下半年，中国的大固体火箭将轮番登场！

世界上最大的固体火箭织星C首飞成功, 第二半段, 中国大型固体火箭将轮到舞台上!

文 | 张雪松

7月 13日 21 时 13 分,最新由欧洲空间局(ESA)开发的VEGA-C固体推进火箭,第一架从圭亚那航天中心(CSG)飞往库鲁的飞行成功。它是世界上成功发射的最大的固体火箭。虽然第一架飞机的重量只有474公斤,但是它可以装载到2.3吨的货物,被送到700公里的高度的极地轨道上,其功率远远超过了印度固体液混合PSLV火箭。

编织的水星-C火箭能够满足大部分轨道和极轨道发射任务,它的第一架成功飞行为ESA提供了一种廉价、高效的运输工具,为了补充被压倒的亚里安5号和亚里安6号火箭,也部分摆脱了对俄罗斯联盟号火箭的依赖，这证明了固体火箭运输的优点.

蓬勃发展的固体火箭

以太空探索技术公司（SpaceX）和火箭实验室公司（Rocket Lab）为代表的商业新兴航天公司的出现和发展，液体推进火箭引起了全球关注。同时,固体火箭也在蓬勃发展,一种新型的固体火箭被生产。中小型电力和液体火箭之间存在激烈竞争,女性星C火箭是其中一个突出的例子。

美国的固体火箭具有良好的竞争力,甚至太空X也放弃了Falcon I火箭在同一个操作区。北罗普格鲁门公司收购了轨道科学公司后,继承了飞马座（Pegasus）、金牛座（Taurus）和米诺陶（Minotaur）组成的固体运载火箭家族，现在米诺陶I和米诺陶IV、V等大型固体火箭仍在使用中，米诺塔乌尔VI号正在开发中。米诺塔尔一号火箭来自军事洲际导弹发动机技术,其他米诺塔尔火箭使用2.34米直径的维持和平导弹发动机,米诺塔尔四号火箭的近轨道功率达到1591公斤,北极轨道高度700公里,其容量接近1吨,Minotaur V火箭发射了383公斤的LADEE月球探测器。新開發的Minotaur VI火箭的第一階段使用了兩個 SR-118火箭引擎。700千米高度的极地轨道运力超过1.8吨，在固体载火箭中,仅次于编织星C火箭的功率。

用于发射LADEE月球探测器的Minotaur V火箭

日本和印度也在积极研制固体运载火箭。日本固体运载火箭最新的代表作是艾普斯龙（Epsilon）火箭，其第一类使用H-IIA火箭2.5米直径SRB-A3固体推进器,此外,原型M-V火箭由两个或三个阶段组成,它的亮点是便宜的和自动化的,它还能够将700公斤货物运到500公里高度的极地轨道上。印度最新的SSLV固体火箭使用了火力3导弹的2米直径固体发动机技术。它是一种低成本的固体火箭,其极轨道容量为300公斤,它在商业上市市场上具有一定的竞争力.

欧洲航空局重点发展大型固体货运火箭,织星火箭代表了欧洲空间局固体火箭的发展。编织星际火箭的最初设计目标是开发一个大固体火箭,容量为1吨,用于700公里的极地轨道。其第一类P80发动机由亚里安5火箭推进器衍生而来,它是一个直径3米的大型固体发动机,第二阶段使用新开发的Zefiro固体火箭发动机,火箭的总运载能力达到1.4吨。新型的“编织星-C”火箭使用更大的P120发动机,P120直径3.4米,推力超过470吨，在全球整体式碳纤维复合材料固体火箭发动机推力榜上名列前茅（目前排名第一的应该是我国航天科技集团四院自行研制的500吨级整体式固体燃料火箭发动机，2021年成功测试车辆),对于编织的星C火箭的运算增加到2.三吨奠定了基础。

