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长九氢氧发动机样机下线,推力达220吨,或说明原版长九构型未换

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可能太多的朋友都在期待着我国的超重型火箭长征九号早日首飞,因为它承载了我们太多的飞天梦想。近日就有个好消息传来,长征九号(原版本)二级火箭所使用的YF-90型220吨级氢氧发动机完成了首台工程样机的生产,标志着该发动机的研制工作已接近结束,下一步将进入到工业化生产的阶段。这款发动机的性能和技术指标被认为刷新了我国氢氧发动机的纪录,填补了我国氢氧发动机型谱和技术空白,220吨的推力可排世界第二,对诸多基础科学和工业领域也有很大的带动作用。毫无疑问,这是长征九号火箭研制阶段的一项重要成绩。


↑长征九号火箭(原版本)


↑YF-90型220吨级氢氧发动机

长征九号是我国正在研制中的最大型的火箭,研制计划从2011年就提出了,较早的版本构型是芯级火箭长103米,直径约9.5米,采用三级半构型(三级火箭加四个助推器),其中芯一级火箭安装4台YF-130液氧煤油发动机,四台助推器每台各安装2台YF-130液氧煤油发动机,这样就使得一级火箭总推力达到5873吨,目前能达到这一级别的火箭只有美国宇航局的sls(太空发射系统),马斯克的“星舰”,俄罗斯的叶尼赛火箭等屈指可数的几款超重型火箭;长征九号的芯二级火箭则配备了两台推力220吨的YF-90氢氧发动机,总推力达440吨,芯三级火箭配备4台25吨的YF-79氢氧发动机,总推力约100吨。


如今YF-130液氧煤油发动机和YF-90氢氧发动机样机都已亮相,YF-79氢氧发动机也关深完成,说明这款火箭的动力系统基本解决,下一步YF-90型氢氧发动机将在河北涞源试车台试车,同时还将在海南文昌建设动力试验中心全方位测试,总之这款火箭发动机离实用阶段已经越来越近了。


↑YF-130液氧煤油发动机构型示意图

可能有的朋友想说长征九号火箭已经换版本了啊,这款发动机未必用得着!是的!今年的6月24日,我国工程院院士、火箭专家龙乐豪在港参加“航天科学家团队进校园”的活动中公布了长征九号的最新版本(多称为2021版长征九号),其火箭长度由103米增加到了108米,竖立时相当于一座36层楼的高度,火箭芯级直径由9.5米增加到10.6米,比马斯克SpaceX的星舰(直径约9米)、美国宇航局的sls太空发射系统(直径8·4米)、俄罗斯的叶尼塞火箭等超重型火箭都粗。



但最大的变化是火箭构型上,2021版长征九号火箭取消了原版本捆绑的4个助推器,这是一个很惊人的改进,我国的火箭大都是有助推器的,目前最大火箭的长征五号就有4个助推器,不过虽然原版长征九号的4个助推器都取消了,其推力却没有减少,还是5873吨的推力,这是因为一级发动机的更换和数量增加的原因,原版本安排的是芯一级火箭与4个助推器共安装12个YF-130液氧煤油发动机,但2021版本改成了多发并联设计,只在芯一级安装16台YF135液氧煤油发动机,这样的设计推力和原先的版本一样,都是5873吨,但省去了4个助推器,重量能减轻15吨,构型简单使得操作系统也变得简单。


2021版长征九号的二级与三级火箭的发动机也更换了,芯二级火箭由两台推力220吨的YF-90氢氧发动机更换成了四台推力120吨的120HO氢氧发动机,新版的推力就比原版本增加了40吨,三级芯也由4台25吨的YF-79氢氧发动机换成了一台120HO氢氧发动机,推力增加了20吨,这样一来2021版的长征九号只需要两款发动机就可以了,而且二级三级的推力也变大了,一体无助推模式既简化了结构也简化了操作系统,重量也变轻了,发射效率相应的也提高了。


上图为网友制作的长征九号三个构型的变化,左三为2021版长征九号,左四为长征五号,下面是国产075型两栖攻击舰海南舰,长度超过230米,排水量超4万吨。

既然构型和火箭发动机都换了,那么已经都生产出样机的YF-130液氧煤油发动机和YF-90氢氧发动机在长征九号上又完全用不到了,所以这两款发动机的用途也让不少朋友为之迷茫,有人说YF-90氢氧发动机会用到长征五号上,但长征五号已经是一款成熟的应用型火箭了,更换不同推力的发动机会使得构型发生较大变化,所以可能性不大;用来载人登月的921火箭使用的又是YF-100液氧煤油发动机,所以目前也没有关于这两款发动机会应用到哪种火箭上的确切消息,但是费了很大功夫研制出来的火箭发动机是不可能浪费的,因此推测最大的可能是长征九号的原先的版本还会继续研制并使用,构型和所使用的发动机都不变,龙乐豪院士透露的只是长征九号的一款新构型,而原构型的长征九号火箭应该是在继续研制并没有停,这样的话长征九号火箭首飞的时间也就不会受到构型更换的影响了。而且YF-130液氧煤油发动机和YF-90氢氧发动机样机亮相,YF-79氢氧发动机关深完成,也说明原版长征九号火箭的研制工作进展神速。


上图为长征九号原版本与长征五号体型的比较。

关于长征九号(原版)首飞的时间,先前大家都预计是2030年左右,然而据《央广网》年3月上旬的报道,中国航天科技集团有限公司副总经理、火箭专家李洪在接受媒体采访时表示五年内长征九号有望实现成功飞天,那么也就是说在2025年,长征九号就可以首飞了,李洪认为“一旦那些技术被攻克,工业制造能力做好了准备,也是很快的。”他的话也说明长征九号首飞的时间很可能将大大提前。

参考资料:

《中国航天报》7月28日文章《“长九”发动机再获重大进展!220吨级氢氧机工程样机下线,今年将进行整机试验》

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