中国长征五号B运载火箭对比美国猎鹰9(Falcon 9)重型火箭

一: 中国长征五号B运载火箭

中国长征五号B运载火箭对比美国猎鹰9(Falcon 9)重型火箭


▲ 长征五号B运载火箭成功托举新一代载人飞船试验船(宿东 摄)

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▲ 长征五号B运载火箭飞天瞬间(宿东 摄)


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▲ 长征五号B运载火箭点火瞬间(高一鸣 摄)

长征五号B火箭由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制,全长约53.7米,相当于18层楼高,起飞质量约849吨,近地轨道运载能力达到25吨级,可满足约22吨的空间站舱段发射需求。

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▲ 长征五号B运载火箭全身图(宿东 摄)

长征五号系列运载火箭主要包括长征五号长征五号B两型火箭。两兄弟火箭一样“胖”,芯一级直径均为5米,捆绑4个直径3.35米的助推器,最直观的区别是高度和构型不一样。

相对于长征五号,长征五号B火箭矮了约3米,减少了二子级和级间段,是我国首型“一级半”火箭(助推器又称为“半级”)。不过,长五B有个“大脑袋”——整流罩比长五更大。这是根据空间站任务要求新研制的长20.5米、直径5.2米我国最大的整流罩。所以,才能放得下巨大的空间站核心舱。

多一级的长五擅于“跑长途”,能将“乘客”送往3万6千公里高的地球同步轨道、38万公里外的月球、以及最近距离也要数千万公里的火星

少一级的长五B则是一个“短跑健将”,专注于将“乘客”送到地球附近200-400公里左右的轨道,那里是我国空间站建设的主战场。

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▲ 长征五号B运载火箭在厂房中(宿东 摄)

本次任务是我国乃至亚洲运载火箭首次发射超过20吨的航天器。任务的成功,进一步奠定了长征五号系列运载火箭运载能力在世界现役火箭第一梯队中的地位,标志着我国正式打通25吨级“天地运输走廊”,具备了建设载人空间站等大型空间基础设施的能力。这是我国在建设航天强国的征程中迈出的关键一步。

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▲ 长征五号B运载火箭转场(宿东 摄)

本次任务中,采用大推力氢氧发动机的火箭芯一级直接将航天器送入预定轨道,标志着我国成为极少数掌握“一级半”火箭大推力直接精确入轨技术的国家之一。

型号队伍还突破了低温火箭“零窗口”发射、大直径舱箭分离等一系列关键技术,确保后续空间站舱段准时发射、安全分离、精确入轨,同时也为我国发展更大规模的运载火箭奠定了坚实基础。

新一代载人飞船,顾名思义,就是全面升级的天地往返交通工具,面向我国近地空间站运营、载人深空探测等任务需求,飞船采用返回舱与服务舱两舱构型,未来在执行近地轨道任务时,可以一次运送6-7名航天员。

这次亮相的新一代载人飞船试验船,是新一代载人飞船的“试验版”,由航天科技集团五院抓总研制。飞船“身高”近

9米,身体最“胖”处直径约4.5米,体重超过20吨


VS对比


二:美国猎鹰9(Falcon 9)重型火箭

SpaceX又出来搞事了:他们创纪录地使用Block 5型猎鹰9火箭一次携带64颗卫星投入轨道!

SpaceX的CEO马斯克曾表示:“在不进行任何维护的情况下,使同一枚火箭能发射入轨多达10次;在翻新维护的基础上,可重复使用至少100次。

要知道这次发射的总共有64颗卫星,包括15个“微型卫星(microsats)”和49个“立方体卫星(cubesats)”。


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首先这个9号的得名,并不是因为其之前还有6号、7号或者8号,而是因为它的第一级拥有9台发动机(猎鹰9号有两级箭体)。


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在猎鹰9 Block 5之前还有猎鹰9号1.0、猎鹰9号1.1、猎鹰9 Block 3 和Block 4 等多个版本。