2021年10月19日,中国500吨推力固体火箭发动机地面热试验车成功完成,综合性能达到世界领先水平。

大固体火箭的优点和趋势

由于小型卫星市场蓬勃发展,军事空间需要迅速作出反应,航天国家也将在发展液体重型火箭的同时,重点发展固体火箭。

固体火箭具有低成本 、 结构简单 、 维修操作方便、发射准备时间短等特点.它可以满足快速反应和低成本发射的需要。然而，美国固体火箭来自固体洲际导弹,日本固体火箭是从铅笔火箭开始的,因此在发展的早期，固体火箭不会携带太多,在大中型载荷的发射上无法和液体运载火箭媲美。

随着固体火箭动力等技术的发展,固体火箭不仅能更快地对发射能力作出反应,同时保持低成本和高可靠性的优势,承载能力也逐渐增加,固体火箭具有更大的优势,开始为中型卫星载荷的发射市场提供动力。

米诺塔尔六号火箭的极轨道载荷能力超过1.8吨,编织星C固体火箭的功率高达2.3吨;而商业发射市场则偏好印度的PSLV液体火箭;甚至扩展的PSLV-XL火箭只有一个等于轨道功率.75吨。也就是说，米诺陶VI和织女星-C大型固体火箭的运载能力，它超越了印度的PSLV和中国的Soyuz II(拥有1.2吨的700公里太阳同步轨道),尤其是织女星-C火箭的运力甚至和长征四号乙火箭相当（长征四号运力700千米太阳同步轨道1.9吨）。随着卫星技术的全面进步,小卫星在低轨道上的性能已经相当强,例如,法国Pléiades望远镜的NEO卫星有3米直径的1.摄像机,分辨率提高到0.3米,但它们发射不到一吨,最终,他们选择使用编织的星际火箭发射。

织女星火箭整流罩中的昴星团NEO卫星

总而言之，新一代大型固体运载火箭的运力足以满足绝大部分极地轨道发射需求，结合织女星固体火箭2200~2500万欧元的发射价格，大型固体火箭在商业市场上具备了不错的竞争力。

固体推进火箭和固体推进弹道导弹是单阶段的,但发射现代固体火箭的成本很低,重用固体导弹是不容易的,它是从设计到制造的持续进步的结果。日本Epsilon火箭使用大量的自动检测技术,自动化水平的改进缩短了发射准备时间,工作人员 人数 已 减少 。现代固体火箭也与大型固体推进器联合开发.日本Epsion火箭和欧洲第一类编织星际火箭发动机技术是基于大型固体推进器的结合火箭。印度SSLV火箭的功率很少,但使用第一类固体发动机和大型固体导弹。通过分享技术和分摊生产线成本,固体火箭的总成本大大降低.

发展大型固体火箭的困难在哪里?

欧洲空间局编织星系火箭代表了大型固体火箭的发展方向,但发展大型固体火箭的费用并不简单,最重要的拦截虎是大型固体火箭发动机的开发.说空间应该被开发,是好的。动力要先行。无论是液体还是固体火箭,发动机开发是火箭开发中最重要的核心要素.

虽然固体火箭发动机看起来很简单,但高性能的固体发动机很难开发。固体火箭发动机主要涉及高能/高压推进剂,高性能壳体，各种技术,如低密度喷气膨胀段,固体火箭,虽然对推进剂比冲，壳和喷气管的减重指数较低,但是,对发动机的推力提出了更高的要求。甚至连固体火箭螺旋桨,推力也一般达到100吨级,作为固体火箭的起始级功率,此外,固体发动机需要数百吨甚至更多的推力。为了满足固体发动机大推力的开发要求,工程师们主要使用两种方法来增加推力,一个是粗糙的发动机直径,大型直径固体火箭发动机具有更大的推力;其次是阶段式发动机的开发,多链增加推力,通过增加长度.

