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挑战马斯克,俄版猎鹰9开始在纸面上描 [复制链接]

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近期,俄罗斯航天国家集团公司正式发布了其新一代商业化甲烷可回收运载火箭设计路线,该火箭名为“阿穆尔”。火箭设计方案一改以往“画风”,变成近几年时髦的低成本商业化可回收火箭思路。那么,该火箭有哪些独具特色的设计?这几年,俄罗斯火箭经历了哪些变化?

俄罗斯航天国家集团公司公布的阿穆尔运载火箭

甲烷版的俄罗斯“猎鹰9”

“阿穆尔”全箭采用液氧甲烷(天然气)推进剂,两级设计。火箭一级采用VTVL反推回收,装有5台RD-A发动机,海平面推力吨左右。火箭二级为一次性使用,采用与一级同型发动机的真空版RD-V,但仅安装1台,真空推力吨左右。“阿穆尔”全箭设计思路和时下大热的“猎鹰9”有相似之处。

该火箭高55米,起飞重量吨,直径4.1米,整流罩直径5.1米,一级安装有回收用的可收放支腿和栅格舵。其近地轨道的可回收运力为10.5吨,同时具备一次性发射能力,运力12.5吨,高于目前俄罗斯联盟2火箭的8.5吨运力。

俄方称,该火箭贮箱将采用甲烷火箭主流的共底设计,因为液氧和甲烷沸点温差仅20摄氏度,共底难度相对其他推进剂组合有大幅降低。

在可靠性设计上,俄方在大幅降低火箭零件数的同时,其一级发动机还将具备推力冗余设计,在其中一台发动机发生故障关机的情况下,其余发动机可以增大推力并延长燃烧时间,以确保任务成功。俄方称该设计可以将火箭的可靠性提升至0.99,而目前绝大部分的运载火箭可靠性都不到0.98。

除此之外,“阿穆尔”还预留了后续运力增强的设计空间,可能会配备“弗雷盖特”系列上面级,来支撑更多轨道的发射任务。

该火箭一级的初期设计重复使用10次,远期设计目标为次,火箭一级中央发动机在每次发射中将进行3次点火,所以俄方会对该发动机做次可靠点火的设计,但不会采用全实测的方式,而是结合数学建模的方式进行设计与评估。待成熟后,再结合回收及复用,每年将具备15次发射的能力。

熟悉又不熟悉的回收方式

“阿穆尔”的回收方式与目前已经成熟的猎鹰9火箭的海上回收方案类似,一级分离后不会掉头飞回发射场,而是沿既定弹道方向回收。得益于俄罗斯地广人稀幅员辽阔的特点,火箭即使不飞回发射场也仍可在陆地着陆。目前,着陆点暂定在俄罗斯哈巴罗夫斯克地区靠近鄂霍次克海的南部海岸着陆。

在发射和回收过程中,“阿穆尔”一级的5台发动机上升段会全部点火工作。下降段为减小气动减速阶段的热流峰值,中央发动机会再次点火进行反推减速,下降段全程采用栅格舵调整火箭姿态和方向,着陆前中央发动机再次点火进行着陆反推,直到平稳落地。

阿穆尔运载火箭回收示意图

火箭着陆后会自动进行推进剂泄放,然后用专用设备收起腿和栅格舵,放倒后装入专用集装箱运回翻修场所。运输方案可能会选择传统的铁路运输返回,不过俄方还提出了使用米-26重型直升机调运的新方案。

在火箭翻修上,俄方表示将大量应用无损检测,减少拆解和检修工作量。发射设施也会高度简化,将配套发射观礼平台和独立参观通道的总装厂房,采用全自动无人值守发射系统。

目前,俄方预估初步设计将花费4亿卢布,而从研发到火箭首飞将耗资亿卢布(约合61亿人民币)。

为从商业化角度出发并尽早收回投资,俄方表示“阿穆尔”将积极竞标俄罗斯自建的“球”星座的发射合同。而且该火箭还将考虑作为俄下一代重型火箭的助推器。

这种方案其实是有点类似于天顶火箭,其一级曾作为能源系列重型运载火箭的助推器。俄方称,回收且无上面级版本的发射成本低至万美元,一次性无上面级版本约为0万美元,配备上面级后将提高至万美元左右。

“三路齐出”背后有隐忧

自苏联解体至今的近30年时间里,俄罗斯运载火箭型号序列基本延续自苏联的技术积累。凭借从轻到重、固液齐备的完善火箭型谱体系,俄罗斯在商业航天发射领域曾经有过一阵辉煌时期,21世纪初曾占据过国际商业航天发射市场的半壁江山。但随着美国近年来新一波商业航天企业的兴起,欧洲阿里安系列的成熟,以及印度的异*突起,俄罗斯的商业发射订单数量锐减。首当其冲的就是质子运载火箭,曾经的主力高轨火箭现在已经是无单可打,除零星的自家任务外,该火箭已经进入退役期。规划中的中型质子火箭也“胎死腹中”。常言道“屋漏偏逢连夜雨”,由于俄罗斯和乌克兰关系恶化,合作中断,有乌方参与的“天顶”和“第聂伯”两型火箭因此无限期停摆。

其实,俄方也并非一直“吃老本”,在航天系统一系列兼并改制的同时,早在年俄罗斯就开始研发全新的安加拉系列运载火箭。这款基于通用芯级设计的火箭历经了近20年的研发后,终于在年分别成功进行了1.2和A5两个构型的首次发射。

但这两个构型的火箭首飞之后,由于研制经费短缺、项目断档、人才流失和发射设施拖期等诸多原因,“安加拉”项目基本陷入停滞,直到6年后的今天仍未能恢复发射,更遑论征战残酷的国际商业发射市场。

除此之外,为了替代现有老旧的联盟系列火箭,俄又提出了“新瓶旧酒”的联盟5运载火箭,预计年首飞。“联盟5”在设计上虽不乏革新,但核心思路仍是苏联时期技术遗产的重新堆砌,本质上就是去乌克兰化的纯俄版天顶运载火箭。再加上此番宣布的阿穆尔火箭,俄罗斯在研运载火箭可谓“三路齐出”。

但上述3款火箭在运力区间上有一定重叠,设计伊始就埋下了资源和订单上“内斗”的隐患。再加上俄方为支撑远期载人登月计划,又上马了近地轨道运力超百吨且耗资巨大的叶尼塞重型运载火箭。在俄航天系统当前外单不足、内资不富的情况下,能否同时支撑如此多型号火箭的研发和发射还有待实践的考验。

文/张香维

编辑/唐明*

审核/杨建杨蕾

监制/索阿娣

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