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枢密院十号:看韩国火箭这性能,可以确定完全由其自行研制

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被韩国寄予厚望的纯国产“世界”号火箭在21日的首次发射中未能成功将搭载的卫星送入轨道,让韩国上下一片哀叹。这也意味着韩国花费近10年时间实现“独立发射实用型卫星”的努力遭到重大挫折。

只有在这样的时刻,早已习惯中国航天重大发射任务100%完成率的老司机才突然意识到,原来航天发射真不是一般国家能搞得定的。

回想50多年前,中国长征一号运载火箭首次发射就成功将东方红一号卫星送入轨道,那才真是YYDS。


言归正传,这次韩国方面的确对“世界”号充满期待,它寄托了韩国对航天事业的太多渴望。或许正是因为这样的过度渴望,才导致韩国在运载火箭发展之路上屡次走上岔路。早在上世纪末,韩国就利用俄罗斯陷入经济困境的机会,引进俄罗斯技术发展本国的运载火箭,这就是韩国首型运载火箭“罗老”号。“罗老”号属于小型火箭,一级火箭发动机由俄罗斯提供,二级火箭采用韩国自行研制的固体发动机。但韩国企图在航天领域一步登天的计划很快就遭到挫折,“罗老”号的前两次发射均以失败而告终,直到第三次发射才获得成功。但根据俄韩达成的协议,俄罗斯只为“罗老”号运载火箭提供3次发射机会,因此这种俄韩“混血”火箭就此告一段落。

由于在“罗老”号火箭研制和发射过程中多次与俄罗斯方面扯皮,极大刺激了韩国发展全国产运载火箭的决心。事实上,在21日“世界”号首次发射之前,韩国媒体着重介绍的就是“从该火箭的设计、制作、试验、组装、认证等工作都由韩国研究人员完成。”

那么“世界”号的技术水平究竟怎么样呢?

按照韩国方面提供的数据,“世界”号火箭总重200吨,采用三级结构,全部使用液氧煤油发动机。第一级由4台KRE-075发动机组成,各自能产生735千牛的推力,比冲为298秒(真空)/261.7秒(海平面);第二级由单台75吨级KRE-075真空发动机组成,它能在真空中产生788千牛的推力,比冲为315.4秒;第三级由单台7吨级KRE-007 真空发动机提供动力,能在真空中产生68.7千牛的推力,比冲为325秒。总体而言,它可以将1.5吨重的人造卫星等载荷送入600-800公里的近地轨道。

先拿大家熟悉的运载能力做个比较。当前发射最频繁的美国“猎鹰9”号运载火箭,同样使用液氧煤油发动机,近地轨道运载能力约10吨,在不考虑重复利用一级火箭的情况下,可将最多达22吨的有效载荷送到近地轨道。

中国长征五号,啊不,这太欺负人了。就拿长征七号来比较吧,嗯?它的近地轨道运载能力也有13.5吨。呃,中国新一代火箭家族中还有最小的长征六号,一二级也是采用液氧煤油发动机,可以将约1吨的载荷送到700公里的太阳同步轨道。看起来和韩国“世界”号差不多?但长征六号总重只有100吨,仅相当于“世界”号的一半……

或许有人说韩国火箭才刚起步,不能拿世界先进水平来比较。也对,那么这种200吨级起飞重量、1.5吨近地轨道运载能力的火箭大概相当于什么水平呢?上世纪70年代,中国研制的第一代液体运载火箭长征二号(注意不是现在用来发射神舟飞船的长征二号F火箭)总重190吨,近地轨道运载能力2.4吨,比“世界”号的性能还略微高那么一点点。考虑到韩国火箭已经使用了更先进的箭体材料和发动机技术,这就更凸显“世界”号在整体设计方面存在不足,或者未能克服某些重大技术问题。


如果细致评估“世界”号的技术参数,会发现它与世界主流水平的差距更大。除了推力之外,火箭发动机的比冲参数更能体现技术水平。原本就火箭发动机的燃料组合而言,“世界”号使用的“液氧+煤油”明显优于中国第二代和第三代长征火箭的“偏二甲肼+四氧化二氮”,这不仅是因为前者燃烧时的污染少,而且比冲也高得多。

比冲用来衡量燃料燃烧产生的喷流速度,是评估火箭发动机最关键的指标之一。简单的说,“比冲越大,发动机越厉害”。因此全球都在发展更高比冲的组合燃料发动机,当前主流的“液氧+煤油”的比冲普遍超过300秒(真空),热门的“液氧+甲烷”在400秒以上,最昂贵的“液氧+液氢”甚至能超过500秒。

应该说,韩国“世界”号在燃料组合的技术路线上没有选错。但实际性能就太难看了——KRE-075发动机的比冲为298秒(真空)/261.7秒(海平面)。作为对比,当今世界领先的俄罗斯RD-180液氧煤油发动机,比冲为338秒(真空)/311秒(海平面);中国用于新一代长征火箭的YF-100液氧煤油发动机,比冲为335秒(真空)/300秒(海平面)。



韩国KRE-075发动机处于什么技术水平呢?老司机查了一下,美国上世纪50年代为土星五号火箭开发的F-1液氧煤油发动机,比冲为304秒(真空)/263秒(海平面)。再考虑到F-1发动机的强大推力,韩国在火箭发动机领域的技术差距,恐怕都不止70年了……

另一个可以作为对比的是,中国长征四号乙火箭使用的一级发动机比冲是289秒(真空)/259秒(海平面),这就意味着韩国国产液氧煤油发动机的比冲,仅与使用上一代“偏二甲肼+四氧化二氮”燃料组合的中国火箭发动机相当,韩国方面糟糕的设计完全浪费了液氧煤油的优势。

或许,这也能从侧面证明“世界”号的确是完全由韩国自行研制的——其他航天大国估计已经找不出性能如此落后的液氧煤油发动机……

顺路说一下,韩国运载火箭采用液氧煤油发动机,在一定程度上削弱了“世界”号的军事用途。运载火箭与洲际导弹的确在技术上有很多共通之处,当年美国、苏联、中国等都是先有洲际导弹,再在其基础上研制运载火箭。但老一代运载火箭使用常温储存的“偏二甲肼+四氧化二氮”燃料没问题,反过来让洲际导弹使用需要低温保存的“液氧+煤油”燃料组合,显然不符合战场需求,缺乏可行性。因此韩国成功发射“世界”号,最多只能说它验证了部分与远程/洲际导弹相关的技术,具备了自行发射军用卫星的能力,但并不能直接转化为洲际导弹。

总而言之,别说这次“世界”号未能将卫星送入预定轨道,证明尚未完全掌握卫星发射的全套技术,即便发射取得成功,从技术角度看,它说破天也就是解决了“有没有”的问题,与当今世界主流运载火箭之间还隔着半个世纪以上的技术差距。

韩国也有人意识到这个现实。根据韩国方面的计划,“世界”号当前最优先任务自然是保证发射成功,之后将对KRE-075发动机的性能进行升级,将推力增加到849千牛、比冲增加到315.4 秒(海平面),进而使“世界”号火箭的近地轨道有效载荷能力从1.5吨增加到2.8吨,尽力缩短与世界主流火箭的差距。

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