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为什么在总起飞推力类似的情况下,美国阿特拉斯五火箭只有500多吨重量,长征五号却有800吨重?

小猫咪 快讯 2022-07-03 推力   美国   却有   火箭   情况下

为什么在总起飞推力类似的情况下,美国阿特拉斯五火箭只有500多吨重量,长征五号却有800吨重?

首先要明白几点问题。

1、火箭越往上跑,受到的地球引力作用就越弱。在地面上的时候,高度为0,你需要推力和重量相等才能悬停在空中,要推力大于重量才能持续爬升。而在低轨的时候,高度是数百千米,即使你的推力是0,也不耽误火箭“悬停”在空中。

火箭的芯级发动机虽然有一定推力,但他可不一定能让火箭从地面顺利起飞。所以需要绑上助推,增大推力。将火箭送到一个地面和低轨之间的一个“推力中间点”,火箭受到的引力作用降低,使得芯级发动机羸弱的推力不需要大于火箭重量,也可以推着火箭继续往上飞。

这也是为什么长5标准型的理论运力可以到达32吨LEO,而阿特拉斯5的理论运力却只有20吨的原因。而长5B由于助推比冲高达300s,甚至可以做到一级半就直接运送25吨载荷上LEO,而这都能比两级半的阿特拉斯5满助推型号要高一头了。

更别说阿特拉斯5就从来没有一级半构型。如果阿特拉斯5像长5B那样上一级半构型,那LEO只会低的更离谱,即使五个助推全插满,理论LEO运力也会距离20吨相当远。

阿特拉斯5搭配比较灵活。%20几乎可以算是上一个时代思路下,最好用的火箭。%20(集合了美俄两国的黑科技)靠搭配不同的助推器数量,LEO%20从8吨到20吨全包。再配合非常靠谱,好用灵活的%20RL10%20发动机,长2%20到长5的活,基本都能干。各种轨道,都好使。(新视野就是著名载荷之一)。如果有载人的需求,还可以用两台RL10,保证2级推重比,确保紧急逃生时,飞船能以安全的位置和角度再入。%20更气人的是,那么瘦的箭体,还有不同的整流罩可以选。%20小件用%204.7%20米,粗一些的用%205.4%20米。%20设计的时候,还考虑到,必要时拓展到7.2米的整流罩。

我们再看阿特拉斯5的助推器。助推器这种推理大,比冲低的东西。早点烧完好。阿特拉斯5%20因为RD180给力,所以可以扔的很早。起飞后差不多100秒,就扔了。还是等到过了Max%20Q%20之后,才不慌不忙的把空助推扔掉。%20而且,助推器本身指标也很给力,比冲有279。%20这个已经比长2系列的YF20%20发动机,比冲高出不少了。达到先进毒发的水平了。

阿特拉斯5箭体和控制技术也很先进。%20在长征五,需要用%20尾翼%20这个东西来保持稳定的时候。阿特拉斯5%20经常有一些非对称起飞的骚操作。而且,敢吃箭体重量的福利,会控制主发动机推力,保证过Max%20Q%20的时候,箭体不会压力过大解体。

只能客观的说:长征五号,立项的那个年代。光是发动机技术的差距,就像是巨大的鸿沟,摆在我们面前。而且长征五号,要保证一些火箭之外的东西。保证了煤油机,大氢氧机,膨胀机团队的延续。%20我们买RD180%20当然也可以组出更好的火箭,但是却会葬送未来。

按照官方的说法,长征-5起飞质量867吨,地球同步转移轨道(GTO)运载能力14吨,近地轨道(LEO)运载能力25吨级。长征-5的研制成功,是中国进入空间能力的一次巨大跃升。官方的说法是,上一代运载火箭的LEO运载能力8.5吨(其实当年的长征-2E运载火箭达到了9.2吨,只不过因为不太可靠而早就退出现役了)、太阳同步轨道(SSO)运载能力6.1吨、GTO轨道运载能力5.5吨。可以说,长征-5的投入使用,让中国进入空间的能力实现了成倍提高。

美国阿特拉斯五火箭为洛克希德马丁公司所研制的不可重复使用之运载火箭(现由洛克希德马丁与波音公司研制,隶属联合发射同盟(United%20Launch%20Alliance)),航空喷气公司则负责宇宙神5型运载火箭固态辅助火箭的研发及制造。

从以上看出来,两者最大的不同即长征5号采用的是液体发动机方案,阿特拉斯5-551型采用的是固体+液体的发动机方案。

因为长五虽然运载能力上来了,但运载系数还是不如美国的火箭。复制一段报道:“龙乐豪(中国工程院院士、中国航天科技集团有限公司一院系列型号总师)在讲座中也坦言,我国材料、工艺等基础技术水平比较薄弱,运载火箭运载系数相对来说不太高”“专家称,仅从运载能力上看,长征五号已将进入世界现役运载火箭第一梯队的最前列。但运载能力不是全部,就技术水平而言,特别是发动机的技术水平来看,仍有提高的空间,主要体现在相对于同类火箭发动机,其推力、比冲较低,火箭整体上较为复杂。”

比如长五和德尔塔4H-upg(注:4h和4hupg运力不同,14年后发射的都是upg,国内很多资料对此不做区分),长五重860吨10个发动机推力1060吨,德尔塔4h重733吨3个发动机推力960吨,但却是后者的运载能力更强一些,近地轨道运力分别是23vs28.8吨,同步转移轨道运力都是14吨,由于美国的上面级性能强劲,轨道越高优势越大,地月运力8.2吨vs10吨,到了地火转移轨道的运力差就成了5吨vs9吨。

通过上面的介绍,我们大概也了解到,火箭发动机同样是航天业急需提升的一个弱项,就像发动机对于航空工业一样。同时,我们有理由对中国火箭的未来更有信心。毕竟长征5号的研制团队平均年龄只有35岁,长征5号,只是一个开始。中国航天曾经面对的压力和困难远非现在能够想象的。但是,一路走来,航天人披荆斩棘,克服一个一个困难,一直走到了世界航天工业第一集团。我们相信没有什么困难是不能克服的。

首先看下起飞推力相近的中国长征五号和美国阿特拉斯5火箭的参数对比:

以上部分资料来源于网络

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