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苏联宇航员加加林首次进入太空

发布:admin07-11分类: 军事

  天津滨海新区,新一代运载火箭产业化基地,占地2平方公里,预计年产30枚新型大推力运载火箭。

  2007年10月30日,继“嫦娥一号”发射成功、海南将建新的航天发射场等消息传来后,对中国航天未来30-50年发展,具有重要意义和深远影响的又一重大项目——新一代运载火箭产业化基地,在天津滨海新区举行了奠基仪式。这标志着,未来我国的大推力运载火箭“长征五号”,将可以从天津制造基地,经过海上运输,抵达海南文昌航天发射场进行发射。

  中国新一代运载火箭产业化基地项目总投资约45亿元,总占地面积约2平方公里,分为一期工程和二期工程。一期工程建设规模约20万平方米,2007年11月运载火箭储箱焊接装配厂房率先开工建设,2008年4月综合机加厂房等第一批其他项目陆续开工建设,2008年7月总装测试厂房、力学环境测试厂房等第二批项目陆续开工建设,2008年12月第一批项目陆续竣工验收并投入使用,满足新一代运载火箭储箱焊接装配、大型机械加工等研制工作需要。2009年12月第二批项目竣工验收并投入使用,满足新一代运载火箭产品试制、总装、试验等各项研制工作需要。二期工程建设规模约30万平方米,将根据国家航天产业发展需求陆续投入建设。新一代运载火箭产业化基地项目建成后,将满足我国未来30到50年发展空间技术及和平利用空间的需要。为什么国防科工委选择天津作为“长征五号”的生产基地?专家解释说,除了考虑天津滨海新区良好的投资环境、优越的地理位置等因素外,“长征五号”的直径也成为一项考虑因素。因为我国的铁路需要翻山越岭,但涵洞的直径不够大,不能通过大直径的火箭,而在天津制造火箭,刚好可以让“长征五号”,通过海路畅通无阻地,到达位于海南文昌的发射场。

  长征五号是中国研制的新一代重型运载火箭系列,与欧洲阿丽亚娜5基本同级。其设计思想以通用化、系列化、组合化为重点。可搭载两种专门为其设计的火箭发动机,分别为推力为120吨的YF-100液氧煤油发动机和推力为50吨的YF-77氢氧发动机。长征五号系列实行模块化设计,由直径为5米、3.35米和2.25米的三种模块构成。5.0米直径内核级利用液氧和液氢(LOX/LH2)推进剂和二台50吨LOX/LH2发动机。它能使用被看做聚立在一起的发射装置,或一个捆绑内核级的发射装置。3.35米直径内核级利用液氧和煤油推进剂和二台120吨推力液氧/煤油发动机。它能被当作重载发射装置的捆绑级或中等-负载发射装置的内核级。2.25米直径内核级使用液氧和煤油推进剂和120吨推力液氧/煤油发动机。它能被当作捆绑级或一枚立式装配的小负载发射装置。模块化设计的好处是可以根据需要把不同模块组装成不同推力的火箭,以执行不同的任务。例如系列中最为强大的型号,以两个5米模块为主推进器,另配有4个3.35米模块为助推器。

  在长征五号运载火箭和位于海南岛的海南文昌航天发射基地问世后,CZ-5在下20~30年会实现大负载量“低环球轨道”(LEO)和“同步轨道”(GEO)任务的需求。中国将具备1.2吨至25吨的有效载荷送入近地轨道,将1.8吨至14吨的有效载荷送入地球同步转移轨道。可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星等。

  天津滨海新区运载火箭产业化基地,占地面积约2平方公里,分为一期工程和二期工程。一期工程建设规模约20万平方米,2007年11月运载火箭储箱焊接装配厂房率先开工建设,2008年4月综合机加厂房等第一批其它项目陆续开工建设,2008年7月总装测试厂房、力学环境测试厂房等第二批项目陆续开工建设,2008年12月第一批项目陆续竣工验收并投入使用。

  2009年7月,新一代大推力运载火箭发动机长程摇摆试车,第101次试车。在长达280秒的摇摆动作中,YF-100发动机工况完全符合设计要求。本次试车是该发动机伺服机构状态改进后的首次热摇摆试车。中国航天科技集团六院一六五所,抱龙峪火箭发动机试验基地,位于西安市长安区子午镇以南的抱龙峪。它是目前除美国、俄罗斯之外排名世界第三、亚洲最大的液氧煤油火箭发动机试验基地。试车时喷向导流槽的高温火焰需要1.1MPa压强、1.5m直径的管道水来冷却。

  土星5号(Saturn V)火箭,是迄今为止,人类建造的最大级别运载火箭。由美国NASA马歇尔太空飞行中心总指挥——沃纳·冯·布劳恩,与他的德国火箭团队担任设计研发的工作,主要的承包商包括波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飞行器公司以及IBM。1967年11月9日,土星五号搭载阿波罗4号飞船,在肯尼迪航天中心进行首次实验飞行。1967年至1973年,NASA共发射了13枚土星五号火箭,耗资65亿美元,约为当时美国国民生产总值(GDP)的0.5%。平均分摊下来,每枚火箭成本高达5亿美元,若折合今天币值,约为40亿美元。每次发射,相当于烧掉两艘核潜艇。造价极其昂贵是土星5号退役的主要原因。照片为1969年2月21日,肯尼迪航天中心装配大厅里,等待总装的土星5号第一级箭体。

