航天八院火箭 (长征八号运载火箭新构型发布)

2024年2月26日,在《中国航天科技活动蓝皮书(2023年)》发布会上,中国航天科技集团有限公司八院抓总研制的全新型号XLV火箭,正式定名为长征十二号。

长征十二号运载火箭简介,长征12号运载火箭的简介

中国航天科技活动蓝皮书(2023年)发布会

随着天宫空间站建成并投入正常运营、嫦娥五号无人月球采样任务的成功实施,中国载人航天的下一阶段的主要目标就变成了载人登月。

中国最早的载人登月方案,曾考虑采用类似于美国的”阿波罗登月计划”的模式,即用一枚火箭一次完成发射的方案,与之配套的运载火箭就是长征九号。

这些年来虽然长征九号的前期研制一直在稳步推进,大推力发动机、10米直径箭体等重大关深技术也相继完成重大突破, 但整体进度不容乐观,尤其是构型方面,前前后后已经进行了多次重大修改,最新的一版不仅摒弃了助推器*绑捆**方案,连主动力都由原计划的液氧煤油发动机改成了液氧甲烷发动机,几乎等于推倒重来。

而就在长征九号还在为火箭构型的选择摇摆不定时,另外一个实现难度相对较低的方案逐渐得到认可,那就是采用两次发射在环月轨道完成交会对接被认为是较为理想的方案,而这就需要一型起飞重量不低于2000吨,近地轨道运力不低于70吨,地月转移轨道运力不低于25吨的运载火箭。新火箭同时还要求尽量使用已有技术,尽快完成研制,为此航天一院和八院各自拿出了自己的方案。

我国第二代运载火箭长征二号、三号、四号均发展自东风五号洲际弹道导弹,考虑到洲际弹道导弹的转运需求及发射阵地的位置,上世纪60年代东风五号研制之初,就将铁路运输确定为主要的运输方式。

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我国铁路机车货物运输直径示意图

从上图可以看出,当时我国铁路机车最大的运输宽度为3.4米,因此将运载火箭的最大直径确定为3.35米已是极限。

为了新一代中型运载火箭的通用性,保留在内陆发射场发射的能力,长征六号、七号、八号等第三代中型运载火箭仍然沿用3.35米的最大直径。在现役长征系列运载火箭中,只有长征五号系列火箭芯级直径超过5米,且只能在海南文昌发射场发射,这极大限制了内陆发射场运载火箭的运力。

后来随着国民经济的的发展,超大直径及超大尺寸货物的铁路运输需求大幅增加,加之铁路基础设施建设的更新。为满足这一需求,在向有关部门申请后,直径超过3.4米的货物也可以通过铁路运输,其中一级超限最大可运送直径3.8米的货物,二级超限最大可运输3.88米直径的货物。这就为研制更大尺寸、满足内陆发射场发射需求的火箭提供了可能。

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铁路运输一级超限尺寸

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铁路运输二级超限尺寸

航天八院根据我国新一代主力液氧煤油发动机YF-100系列的研制情况,最终决定将YF-100K作为新一代运载火箭的主动力。相比YF-100基本型,YF-100K最大的改进就是采用泵后摆技术,使用该项技术后,不但使发动机减重300Kg以上,还大幅减小了发动机的径向尺寸,使有限空间内多机并联成为可能。

经过反复论证研究试验,在既能满足铁路运输至我国各内陆发射场,又可以实现箭体直径与发动机数量的最佳适配,实现能力拓展和一箭通用,并为未来重复使用火箭奠定基础的前提下,航天八院另辟蹊径,将新一代运载火箭箭体直径确定为3.8米。

长征十二号运载火箭简介,长征12号运载火箭的简介

3.8米直径贮箱

航天八院的登月火箭方案是直径3.8米的通用芯级并联安装四台YF100液氧煤油发动机,然后再*绑捆**4个同样3.8米直径的通用芯级作为助推器,起飞推力2400吨,起飞重量2000吨。

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航天八院载人登月火箭一级发动机布局

航天一院则选择采用类似于德尔塔4H和重型猎鹰的CBC方案,5米的通用芯级并联7台YF100K液氧煤油发动机,一级并联3个通用芯级共计21台发动机,起飞推力2520吨以上,起飞重量2200吨左右。

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921火箭----长征十号

和八院的方案相比,一院的方案可以直接使用长征5号5米箭体生产的成熟技术,并且运力更大,7机并联的布局也有利于拓展可回收构型。一院方案的非官方的名称即为“921火箭”,也就是现在的“长征十号”火箭。

