希望能詳細解釋的大咖給科普一下!


因為別人的就是比較粗呀.....

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

老一代長徵以及長徵7是3.35 m,5m箭體是長徵5才突破的新技術,以前是沒有的。考慮到長徵5現在也沒有打幾次,你見到常見火箭發射裏除了F9都要明顯比長徵粗一截是正常的。

這裡的一部分原因是上一代火箭美歐日基本統一了氫氧芯級+固推的模式,由於液氫性能好但密度低(行話叫比沖高密度比沖低),所以需要大直徑的火箭芯級提供足夠的儲箱容積。用毒燃料的Proton和煤油的Falcon9就相對可以細一點。

另外一部分原因是我國特色,也是這裡主要想說的。中國航天長期不是科研項目,是國防項目的下腳料,老長徵都是基於東風五的。為什麼不用液氫?比沖高不好嗎?因為二炮用毒發,到了長徵五的時候航天才有單獨的主發動機研發。為什麼不用大直徑箭體,細長麵條不難受嗎?因為二炮用這個尺寸,到了長徵五的時候航天才有單獨的箭體生產。為什麼要到高緯度的西昌甚至酒泉發射?不知道低緯度運力大嗎?不覺得殘骸砸自己人不好嗎?因為二炮不喜歡沿海,而長徵五之前航天自己的民用發射場都修不起。就是這麼慘,大寫的慘。

以歷史條件,二炮的液體洲際導彈是不可能空運部署的,海運等於直接送菜。我國國情鐵路運輸是硬指標,所以鐵路隧道限定多少,箭體直徑和生產線的設計就是多少。直到90年代末,東風五還有開進隧道里藏著的用法(主要原因是軍方也窮,核加固發射井修不起那麼多)。而老一輩航天的預算只能在二炮已有基礎上鼓搗,能用的只有3.35m箭體和毒發生產線,還能怎樣?拉長一點突破一下捆綁技術也就到極限了。

要大直徑箭體的話,要麼當年給航天足夠的錢讓航天能獨立自主,要麼就要讓二炮接受不能陸地運輸只能空運海運的戰略導彈。如果70年代的PLAF敢打包票說戰爭條件下國產運輸機和機場安全沒問題不影響核反擊,不是不可能.....

這些條件都沒有的話,去指責老一代航天為何不用空運,別人這也行那也行我們為啥不學,稍微過分了點。運20服役要到2016年,現在還在打的長徵二號系列1974年首飛,追溯到東風五60年代的設計。總不能跑回去和前輩們說,「你們堅持一下,50年後我們就有能運的國產大飛機了!」或者「雖然從南韓沖繩臺灣到南越菲律賓都是美國兵,但是改革開放後天津上海去海南的航運一定沒問題!」吧.....


也可以提提美帝發生的類似故事。

HGM-25A Titan I 是作為軍用導彈開發的,所以運輸和安裝是尺寸考量的一部分,直徑3.05m。馬丁做LGM-25C Titan II/民用Titan III/Titan IV的時候,由於換直徑意味著換工裝重設計總而言之要掏錢,於是隻要還能湊合堅決不換。從1959年首發到2005最後一次發射,從LEO 1.8t的初代到LEO21.7t的末代,3.05m的一級尺寸路徑依賴一直用到了最後。最開始下訂單的空軍官員大概想不到自己寫的一行要求能影響摳門公司這麼久。

不過美帝到底有錢,一家摳就換一家下單。6.5m的土星1和土星1B,10m的土星5,8m的太空梭外儲箱,5.1m的Delta IV,5.5m的Ares1X,8.4m的SLS,9m的Starship,前前後後不僅搞還搞了多種不同直徑出來,用我們的話說應該叫「大量重複投資」。要是他們只能在一款基礎上修修改改,大概現在也肥不了。


苗條和肥胖除了運載火箭規模外還跟所使用的推進劑密度有關,例如煤油的密度大約在800千克/立方米,而液氫則大約僅為70千克/立方米,也就是說同等質量下液氫的體積比煤油大十多倍,而液氫的比沖只是液氧煤油的150%。儲存液氫還需要更好的隔熱措施例如太空梭外儲罐、德爾塔四系列火箭蒙皮上噴塗的隔熱泡沫塑料,進一步讓使用氫氧推進劑的火箭顯得更大。當然中國以往的火箭更多的是用四氧化二氮-肼類組合,四氧化二氮的密度約1440千克/立方米,肼大約1021千克/立方米,取決於具體種類,反正密度更高所以需要的儲存空間更小。

下圖中左邊的宇宙神5系列用的是液氧-煤油,右邊的德爾塔4系列用的是液氧·-液氫,可見即使拿相近運力的子型號德爾塔4也比宇宙神5肥的多,這就是推進劑密度的影響。

很多人說靠海才能打粗的不然鐵路沒法運,然而哈薩克的拜科努爾發射場一樣能打能源這樣的超級火箭,是飛機背過去的。

米亞西舍夫M4轟炸機的規模和伊爾76/運20差不多(最大起飛重量還更小),然而能源巨型火箭的大型部件用M4發展的VM-T馱運。看清楚了上圖背能源火箭主體的是VM-T不是安124或者安225下圖纔是安124,差別那麼巨大分不清嗎?如果還是視力膜糊分不清趕緊配黑框眼鏡

