希望能详细解释的大咖给科普一下!


因为别人的就是比较粗呀.....

  • Falcon 9 3.66m
  • Proton 4.1m
  • Ariane 5 5.4 m
  • Delta IV 5.1 m
  • H2B 5.2 m

老一代长征以及长征7是3.35 m,5m箭体是长征5才突破的新技术,以前是没有的。考虑到长征5现在也没有打几次,你见到常见火箭发射里除了F9都要明显比长征粗一截是正常的。

这里的一部分原因是上一代火箭美欧日基本统一了氢氧芯级+固推的模式,由于液氢性能好但密度低(行话叫比冲高密度比冲低),所以需要大直径的火箭芯级提供足够的储箱容积。用毒燃料的Proton和煤油的Falcon9就相对可以细一点。

另外一部分原因是我国特色,也是这里主要想说的。中国航天长期不是科研项目,是国防项目的下脚料,老长征都是基于东风五的。为什么不用液氢?比冲高不好吗?因为二炮用毒发,到了长征五的时候航天才有单独的主发动机研发。为什么不用大直径箭体,细长面条不难受吗?因为二炮用这个尺寸,到了长征五的时候航天才有单独的箭体生产。为什么要到高纬度的西昌甚至酒泉发射?不知道低纬度运力大吗?不觉得残骸砸自己人不好吗?因为二炮不喜欢沿海,而长征五之前航天自己的民用发射场都修不起。就是这么惨,大写的惨。

以历史条件,二炮的液体洲际导弹是不可能空运部署的,海运等于直接送菜。我国国情铁路运输是硬指标,所以铁路隧道限定多少,箭体直径和生产线的设计就是多少。直到90年代末,东风五还有开进隧道里藏著的用法(主要原因是军方也穷,核加固发射井修不起那么多)。而老一辈航天的预算只能在二炮已有基础上鼓捣,能用的只有3.35m箭体和毒发生产线,还能怎样?拉长一点突破一下捆绑技术也就到极限了。

要大直径箭体的话,要么当年给航天足够的钱让航天能独立自主,要么就要让二炮接受不能陆地运输只能空运海运的战略导弹。如果70年代的PLAF敢打包票说战争条件下国产运输机和机场安全没问题不影响核反击,不是不可能.....

这些条件都没有的话,去指责老一代航天为何不用空运,别人这也行那也行我们为啥不学,稍微过分了点。运20服役要到2016年,现在还在打的长征二号系列1974年首飞,追溯到东风五60年代的设计。总不能跑回去和前辈们说,「你们坚持一下,50年后我们就有能运的国产大飞机了!」或者「虽然从南韩冲绳台湾到南越菲律宾都是美国兵,但是改革开放后天津上海去海南的航运一定没问题!」吧.....


也可以提提美帝发生的类似故事。

HGM-25A Titan I 是作为军用导弹开发的,所以运输和安装是尺寸考量的一部分,直径3.05m。马丁做LGM-25C Titan II/民用Titan III/Titan IV的时候,由于换直径意味著换工装重设计总而言之要掏钱,于是只要还能凑合坚决不换。从1959年首发到2005最后一次发射,从LEO 1.8t的初代到LEO21.7t的末代,3.05m的一级尺寸路径依赖一直用到了最后。最开始下订单的空军官员大概想不到自己写的一行要求能影响抠门公司这么久。

不过美帝到底有钱,一家抠就换一家下单。6.5m的土星1和土星1B,10m的土星5,8m的太空梭外储箱,5.1m的Delta IV,5.5m的Ares1X,8.4m的SLS,9m的Starship,前前后后不仅搞还搞了多种不同直径出来,用我们的话说应该叫「大量重复投资」。要是他们只能在一款基础上修修改改,大概现在也肥不了。


苗条和肥胖除了运载火箭规模外还跟所使用的推进剂密度有关,例如煤油的密度大约在800千克/立方米,而液氢则大约仅为70千克/立方米,也就是说同等质量下液氢的体积比煤油大十多倍,而液氢的比冲只是液氧煤油的150%。储存液氢还需要更好的隔热措施例如太空梭外储罐、德尔塔四系列火箭蒙皮上喷涂的隔热泡沫塑料,进一步让使用氢氧推进剂的火箭显得更大。当然中国以往的火箭更多的是用四氧化二氮-肼类组合,四氧化二氮的密度约1440千克/立方米,肼大约1021千克/立方米,取决于具体种类,反正密度更高所以需要的储存空间更小。

