北京时间11月16日上午,我国自主研制的25吨级YF-79闭式膨胀循环氢氧火箭发动机,正式取得全系统试车成功,这也标志着继今年9月25日,YF-79闭式循环氢氧火箭发动机完成半系统热试车后,此次全系统试车完成后,YF-79将正式定型、并为即将发射的长征9号超重型登月火箭承担最为重要的航天器入轨服务。
而就在11月16日下午,美国同样用于载人登月任务的SLS登月火箭首枚试验型号,已经顺利发射升空,并将重达23吨的猎户座载人登月飞船准确送入预定轨道。所以在SLS发射之前,我国终于啃下长征9号身上最难的一块硬骨头,也寓意着我国载人登月的所有艰难险阻将正式成为过去,相信我们的长征9号载人登月火箭也能尽早发射升空。
当然在YF-79闭式循环氢氧火箭发动机全系统试车成功之前,我国也已经先后在2021年和今年上半年,先后完成了长征九号一级主发动机YF130型500吨级液氧煤油火箭发动机整机热试车,和二级主发动机YF-90型220吨级氢氧循环火箭发动机的全系统、半工况试车任务。
所以从整个长征9号身上的10米超大直径结构环件、到全球高压补燃推力最大的双推室YF130液氧煤油火箭发动机,到220吨级氢氧循环大推力发动机,再到昨天最新完成全系统热试车、也是整个长征9号身上技术难度最大的YF-90闭式循环氢氧火箭发动机,可以说在所有核心技术全部取得突破、并试验成功后,距离首枚长征9号下线首发的时间,是越来越近了。
但就在昨日,YF-90这一国内技术难度最大、全球推力最强的25吨级闭式膨胀循环发动机试车成功后,网络上却出现了一些很不好的声音和质疑,说什么日本早在2021年就成功试验了推力高达150吨的LE-9氢氧火箭发动机、印度早在2014年就发射应用了其自主研制的20吨级氢氧火箭发动机,所以中国的25吨级推力相比日本差得多,还能是技术最难吗?是不是已经落后?25吨推力未免也太小了吧?
的确光是从推力大小来看的话,日本和印度在某些火箭发动机方面的确比我国先进得多。比如日本在2021年试验成功的LE-9氢氧火箭发动机地面推力高达150吨,是要比我国刚刚试验成功的YF-79大6倍之多;其次像印度GSLV运载火箭捆绑的固体助推器,单台推力高达500吨级,而我国直到今年才完成了国内首台500吨级固体火箭发动机的整机试车。
但衡量一款火箭发动机并不单单只看推力大小,而是要综合考虑到发动机的比冲大小、推重比、循环方式等多方面因素,比如印度的500吨级固体火箭发动机的确推力很大,仅次于美国航天飞机使用的SRB固体助推器,但这台固体助推器只有推力较大、其他方面像比冲大小、推重比、循环方式都很是落后。举个很实际的例子,比如印度的GSLV运载火箭,两台500吨级固体助推器就能提供1000吨以上的起飞推力,但该火箭近地轨道最大运载力只有10吨,究其原因就在于固体助推器比冲普遍较小,一般只有240S左右,而且外壳采用笨重的钢制结构,所以其推力虽然很大,但是实际运载力却比较低。
反观马斯克的猎鹰-9火箭,虽然一级装备的梅林1D+火箭发动机最大推力只有96吨,整枚运载火箭最大起飞重量也不过549吨,但其近地轨道最大运载力高达15.6吨。原因就在于猎鹰-9本身干质比更大、且装备的梅林-1D+液体火箭发动机本身比冲要比固体高100多S,而且该发动机的推重比也非常恐怖,所以在整体效率更高的情况下,起飞推力只有印度GSLV一半的猎鹰-9近地轨道运载力却比前者高50%以上。
再回到我国最新全系统试车成功的YF79闭式循环氢氧火箭发动机上,前面也说过看一款火箭发动机的整体性能并不能简单的只看推力大小,而是要从其推重比、比冲大小等方面综合决定,往往两款采用相比循环模式的液体火箭发动机,比冲大小只差了几秒或者十几秒,但最终的载重、燃烧效率等方面却差了十万八千里。
像我国最新试车成功的YF-79氢氧火箭发动机,为了提升燃烧效率,采用了循环模式更高效的闭式循环结构,而循环模式的提升也使得其推力达到25吨级的前提下,比冲达到了458S。这是什么概念呢?
印度早在2014年装机起飞的CE-20型20吨级氢氧火箭发动机虽然推力达到了20吨,但其采用了最简单的开式循环模式,比冲只有442S,无论是在推力还是衡量推重比、整体性能的比冲方面都远落后于我国,所以我国的YF-79整体性能远超印度没毛病。
其次像日本在2021年试车成功的LE-9氢氧火箭发动机虽然最大推力达到了150吨级,但这款氢氧火箭发动机采用了结构简单的开式循环模式,特点是推力可以设计的很大,但缺点也不少除了比冲较低,只有425S,而且因为开式循环的原因,其不具备多次点火和真空使用能力。好在日本只是将其用于下一代H3运载火箭的一级结构上,还算是勉强合格,所以表面看推力很大、但实际性能并不高。
最后再说说美国最新发射成功的SLS登月火箭,在其第三级上也搭载了美国当前最先进、也是推力最大的RL10B-2氢氧火箭发动机,该发动机和YF-79一样都是用于航天器入轨,也都具备真空运行和多次点火能力,但其最大推力只有11.2吨,只有我国YF-79的一半推力大小。
除了推力小了一半以外,在核心的比冲上RL-10B-2当前最大比冲462S,比我国当前试车成功的YF-79的458S略高一些,但要知道的是,YF-79当前试车状态是为了加快试验进度,主动降低了室压和缩短了喷管长度,等到后面装机试飞前,室压恢复到设计状态,喷管长度也延长到设计状态后,整个比冲甚至能够达到470S以上。
所以从整体来看,我国的YF-79闭式循环氢氧火箭发动机,虽然设计最大推力只有25吨,但其整体性能表现却要比同级别的其他氢氧火箭发动机先进的多。而且我国在推力设计上主要是为了满足长征9号发射航天器入轨的需求。
比如长征9号地月转移轨道最大运载力超过55吨以上,对于承担末级入轨任务的第三级而言,采用两台25吨的YF-79在可靠性上要比采用单台50吨或者四台10吨级的高,在重量上也要比单台和四台轻不少,所以不是说我国研制不出推力更大的闭式循环氢氧火箭发动机,而是因为我国根据当前和未来一段时间内的航天需求,量身定制的动力系统设计指标就是这么大。
YF-79除了能够用于载人登月或者深空发射外,将其换装到现役的长征5号运载火箭上,额外加装称第三级,凭借长征5号超过24吨的最大近地轨道运载力,完全可以执行更大重量的深空探测任务,或者借助YF-79更高的比冲优势,完成更重深空探测器的发射任务。
[笑着哭]我们这是上面级,追求高比冲,跟本子那种第一级完全两种东西。
当年本子的H2也是需要仰望的存在,现在嘛[得瑟]
厚积薄发
发动机齐活,老长九上马吧!注意预留一级集束回收空间,一二级助推长短粗细燃料多少需优化
LeA也是一样的