盲目當媒體的復讀機不細看就單純的老調重彈說中國隧道小啊、沒安124或者安225等,而無視米亞4小於伊爾76、運20的事實並不能顯得高明。我想這也是死記硬背的應試教育帶來的條件反射。

還有不帶引擎和推進劑的火箭本身不重,太空梭的大橙罐空重也就30噸左右。

有人指責我說不考慮當年缺飛機國情云云。實際上長徵早期型號也就是長徵1-4都是洲際導彈例如東風4、東風5的基礎上發展的,為了方便拉進地道或者塞進地下發射井必須苗條點。你想想如果把土星5號塞進「地下長城」需要增加多少倍工程難度。每個同源自洲際導彈的大力神系列火箭也很苗條。核心級直徑3.05米。比長徵二、三、四號的3.35米還細,就是為了塞進地下發射井。

從地下井發射的大力神II洲際導彈

發射雙子星座11號載人飛船的大力神II運載火箭
搜到的東風5地下井發射實驗照片
長徵2C
搜到的東風5裝載彈頭
發射井中的大力神II

另外說空運火箭,還有一種選擇,把原有飛機魔改出特殊型號就行。

NASA用的超級孔雀魚運輸機實際上源於B-29超級空中堡壘。當然是B29的運輸型波音-377、C-97上改的。

而中國也有B29的山寨版圖-4

所以真的需要完全可以拿圖4改造成大件運輸機運火箭的分級部件,到發射場再組裝。


偽命題,中國的長徵五號看上去就很「厚重」,而論苗條誰比得上美國SpaceX公司的獵鷹系列?(芯級直徑3.7米,高度可達70米)


傳統上,我國火箭受運輸的鐵路限界問題限制,長期只能是3.25米直徑(應該是3.35米,修訂typo)。酒泉、西昌、太原發射場都是如此。由此限制,增加火箭運力長期以來只能通過增加長度和捆版助推器來實現。這直接導致了火箭長徑比過高。到了長三乙和長二E這兩個火箭的時候,按照總師的話是「像麵條一樣」沒法再增加了。

而海南文昌發射場因為可以通過海運,所以可以使用大得多的直徑。比如長五芯級直徑是5米。也因此不那麼「苗條」了。


因為我們主要在發展活動於近地軌道和同步軌道的中小型火箭,不是太空梭或登月用的大型火箭,所以當然比較起來比較瘦小,看圖便知:

長徵五號:2016年首飛,近地軌道運載力 25 噸,地球同步軌道運載力 14 噸,月球軌道運載力 4 噸。

發衛星,和近地做一些太空任務,沒問題。

送嫦娥月球車去月球,也沒問題。

送到月球並且可以返程的航天器,運載力達不到要求。

其實我們探月工程的前兩階段,繞和落,已經把我們火箭技術發揮到及至了,想要回的話,還差很遠,首先返回器就不止 1-2 噸重,想要返程你需要燃料和大型發動機還有各種裝置吧?登月的阿波羅飛船就有 45 噸重,你一個火箭如果只能把 1 噸重的衛星送到月球,或者 0.5 噸的月球車送到月球,他們都是不可能回得來的。

帶太空梭到近地軌道也帶不動,太空梭重量是 70-100 噸。

看看登月的火箭:

土星五號,首飛 1967 年,近地軌道運載力 118 噸,月球軌道運載力 47 噸,長徵系列都屬於中小型火箭,運載力和大型火箭比較起來,是 5-10 倍的差距,所以體積有區別很正常。

所以我們過去解鎖了近地軌道的空間站,衛星發射,甚至完成了探月任務的頭兩階段。已經把我們的中小型火箭的能力發揮到極致了,再要實現 「回」的任務,就不是一天兩天能解決的事情了。

其實我們國家的航天技術向來注重靈活性和低成本,所以火箭都比較細長,太空梭或者登月所需要的大型火箭並沒有實際經濟價值,也不值得我們耗費經歷,而整個工業體系的搭建,包括火車鐵路山洞的修建寬度,都是圍繞能產生實際經濟價值和國防價值的輕量級火箭來建設的。

正因為發展大型火箭不單是火箭本身,而是整個工業體系都要換掉的事情,對我們來說還沒有太迫切的經濟和國防需求,所以大型空間站,太空梭,登月等花哨的事情留給其他國家搞就行了,咱們今後還是應該繼續發展中小型火箭,想辦法把穩定性提上去,把成本降下來比較實在。

我們不用追趕大型火箭,真正要追趕的是同樣主打低成本並領先我們的 spacex 的獵鷹火箭。


推薦閱讀:
相關文章