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猎鹰9号1.0版


  • 一级火箭回收采用降落伞式,结果箭体、降落伞都在再入大气时被摧毁
  • 2010年6月4日~2013年3月1日
  • 共计发射5次,4次成功,从未回收成功


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猎鹰9号1.1版


  • 首次采用反推力着陆,升级发动机,增高箭体,安装栅格翼,升级飞行控制系统
  • 2013年9月29日~2016年1月17日
  • 共计发射15次,14次成功
  • 共计3次尝试回收一级火箭,0次安全回收


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猎鹰9号1.2版


  • 也叫FT版(Full Thrust全推力版),包括Block 3、Block 4,重要升级版本
  • 加大发动机推力、升级着陆架、升级栅格翼、增高箭体、升级整流罩
  • 2015年12月22日~2018年4月18日
  • 共计发射33次,全部成功
  • 共计24次尝试回收一级火箭,22次安全回收
  • 理论上复用火箭可使用2~3次,实际使用2次,从未尝试3次


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而猎鹰9 Block 5 就是它们的集大成者。


  • 最大特点:在不进行任何维护的情况下,使同一枚火箭能发射入轨多达10次;在翻新维护的基础上,可重复使用至少100次。
  • 加大发动机推力、升级着陆架、升级更耐高温的栅格翼、优化飞控系统
  • 目前已成功回收使用3次


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发动机进行过多次的改进:从早期的默林-1C到后来的默林-1D,再到现在的默林-1D魔改。


推力从1.0版本的4940千牛到block 5的8130千牛,达到近65%的提升!


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Block 5 型的9台发动机的布局采用了中心1台,一圈8台的形式。


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9台发动机其中的任意1台坏掉,都不影响任务的完成。即便坏了2台发动机,同样能够将卫星送入预定轨道。


不过,这个中心1台,一圈8台的布局,并不是一蹴而就的。


在早期版本的猎鹰9中,发动机是呈3X3矩阵型分布的,单个发动机损坏就能导致发射任务失败。


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箭体方面,先说箭体与动力系统的配合。


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之前的9台默林发动机是通过巨大的高强度铝合金框架连接到一起之后,再焊接到一级箭体上的。


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这样做,虽然靠谱,但是一旦单台或者多台发动机出现故障,或者铝合金框架出现不可逆的形变,整个一级火箭就得报废了。


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现在,Block 5 型进一步升级了。


以前更多考虑的是重复使用的技术可行性,而现在则是面向单枚火箭可以重复使用10次以上来设计。


因此,Block 5 型的连接盘不再焊死在箭体上,而是用螺栓连接。


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今后一旦发现问题,就整体拆卸,更换连接盘。这样整枚一级火箭还可以再次使用。


另外,为了能够实现复用10次的目标,9台发动机之间的防热护盾也改为可拆卸式设计。


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栅格翼和RCS反推系统是猎鹰9号系列运载火箭实现一级回收的关键,其姿态稳定和姿态控制要仰赖该系统的完美配合。


猎鹰9 block 5 升级了栅格翼,材料采用更为耐热的钛合金。


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下图左侧为老款栅格翼,铝合金制成,外有白色防热漆;


右侧为新款钛合金栅格翼,没有涂任何涂料。


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钛合金的强度更高,因此,可以省掉了上图黄框内的加强筋,在气动上更加优化。


而紫色限位孔的位置不变,方便对已有箭体的改装。


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支撑腿


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猎鹰9号火箭的支撑腿是保证回收成功的关键。


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旧版本的4条支撑腿,为了展开后固定得牢靠,在外部设计了闭锁机构,一旦打开,就无法再自动缩回。


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这设计确实有助于安全着陆,不过火箭如果需要再次使用的话,需要手动拆解闭锁机构,重新让伸缩腿复位。


操作起来十分麻烦,

12人小组要耗费4个小时才能搞定。。。


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Block 5 型火箭把闭锁机构设计在了箭体内部,由一个主作动器带动8个小机构联动完成,而且是伸缩自如的。


这样,火箭在回来之后,只需派1名工程师,操纵主作动器,就能够在10分钟以内完成支撑腿复位工作。


大大缩减了工作量。


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block 5是目前最完善的猎鹰9运载火箭。



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