重型火箭：最强运载工具卷土重来

<p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"> </p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">美国SLS火箭（设想图）</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>核心提示：</strong>运载火箭是把各种航天器送入空间轨道的运载工具，它是人类克服地球引力进行宇宙航行的重要手段。而在运载火箭家族中，重型运载火箭代表着一国最高科技水平，是国家综合实力的体现。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">经过几十年的沉寂，美俄相继推出了自己的重型运载火箭方案。1月9日，美国SLS火箭研发工作取得了新的进展，其RS-25发动机完成了第一次点火测试。无独有偶，俄罗斯新一代重型运载火箭也将在今年确定最终方案。那么，什么是真正意义上的重型运载火箭？人类历史上研制成功过哪些重型运载火箭？研制重型运载火箭又有着什么样的意义？</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>火箭家族分类有讲究</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">据不完全统计，迄今为止世界各国已经完成了5000多次运载火箭发射，将6000余颗航天器送入了太空。按照运载能力划分，运载火箭分为小型、中型、大型和重型四类。由于各国运载火箭技术发展阶段存在差异，即使同一国家的不同历史阶段，对运载火箭的规模定义也是不同的。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">在我国，一般将近地轨道运载能力2吨及以下的火箭称为小型运载火箭，近地轨道运载能力2吨～20吨的火箭称为中型运载火箭，近地轨道运载能力20吨～50吨的火箭称为大型运载火箭，近地轨道运载能力50吨级及以上的火箭称为重型运载火箭。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">按照上述标准划分，印度研制的GSLV-MK3火箭（印方称其为重型火箭），该构型在去年12月19日成功进行了亚轨道飞行试验，其运载能力略大于我国的长二F火箭，但低于我国的长三乙火箭，它们同属于中型运载火箭。而去年12月23日俄罗斯成功发射的安加拉A5火箭与我国正在研制的长征五号B火箭能力相当，同属于大型运载火箭，但还不能算作重型运载火箭。</p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong> </strong></p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">苏联N-1火箭</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>登月竞赛催生重型火箭</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">重型运载火箭起飞规模大、运载能力大，可为航天器提供更大的包络空间，并可将更重的航天器送入距离地球更远的轨道，以执行适当规模的深空探测、载人登月、小行星探测等任务。目前，世界上只有美国和苏联研制了重型运载火箭，其中最为经典的两型是美国的土星5火箭和苏联的N-1火箭。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">土星5火箭是美国阿波罗载人登月计划使用的重型运载火箭，是土星系列中起飞质量和运载能力最大的一型，1957年开始研制，1967年11月成功首飞。土星5火箭采用了串联式三级构型，总长110.6米、起飞质量2946吨，起飞推力约3400吨，近地轨道运载能力达120吨。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">土星5火箭共进行了13次发射，全部成功，包括首次载人登月任务前进行的5次验证性飞行、7次载人登月任务和1次空间实验室发射任务。在冷战的大背景下，土星5火箭主要针对阿波罗载人登月任务的单一需求而研制，其方案选择受时间、技术、设计理念等多方面的限制，该火箭虽然运载能力很大、可靠性很高，但除载人登月任务外并无其他用途。因此在阿波罗计划结束后，美国就将土星5火箭送入了博物馆。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">在美国宣布实施阿波罗计划后不久，苏联也制定并开始实施自己的载人登月计划，N-1火箭就是苏联为实现载人登月而研制的重型运载火箭。该火箭由苏联科罗廖夫设计局于1962年开始设计，1969年~1972年间的4次飞行试验全部以失败告终。在美国率先实现了人类的首次载人登月后，苏联终止了N-1火箭的研制并取消了载人登月计划。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">N-1火箭采用了串联式五级构型方案，总长约105米，起飞质量约2825吨，起飞推力约4626吨，近地轨道运载能力约100吨。从一子级到五子级，随着发动机台数和推进剂加注量的减少，火箭的直径也随之减小，整个N-1火箭呈锥形，一子级最大直径达到了17米。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">由于N-1火箭没有使用高性能的氢氧推进剂，且在高纬度地区发射，因此其运载效率受到了影响，虽然起飞推力超过了土星5火箭，但运载能力却比土星5火箭低了不少。</p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong> </strong></p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">美国土星5火箭</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>提科技、促经济　牵引社会发展</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">目前，美国正在研制的重型运载火箭为空间发射系统（SLS），采取了一种研制多种构型、分阶段提高运载能力的渐进式发展模式，3个基准构型火箭分别为：SLS1、SLS1A和SLS2。其中，SLS1为初始型号，近地轨道运载能力为70吨，而改进的SLS1A和SLS2的近地轨道运载能力分别可达到105吨和130吨。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">SLS1火箭全长97.8米，芯级长64.7米，直径8.4米。SLS1A火箭包括载货型和载人型，载货型全长95.8米，载人型全长97.8米。SLS2火箭是SLS系列中运载能力最大的构型，载货型全长117米，载人型全长115米。据美国宇航局透露，SLS火箭的首飞将在2018年11月前进行。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">同时，俄罗斯也在开展重型运载火箭的论证工作，赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心、能源火箭公司和进步设计局三家企业提交了新型重型运载火箭的研制方案，目前专家组正在对各方案进行比较研究。根据规划，2028年，运载能力为80~85吨的俄罗斯重型火箭将首次执行探月任务。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">虽然重型运载火箭的研制难度非常大，涉及发动机、材料、控制等多方面技术难点，是一个国家综合科技实力与制造水平的集中体现，但在重型运载火箭的研制过程中，势必会带动航天技术的迅猛发展。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">例如，美国通过实施阿波罗登月计划集中发展了一批以航天技术、计算机技术、通信技术为主体的尖端技术，这些技术给美国带来长达几十年的经济繁荣。美国宇航局曾披露，即使在2003年哥伦比亚号航天飞机失事后，美国在载人航天上投入的每1美元仍能收到9美元的效益。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">此外，重型运载火箭将牵引出更大推力的发动机技术、大直径箭体结构制造技术等先进技术，这些技术将为构建系列化运载火箭型谱、现役运载火箭的更新换代奠定基础。总之，研制重型运载火箭可以带动航天技术的发展，而航天技术的突破与进展，不仅是振奋人心的科学成就，同时也是促进国民经济发展、提高人类生活质量的重要途径。（郑立伟）</p><br />