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长征九号运载火箭

  • 中文名   : 长征九号

  • 外文名   : Long March 9

  • 所属国家  : 中华人民共和国

  • 研制单位  : 中国运载火箭技术研究院

  • 目前状态  : 研制中

  • LEO运载能力: 约100吨(一说130吨)

  • GTO运载能力: 约50吨

  • 起飞质量  : 约3000吨

  • 发射场   : 文昌卫星发射中心

  • 缩    写: CZ-9或LM-9

目录
  • 1研制原因
  • 2设计思路
  • 3布局结构
  • 4总体结构
  • 5动力系统
  • 6可能任务

      研制原因

      长征五号运载火箭已经研制完毕,达到世界先进水平。但中国还需要推力更强的运载火箭来
      网友想象的长征九号示意图 网友想象的长征九号示意图
      自由进入太空。中国长征九号重型运载火箭的运力和美国土星五号火箭大致相当,可以满足未来载人登月、火星探测和更远的深空探测的需求。对比现有长征三号运载火箭近地轨道运力只有9吨多的现状,规划中长征九号火箭技术跨度大,强大的性能更是让人难以忘怀。

      设计思路

      长征九号火箭还处于研制早期的可行性论证阶段,航天部门不仅要向政治领
      长征九号效果图 长征九号效果图
      (ttcX.net)
      导人阐述它在登月项目中的必要性和使用上的扩展能力,更要说服他们长征九号火箭是一个经济上可承受的项目。中国重型运载火箭数年来方案的变迁,可以说是从不切实际的诱人梦想,到脚踏实地的扎实设计的过程。 武器大全wuqI.ttCx.NET编辑
      目前,中国的重型运载火箭已完成深化论证,如果一系列关键技术实现突破及相关工作进展顺利,15年内有望实现首飞。这将大幅提升中国自主进入空间的能力。 (ttcX.net)
      当前,美、俄积极抢占太空制高点,重启重型运载火箭研制计划。欧洲、日本、印度等也竞相推进新型大运载火箭研究论证。中国同样需要更大能力的运载火箭。 由WuqI.TTCx.NEt编辑
      在中国运载火箭技术研究院科研人员的蓝图中,重型运载火箭箭体直径近10米,全箭总长近百米,运载能力是现有火箭运载能力的5倍多,超过正在研制的美国下一代运载火箭(SLS)的运载能力,完全可以满足未来载人月球探测、火星取样返回、太阳系行星探测等多种深空探测任务需求,保障中国在未来宇宙探索和更大更远空间的话语权。 由WuqI.TTCx.NEt编辑
      要打造这样一个重量级火箭绝非易事。科技人员要解决代表世界一流科研水平的更大推力液氧煤油发动机技术,更大推力液氢液氧发动机技术,更大直径箭体设计、制造、试验技术,以及火箭总体设计这“三大一总”为代表的一系列难题。这些前沿技术一旦突破,将能够更好地推动中国新材料、新工艺、新器件、新装备等基础工业跨越式发展,服务中国制造业转型升级、创新发展,助力航天强国战略和‘中国制造2025’落地。
      (TTCX.NeT)

      布局结构

      高度:约88米芯级直径:10米(WuQI.ttCX.nEt)
      助推器直径:3.35米由WuqI.TTCx.NEt编辑
      最大载荷:130吨
      长征九号结构 长征九号结构
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      长征九号与其它运载火箭对比 长征九号与其它运载火箭对比 武器大全wuqI.ttCx.NET编辑
      by TtcX.nEt

      总体结构

      (ttcX.net)
      长征九号,采用直径达9米的芯级火箭和四个直径为3.35米的助推器。
      长征九号效果图 长征九号效果图
      (ttcX.net)
      全长近100米、起飞质量达到3000吨、近地轨道运载能力达到100吨,成为未来载人登月、大规模深空探测任务的坚实基础。