Ariane-6和Weaver-C火箭的大型固体P120发动机

然而,无论你增加粗糙度还是长度,他们不是容易的事。固体火箭发动机的燃烧不稳定.固体推进剂的成分很多,反应复杂,难于实验模拟，没有准确的燃烧不稳定性预测方法。直径越大,发动机的长度越长,它的燃烧不稳定问题变得越来越困难,要取得积极的胜利,需要大量的努力。另外，大型直径固体发动机的泵泵问题相当棘手,对于分段发动机,随后的互连技术和点火技术也很难被攻击。

此外，虽然大型推力固体火箭发动机对壳体和其他结构重量并不敏感,但随着太空发射追求成本和性能,传统的重钢壳成了昨天的黄色花,高强度轻质碳纤维复合壳,以及由同一个导弹领域开发的低密度复合喷气管,它也被用于大型固体火箭发动机。例如,在第一级的女性C火箭中使用的P120发动机,不但推力大，使用碳纤维复合壳,为火箭的高性能奠定了坚实的基础,一个质量210吨的固体火箭,运载能力和运载系数甚至超过一些液体火箭.中国四个空间科学和技术学院正在自行开发世界上最大的综合固体火箭发动机推进和工程应用,推力达500吨，采用各种先进的技术,如高性能纤维复合壳 、 高负载全射成型燃烧室 、 超大型喷气管等.介绍了我国千吨推力固体发动机的开发关键环节,将为未来大型、重型运载火箭技术快速发展提供了重要支撑。

2019年1月28日,P120的固体燃料发动机进行了成功测试。

简单地说，大推力的指标解决了大型固体火箭“有没有”的问题，而高性能壳体和喷管等先进技术，决定了大型固体火箭“好不好”，能不能在激烈的市场竞争中拥有一席之地。

入侵中国的大型固体火箭,预计到2022年!

美国、欧洲和日本等国家正在积极发展大型固体火箭,中国大规模固体火箭发动机技术突破后,固体火箭的开发也开始。2009年，中国已成功开发了2米直径、120吨推力,成为国内最大的整体固体火箭发动机。本文直接促进了我国长距离火箭系列中第一类全固体火箭的研制——长距离11型。2015年9月25日长三月十一号火箭第一次成功飞行,它已成为我国对空间运输的坚定力量的一个重要里程碑。同一时期，中国航空航天技术集团研制的快速船1固体火箭也取得了突破.首架航班于2017年11月9日成功。中国的固体火箭,如长三月十一号和快速艇一号,标志着没有这种火箭。但他们的功率仍保持在100公斤,随着固体火箭发动机技术在中国的快速发展,越来越大的直径、更大的推力和更先进的固体火箭发动机正在出现,为发展具有超过吨位功率的大型固体火箭作了准备.

2020年9月15日,长三月11号固体推进火箭第二次成功发射于海上

2019年，中国成功开发了直径2.6米、推力200吨、集成固体发动机、它促进了泰坦三型固体推进火箭的发展。特龙3号由中国龙征火箭有限公司为商业航天发射市场发射,箭头的最大直径为2.64米,起飞质量140吨，500公里的太阳能同步轨道容量1.5吨,包括第一款的发射计划为2022年。

泰坦II固体火箭

由空间技术集团研制的航天飞机11号火箭,它是2.2米直径的复合壳体固体火箭,起飞质量78吨，在海拔700公里的太阳同步轨道具有1吨的载荷能力。2020年7月10日,第一次在飞行任务中,火箭飞行出现异常，发射任务失利。据悉，预计将在2022年下半年重新启动。

快舟十一号运载火箭

国内首家混合所有制商业航天企业中科宇航公司研制的力箭一号火箭，它也是第一艘成功 tonn 大小 固体火箭的国内纪录。Power Arrow1使用2.65米直径推力固体火箭发动机,500公里的太阳同步轨道的容量为1.5吨。据悉，电箭1已经开发出来,并和地面发射支持系统进行了合练试验，我们都准备好发射了,第一个飞行将在不久的将来进行.未来，美国国家航空航天局还准备开发具有较高发射质量和载运能力的大型固体火箭。CBC是一种基于固体通用核心类(CBC)的四级组合火箭。起飞推力800吨，500公里的太阳同步轨道承载能力达5.6吨,它将击中世界上最大的载火箭冠。

Power Arrow1火箭的全载式升降试验视频

因此,2022年下半年的固体火箭发射将是一个不断变化的、令人兴奋的领域,我们祝愿这些模型取得成功!那时,我国在大型固体火箭载火箭领域将超越美国和欧洲等空间大国,从平行飞跃到领先。

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