  土星5号的F-1型液氧煤油发动机,是迄今为止推力最大的单燃烧室单喷管发动机。1959年1月,NASA与洛克达因(Rocketdyne)公司签订研制合同;1962年5月26日,F-1全功率试车成功;1967年11月9日,F-1随着阿波罗4号飞船首次升空。这种发动机总共生产了98台。F-1发动机直径3.65米,高5.6米,重达8.45吨;燃气发生器采用开式循环,液-液直接燃烧。涡轮泵功率46225千瓦,工作时每秒泵入838.2公斤的煤油和1784.7公斤的液氧。这台巨型发动机的海平面推力为690吨,线发动机的单台测试在加州爱德华基地进行,总计2771次,239124秒(折合66.4小时);恢宏无比的5台并联测试在阿拉巴马州亨茨维尔进行,总计34次,16043秒。按照前面列出的推进剂流量计算,仅单台发动机测试就烧掉煤油200434吨,液氧426765吨!!几亿美元的燃料,在发动机的轰鸣中,化为烟云。只有超级大国才能玩这种游戏。

  在巨型火箭家族中,还有一位失败的王者——苏联N1火箭。1959年,苏联科罗廖夫设计局提出研制能够发射50吨级载荷的N系列巨型火箭,用于发射军用太空站和火星探测器。1961年4月12日,苏联宇航员加加林首次进入太空,掀起了美苏载人航天竞赛的序幕。美国宇航局随后推出了阿波罗登月计划,迫使苏联政府决定抢在美国前面将宇航员送上月球。但是在政治和学术交锋中,直至1964年8月,苏联政府才选中了科罗廖夫的N1火箭方案。同时由切洛梅负责UR500K(质子号)-LK1(月球探测器)项目实施绕月飞行任务。

  苏联为登月计划而设计的N1巨型火箭,是唯一种使用多达五级串联的火箭,总高105米,最大直径23米,起飞重量2825吨,最大推力4620吨。其第一级高度30米,采用30台NK-15发动机并联同时工作,单台推力154吨,总推力4620吨。这一设计可谓前无古人后无来者。其第二级高度20米,采用8台NK-15V发动机并联工作,单台推力180吨,总推力1434吨。第三级高度12米,采用4台NK-39发动机并联工作,单台推力40吨,总推力160吨。第四级、第五级、有效载荷舱高度43米,第四级使用1台NK-31发动机,推力41吨;第五级使用1台RD-58发动机。有效载荷舱分为两层,下层装载登月舱,上层装载轨道舱,舱顶是一个宇航员紧急逃逸塔。

  一枚运载火箭上使用多达5级串联结构、共计43台液氧煤油发动机、以及一台固体燃料逃逸发动机;要让这么多发动机协同可靠的工作,是一项复杂的系统工程。但在当时,由于苏联人没有能够解决单燃烧室大推力火箭发动机的问题,只能采用这种发动机群并联方案。由于技术路线失误,以及缺乏资金支持,N1火箭未能进行充分严格的测试,这种极端脆弱的结构最终导致了N1的失败。

  N1火箭共制造了10枚,其中第1、2枚被运到拜科努尔发射场,用于垂直状态的电气测试和综合发射演练。1969年2月21日,第三枚N1在发射69秒后,由于高频振动导致液氧泄漏,在12200米高空爆炸。碎片散落在发射场周边30公里的区域,只有登月舱成功逃逸着陆。在修改发动机控制系统设计后,第5枚N1很快被制造出来(第4枚N1制造完成后,被意外损毁未能发射,最终被拆解)。1969年7月3日,N1开始第二次发射。但这次,却成为了N1发射试验中最惨烈的一次。由于一颗松动螺柱被吸入燃料泵,导致控制系统停止了30台中的29台发动机,发动机停机23秒后火箭爆炸,几千吨高能燃料将整个一号发射场彻底夷为平地。13天后,美国阿波罗11号飞船,成功登陆月球。

  苏联人很快制造出了第6枚N1,由于拜科努尔1号发射场被彻底炸毁,这次发射只能在2号发射场进行。1971年6月24日,第6枚N1点火升空51秒后,由于制导系统故障,火箭开始旋转,箭体迅速解体爆炸。在经历三次失败后,苏联人开始第四次尝试。1972年11月23日,第7枚N1在升空40公里后,再次由于发动机耦合振动引发爆炸。连续四次失败,让苏联人最终放弃了N1火箭。这实际上也宣告了苏联“N1-L3”登月计划的无果而终。N1计划结束后,被严格保密了20年,直到1991年苏联解体后,世人才逐渐知晓这个曾经存在的火箭霸王。

  在载人登月计划失败时,苏联的无人飞船探月计划取得了部分成功。1966年3月,苏联月球10号探测器首次实现绕月飞行。1968年9月,探测器5号在绕过月球后,成功返回地球。这让美国人加快了阿波罗计划。1970年至1976年,苏联又发射了8部月球采样器和月球车,其中3台成功返回地球,共取回月壤样品340克。

  我国火箭导弹专家,龙乐豪院士在2010年第6期《导弹与航天运载技术》期刊上,对我国载人登月工程的技术路线年以后,建立月球基地和载人登陆火星的需求,需要研制巨型运载火箭。图6和图7为巨型火箭的两种构型。两个方案均采用9米直径低温芯级火箭,捆绑4枚助推火箭。图6:芯一级采用4台650吨级液氧煤油发动机(YF-650),携带1756吨液氧煤油推进剂;芯二级采用2台200吨级氢氧发动机(YF-220),携带500吨氢氧推进剂;助推段捆绑4枚650吨级液氧煤油发动机(YF-650),各携带320吨液氧煤油推进剂;火箭起飞重量超过4000吨,推力超过5000吨,可将52吨载荷送入奔月轨道。

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