八院的方案也基本能满足载人登月的任务要求,且只有直径3.8米的箭体需要全新研制,其他方面几乎都是现有技术,总体技术难度可控。此方案还有一个优势就是不仅可以在沿海的海南文昌发射场发射,也可以满足在西昌、太原、酒泉等内陆发射场发射。

航天八院一直是我国发射太阳同步轨道卫星的主力军,几乎承担了我国90%以上的太阳同步轨道卫星发射任务,而太阳同步轨道卫星发射与大多数卫星不同,发射场纬度越高,火箭运力越大,所以我国的太阳同步轨道卫星绝大多数都是在太原卫星发射中心进行,如果发射10吨以上的太阳同步轨道卫星,或者低轨互联网星座中批量发射太阳同步轨道卫星时,使用长征十二号CBC构型在太原卫星发射中心发射将比长征五号在文昌发射场发射更具优势。

但是鉴于八院专业“备胎”的身份。此方案输给一院落选并不令人意外,当然3.8米直径的箭体并没有停止研制,而是发展成长征十二号。

据公开资料显示,长征十二号系列运载火箭现已确定有无助推基本型和CBC构型两种构型,是否有5通用芯级CBC构型(登月火箭落选方案)尚待确认。

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长征十二号两种构型火箭模型

长征十二号基本型为两级构型,直径3.8米,一级采用四台推力1250千牛的液氧/煤油发动机YF-100K,二级采用两台推力180千牛的液氧/煤油发动机YF-115。该型运载火箭起飞推力超500吨,起飞重量400余吨,其近地轨道运载能力不小于10吨,700公里太阳同步轨道运载能力不小于6吨。

长征十二号CBC构型为两级半构型,通用芯级直径3.8米,芯一级采用四台推力1250千牛的液氧/煤油发动机YF-100K,再*绑捆**2个直径3.8米,采用四台推力1250千牛的液氧/煤油发动机YF-100K的通用芯级作为助推器,芯二级采用四台推力180千牛的液氧/煤油发动机YF-115。该型火箭起飞推力超1500吨,起飞重量近1100吨,其近地轨道运载能力不小于30吨,700公里太阳同步轨道运载能力不小于18吨。

以上两种构型火箭整流罩可选4.2/5.2米直径,12.5/18.5米长度,根据不同任务进行多尺寸适配。

目前长征十二号运载火箭基本型已完成各项研制工作,正在开展首飞箭的总装总测,计划2024年年中在海南文昌我国首个商业发射场完成首飞任务。

按计划海南商业航天发射场将建成两个液体火箭发射工位,其中一号发射工位采用“小三垂”测发模式,为长征八号运载火箭的专用工位。二号工位则采用“三平”测发模式,其全部设备以芯级直径5米为最大包络进行设计,一个工位可以适应多型火箭,芯级直径从3.35米、3.8米、4.2米直至5米的火箭都能兼容。目前已有10家火箭公司共19型火箭计划在此工位进行发射任务。

海南商业发射场二号工位预计2024年5月份完成设备安装调试和合练工作,2024年6月底将为长征十二号运载火箭首飞提供发射服务,其后将逐步提高持续发射密度,最终达到16发/年的发射能力。

长征十二号无助推基本型和CBC构型近地轨道运载能力10-30吨,700公里太阳同步轨道运载能力6-18吨。如进一步发展5通用芯级CBC构型可将近地轨道运载能力扩展到60吨以上,700公里太阳同步轨道运载能力扩展到25吨以上,涵盖中型、大型、重型火箭运力区间,但其运力范围和长征五号、七号、十号高度重叠。也就是说长征十二号能执行的任务长征五号、七号、十号同样可以完成。既然运力重叠,那么为什么还要研制呢?

首先一院和八院本来就是竞争单位,一院全称中国运载火箭技术研究院,八院全称上海航天技术研究院。其关系类似于国家电网和中国南方电网或者中核集团和中广核集团。

在新一代运载火箭得研制中一院拿到了长征五号、七号、八号、九号、十号、十一号六个系列编号。而八院仅拿到了长征六号一个编号,这也导致了长征六号和长征六号甲两个完全不搭边的火箭只能共用一个系列编号,且火箭运力偏小。所以航天八院急需研制新系列来丰富自身的火箭型谱、拓展运力范围。3.8米直径系列虽然在载人登月火箭中落选,但八院已经投入的大量的精力,所以在此基础上发展长征十二号是最佳选择。

最后预祝长征十二号运载火箭首飞成功!