长征6号甲型运载火箭为什么“偏爱”固体火箭助推器?

长征6号甲型运载火箭为什么“偏爱”固体火箭助推器?

2021年2月24日中国航天科技集团发布了《中国航天科技活动蓝皮书(2020)》,对2020年全年中国航天所取得的成就进行了回顾盘点,同时也公布了2021年中国航天发射计划。

2020年对于全球各国而言注定是不平凡的一年,这一年受新冠肺炎疫情影响,国内外很多项目和正常生产生活活动都受到了众多影响,但是中国航天并没有因此而推迟发射计划,依然按照预定计划完成了包括嫦娥揽月、北斗组网、天问奔火等共计39次航天发射任务,累计发射了多达89个航天器,发射次数和发射载荷质量均稳居“全球第二”。

根据2021年中国航天发射计划大纲,今年我国还将完成长征六号甲新型固/液体混合运载火箭的首飞任务,从中国航天科技公布的长征六号甲型运载火箭的设计结构来看,长征六号甲型运载火箭是基于长征六号运载火箭基础上,通过捆绑多个固体火箭助推器的方式衍生而来的全新运载火箭,最大的优势就是可以借助不同数量的固体火箭助推器来提升长征6号甲的近地轨道运载力,而且发射成本相比同运载力的其他运载火箭也有很大优势,未来长征六号和其改进型将作为我国未来商业航天小型运载火箭发射主力。

看到这相信不少人还是会存在一些质疑? 因为从当前我国航天发展历程来说,按照之前长征2、3、4、5、7运载火箭的衍生设计,完全可以给长征6号同时并联一个或者多个芯一级来提升长征六号甲的起飞推力,而且这种设计方案无论是从技术难易程度上,还是后期的制造、总装环节上都更为容易一些。更重要的是长征6号芯一级装备了当前我国自主研发推力最大、综合性能最先进的液体火箭发动机——YF-100K发动机,借助液体火箭发动机相比固体火箭发动机比冲更高的优势,还能进一步提升长征6号甲的近地轨道运载力和高轨运载力。

但是事实结果却是长征六号并没有选择在技术和通用模块化上更便捷的芯一级并联设计方案,反而选择在芯一级周围捆绑数量不同的固体火箭发动机来提升长征6号甲的起飞推力,这样设计下无论是从起飞推力大小还是比冲上都比不过前面所说的芯一级并联方案。但是这种固液体并存的设计方案无论对于长征六号甲本身还是中国航天未来发展都有极大好处的:

一、首先从放弃芯一级并联、选择捆绑数量不同的固体火箭助推器来说,固体火箭助推器相比液体火箭发动机虽然在比冲上存在天生不足,但是固体火箭发动机相比液体火箭发动机最大的优势就是发动机结构简单、制造成本低廉,同时可靠性也要比液体火箭发动机更占优势,所以我们看到包括欧空局的阿丽亚娜5、美国发射联盟的宇宙神3、日本的H2B都选择了这种液体芯一级周围捆绑数量不同固体火箭助推器的设计方案,来满足不同轨道、不同重量航天器的发射需求。

那么从这一点上就不难理解长征六号甲为什么放弃更优的全液并联方案,选择捆绑固体推进器的设计方案了,因为长征六号运载火箭从一开始就是针对小型航天器和商业卫星发射而研发的,所以我们看到长征6号基本型运载火箭身上从核心的发动机到箭体结构全部采用了长征七号上的成熟方案设计,就是为了降低发射成本。 也就是说长征六号甲型运载火箭为了降低发射成本故意放弃了芯一级并联设计方案(同时这一方案也和长征7号改进型在运载力上相重合),选择了发射成本更低廉的“捆绑固体助推器”设计方案,后期可以随时根据所搭载的航天器轨道倾角、质量等不同参数决定捆绑助推器的数量来同时满足低成本和发射可持续性问题,为长征六号甲在未来的商业航天发射市场增强市场竞争力。

二、众所周过去几十年间我国航天发展可以说是一路高歌,虽然在走过的征途中曾有一些小的坎坷,但是并没有阻挡中国航天的发展壮大,现阶段我们已经完成了嫦娥探月、采样返回、火星探测、多款新型运载火箭的批量发射,但是从运载火箭的发展不足上来说,当前我国在核心的火箭发动机领域依然存在很多不足,比如液体火箭发动机依然存在推力不高的问题,固体火箭发动机更是只有东风31A洲际导弹衍生而来的快舟11一款全固体运载火箭, 相比已经技术攻关多层将要见到成果的大推力液体火箭发动机而言,现阶段国内大推力、大直径固体火箭发动机依然处于零发射空白,特别是在固体火箭助推器的实际发射测试上更是没有一丁点经验可循。

但是从美国航天飞机的发展中我们仍然能够看出大推力、大直径固体火箭助推器的优势有多么明显?因此航天科技集团故意在下半年即将首飞的长征六号甲型运载火箭上捆绑固体火箭助推器,就是 想要借助长征六号甲的高发射率来验证我国在大推力固体火箭发动机技术上的可靠与否,为后面我国在更先进大推力固体火箭发动机研发上奠定基础。

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