是根據自身特點來的。


海底核電站


加助推器和捆綁芯級火箭的區別在於助推器不帶燃料,純粹是增加推力。原因就是芯級火箭推重比太低了。加入芯級推重比是1.2,捆綁多兩個芯級 仍然是1.2。但加助推器後就可以提高到2.0(假設)。


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