2022年7月6日,海南商业航天发射场在海南文昌开工建设。2023年12月29日和2024年6月6日,发射场一号发射工位和二号发射工位先后竣工。2024年6月30日,发射场已具备执行发射能力。按计划,海南商发将由“长征十二号”运载火箭执行首飞,该箭是中国运载火箭的创新型号,是备受瞩目的一型火箭。
中国直径3.8米火箭首飞箭在过去很长一段时间里,由于铁路运输限制,中国运载火箭级段的最大直径长期被控制在3.35米,这限制了芯一级主发动机的装机数量,也约束了运载火箭的构型方式。直到中国首座滨海发射场——文昌发射场建设投用,中国运载火箭级段才突破了3.35米直径限制,出现了直径5米的“长征五号”系列火箭。国际上,直径5米级箭体被普遍采用,另一个被普遍采用的则是直径4米级箭体。
直径3.8米贮箱
通过航天系统与铁路系统的合作,释放运输潜力,火箭研制单位得以采用直径3.8米火箭级段,为中国运载火箭研制提供了新的构型选择。在此背景下,中国部分火箭研制单位规划研制了直径3.8米运载火箭,“长征十二号”则是其中第一型直径3.8米“长征”火箭,并将成为中国直径3.8米火箭首飞箭。
“长征十二号”运载火箭
通过采用直径3.8米箭体,“长征十二号”一级得以并联4台YF-100K液氧煤油发动机,该发动机采用高压补燃富氧分级燃烧循环,单台海平面推力约128吨(1250千牛),海平面比冲301.84秒,总推力约510吨。一级通过4发并联,“长十二”获得了迄今“长征”系列运载火箭的最强芯级动力。
中国运力最强的单芯级火箭在中国过往的运载火箭型号当中,由于3.35米芯级直径限制了发动机的装机空间,同时受限于发动机的重量、体积、结构及性能,采用单芯级构型的火箭运力相对有限,运力最大不过5吨左右。
“长征十二号”火箭一级四台发动机
“长征十二号”配备直径3.8米箭体,相较于直径3.35米箭体显著提升了箭体空间,支持一级配备更多的主发动机。同时,YF-100K采用了泵后摆设计,使得发动机包络尺寸最小化。火箭发动机的泵后摆设计,将用于控制尾喷口方向的矢量控制系统放在发动机涡轮泵上方,对发动机的结构、重量、尺寸进行了优化。最终,通过“一增一减”实现一级安装4台主发动机,推动“长十二”形成较为强大的运力。
“长征十二号”运载火箭
“长征十二号”火箭高59米,一二级直径3.8米,可选配直径4.2米和直径5.2米整流罩,起飞质量433吨,其近地轨道(LEO)运力不小于12吨,高度700千米太阳同步轨道(SSO)运力不小于6吨。“长十二”首飞箭配备直径5.2米整流罩。
“长征十二号”近地轨道运力已经超过“长征二号F”,接近“长征七号”的14吨,将位列中国运载火箭第3位,仅次于“长五B”和“长七”。同时,“长十二”也将成为中国近地轨道运力最强的单芯级火箭,首次将中国单芯级火箭近地轨道运力提升至10吨以上。基于12吨的近地轨道(LEO)运力,“长十二”能够发射“神舟”飞船以上重量级别的近地载荷,可以支持大批量的一箭多星星座组网发射。
新一代载人火箭核心动力装箭首飞“长征十二号”一级使用的YF-100K液氧煤油发动机是为新一代载人运载火箭“长征十号”研制的起飞级主发动机。YF-100K使用了泵后摆矢量装置,可实现65%~105%快速连续推力调节,支持泵后双向摇摆±8°,推重比大于71,该发动机长3.728米,直径1.373米,重量1.8吨。根据设计,“长征十号”芯一级及两枚芯一级模块助推器各配备7台YF-100系列发动机,含3台YF-100K和4台YF-100L(不摆动)。
“长征十二号”火箭的首飞则是YF-100K发动机的首次装箭飞行,将在实际飞行任务中全面检验该发动机的性能和可靠性。同时,“长十二”此后的发射也将为YF-100K积累足够多的飞行子样。
“长征十二号”运载火箭
预计在11月30日21时许,在位于海南文昌的海南商业航天发射场2号工位,“长征十二号”运载火箭将执行首次飞行任务。同时,这也将是商发2号工位的首飞以及海南商业航天发射场的首飞。
作为创新型号,“长征十二号”的诞生将推动中国“长征”运载火箭进入简洁构型的新阶段,箭体采用单一直径,一级实现多发并联,这将有利于运载火箭批量生产,实现更大规模、更高频次和更低成本的航天发射。
作者:木兰星舟