下图中左边的宇宙神5系列用的是液氧-煤油,右边的德尔塔4系列用的是液氧·-液氢,可见即使拿相近运力的子型号德尔塔4也比宇宙神5肥的多,这就是推进剂密度的影响。

很多人说靠海才能打粗的不然铁路没法运,然而哈萨克的拜科努尔发射场一样能打能源这样的超级火箭,是飞机背过去的。

米亚西舍夫M4轰炸机的规模和伊尔76/运20差不多(最大起飞重量还更小),然而能源巨型火箭的大型部件用M4发展的VM-T驮运。看清楚了上图背能源火箭主体的是VM-T不是安124或者安225下图才是安124,差别那么巨大分不清吗?如果还是视力膜糊分不清赶紧配黑框眼镜

盲目当媒体的复读机不细看就单纯的老调重弹说中国隧道小啊、没安124或者安225等,而无视米亚4小于伊尔76、运20的事实并不能显得高明。我想这也是死记硬背的应试教育带来的条件反射。

还有不带引擎和推进剂的火箭本身不重,太空梭的大橙罐空重也就30吨左右。

有人指责我说不考虑当年缺飞机国情云云。实际上长征早期型号也就是长征1-4都是洲际导弹例如东风4、东风5的基础上发展的,为了方便拉进地道或者塞进地下发射井必须苗条点。你想想如果把土星5号塞进「地下长城」需要增加多少倍工程难度。每个同源自洲际导弹的大力神系列火箭也很苗条。核心级直径3.05米。比长征二、三、四号的3.35米还细,就是为了塞进地下发射井。

从地下井发射的大力神II洲际导弹

发射双子星座11号载人飞船的大力神II运载火箭
搜到的东风5地下井发射实验照片
长征2C
搜到的东风5装载弹头
发射井中的大力神II

另外说空运火箭,还有一种选择,把原有飞机魔改出特殊型号就行。

NASA用的超级孔雀鱼运输机实际上源于B-29超级空中堡垒。当然是B29的运输型波音-377、C-97上改的。

而中国也有B29的山寨版图-4

所以真的需要完全可以拿图4改造成大件运输机运火箭的分级部件,到发射场再组装。


伪命题,中国的长征五号看上去就很「厚重」,而论苗条谁比得上美国SpaceX公司的猎鹰系列?(芯级直径3.7米,高度可达70米)


传统上,我国火箭受运输的铁路限界问题限制,长期只能是3.25米直径(应该是3.35米,修订typo)。酒泉、西昌、太原发射场都是如此。由此限制,增加火箭运力长期以来只能通过增加长度和捆版助推器来实现。这直接导致了火箭长径比过高。到了长三乙和长二E这两个火箭的时候,按照总师的话是「像面条一样」没法再增加了。

而海南文昌发射场因为可以通过海运,所以可以使用大得多的直径。比如长五芯级直径是5米。也因此不那么「苗条」了。


因为我们主要在发展活动于近地轨道和同步轨道的中小型火箭,不是太空梭或登月用的大型火箭,所以当然比较起来比较瘦小,看图便知:

长征五号:2016年首飞,近地轨道运载力 25 吨,地球同步轨道运载力 14 吨,月球轨道运载力 4 吨。

发卫星,和近地做一些太空任务,没问题。

送嫦娥月球车去月球,也没问题。

送到月球并且可以返程的航天器,运载力达不到要求。

其实我们探月工程的前两阶段,绕和落,已经把我们火箭技术发挥到及至了,想要回的话,还差很远,首先返回器就不止 1-2 吨重,想要返程你需要燃料和大型发动机还有各种装置吧?登月的阿波罗飞船就有 45 吨重,你一个火箭如果只能把 1 吨重的卫星送到月球,或者 0.5 吨的月球车送到月球,他们都是不可能回得来的。

带太空梭到近地轨道也带不动,太空梭重量是 70-100 吨。

看看登月的火箭:

土星五号,首飞 1967 年,近地轨道运载力 118 吨,月球轨道运载力 47 吨,长征系列都属于中小型火箭,运载力和大型火箭比较起来,是 5-10 倍的差距,所以体积有区别很正常。

所以我们过去解锁了近地轨道的空间站,卫星发射,甚至完成了探月任务的头两阶段。已经把我们的中小型火箭的能力发挥到极致了,再要实现 「回」的任务,就不是一天两天能解决的事情了。

其实我们国家的航天技术向来注重灵活性和低成本,所以火箭都比较细长,太空梭或者登月所需要的大型火箭并没有实际经济价值,也不值得我们耗费经历,而整个工业体系的搭建,包括火车铁路山洞的修建宽度,都是围绕能产生实际经济价值和国防价值的轻量级火箭来建设的。

正因为发展大型火箭不单是火箭本身,而是整个工业体系都要换掉的事情,对我们来说还没有太迫切的经济和国防需求,所以大型空间站,太空梭,登月等花哨的事情留给其他国家搞就行了,咱们今后还是应该继续发展中小型火箭,想办法把稳定性提上去,把成本降下来比较实在。

我们不用追赶大型火箭,真正要追赶的是同样主打低成本并领先我们的 spacex 的猎鹰火箭。


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