      动力系统

      2008年的《航天推进专业发展》报告中,已经提到了为满足近地轨道100吨级运载能力和载人登月等大型航天活动,需要“动力先行”研制5000千牛级液氧/羟系统发动机方案和1500千牛级液氢液氧发动机方案,并开展3600千牛和5000千牛大推力分段式固体助推器的关键技术研究,这些预研发动机的性能指标比尚在研制中的YF-100和YF-77发动机有了巨大的飞跃。同期《火箭推进》、《航空动力学报》和《宇航学报》等学术期刊上的论文,还不约而同的出现单室高压补燃液氧煤油大推力发动机方案,大推力氢氧发动机的论证中甚至出现全流量分级燃烧循环的设计。无论是500吨级单室高压补燃液氧煤油发动机,还是150吨级全流量分级燃烧液氧液氢发动机都是液体火箭发动机的巅峰之作,但回首YF-100尤其是YF-77坎坷的研制过程,选择这样的高性能发动机设计要承担很大的风险。
      可能是意识到开始的不切实际,随后的论证中大推力火箭发动机的指
      原始规划中出现的新型发动机 原始规划中出现的新型发动机
      标逐步合理化。2011年的论文中大推力液氧煤油发动机已经改为3300千牛单室、6600千牛双室的设计,这样的设计虽然大幅度降低了解决燃烧不稳定现象的难度,但6600千牛发动机对大功率推进剂涡轮泵的要求反而更高了。其实它可以看作是一个“钓鱼”的折衷方案,如果6600千牛发动机没能上马研制,至少还有3300千牛发动机可以用于现有长征火箭的升级换代,必要时还可以以此研制中等运力的运载火箭,两次交会对接完成载人登月任务。氢氧发动机的设计也同步转向更具可行性的方案,提出了推力2000千牛的燃气发生器循环氢氧发动机方案,它将使用单台富氢燃气发生器并联驱动氢氧涡轮泵的设计,虽然性能平庸但技术难度较小,可以看作美国RS-68发动机的2/3缩比版。(ttcX.net)
      在论证液体发动机的同时,航天动力研究院也提出了研制大推力
      500吨级液氧煤油发动机系统原理图 500吨级液氧煤油发动机系统原理图
      固体助推器的设想,计划用10年时间分别研制出500吨和1000吨级推力的分段式固体火箭发动机。2009年初国内完成了2米直径固体发动机的试车,将推力提高到120吨,2010年初又完成了分段式固体发动机的热试车,验证了分段式发动机技术,同期国内还研制了2.25米直径的大型固体发动机。中国航天动力院计划用现有的2米120吨推力分段分别实现360吨和500吨推力。完成大型固体发动机技术演示后,进一步研制出3.5米直径5分段的千吨级固体火箭发动机。这样的路线图以分段式设计充分发挥了固体发动机技术的继承性,以较小的投资规模实现数百吨到千吨级的推力,相比技术成熟度低、攻关难度大的液体发动机在研制进度也有优势。
      从运载火箭研究院梁小虹书记的访谈和航天科技集团披露的信息看,
      500吨级液氧煤油发动机结构图 500吨级液氧煤油发动机结构图
      长征九号重型火箭的设计考虑了充分利用现有试验设备和成熟技术,还考虑了使用新技术升级现有火箭等因素。根据梁小虹书记提及8米直径芯级、3.35米直径助推器和3000吨起飞质量等信息,结合已有论文中重型运载火箭1.2~1.3之间的起飞推质比,可以判断长征九号火箭8米芯级和3.35米助推器分别使用4台和1台起飞推力450~500吨的液氧煤油发动机,火箭起飞推力约3600~4000吨。其上面级将使用200吨推力的液氧液氢发动机,火箭总体为2级半结构,以3.5%的近地轨道运载系数推算长征九号火箭的近地轨道运载能力将超过100吨。根据航天科技集团报告中“新一代运载火箭型谱”中长征九号火箭长度与高度的比例,长征九号火箭全长约88米,天津新一代大型运载火箭基地的93米高度全箭振动塔足以对其进行全箭振动试验,这将分摊长征五号火箭的研发投资,降低长征九号的研制费用。中国为研制YF-100液氧煤油发动机建设了最大可支持500吨级液体火箭发动机的试车台,可以直接支持下一代的450~500吨级液氧煤油发动机研制,节省了部分研发投资。
      虽然大推力液氧煤油发动机对比早期方案进一步降低了指标,但其性能要高于俄罗斯RD-180先进大型液氧煤油发动机,属于大型发动机的顶尖水平。长征九号重型火箭在其他方面技术上也有很大的提高,为了降低结构质量,长征九号火箭的推进剂储箱将
      大火箭天津产业基地 大火箭天津产业基地 由WuqI.TTCx.NEt编辑
      使用轻质高强度的铝锂合金,级间段和整流罩使用复合材料;火箭电气和控制系统将使用故障诊断系统,还以此为基础进一步实现火箭故障诊断和重构。火箭制导系统将使用捷联惯导加卫星导航加星光导航的先进复合制导方案,软件方面使用摄动加迭代的制导律,此外火箭还将具备基于天基天链系统的遥测控制能力。这些先进的火箭技术将显著提高长征九号重型运载火箭的性能,还将用于现有长征五号、六号和七号等运载火箭的升级。wuqi.tTCx.nEt编辑
      长征九号火箭总体设计上也有很多圈点之处,如芯一级和助推器使用大推力液氧煤油发动机的设计,并继承现有长征火箭芯级推质比大于1可独立使用的风格。如果未来中国及时上马载人登月项目,百吨级运力的长征九号火箭自然有用武之地;如果载人登月项目中止,独立使用的芯级本身就是近地轨道运力约50吨级的重型运载火箭,用于近地轨道或是静止轨道的超大载荷发射任务,或是一箭多星发射大型通信卫星。这样的设计以不变应万变,可以在未来不同预算条件下尽可能的提高投资的费效比。天天查询WuQI.Ttcx.NeT编辑
      大推力液氧煤油发动机推力选择的合理化和助推器沿用3.35米直径箭体的设计,还为设计类似美国AtlasV火箭的新一代运载火箭提供了可能。以单发500吨级液氧煤油发动机模块为基础,捆绑使用多个大推力固体助推器调节运力,重型型号由3个或5米3.35米助推器模块组成,其设计远比现有的长征五号和长征七号简洁可靠,将构成地球低轨道运力覆盖10~50吨的大型运载火箭家族,可将中国大型运载火箭的技术和性能提高到一个新的水平。由于较小运力需要使用固体助推器调节运力,这个设计方案还可以弥补长征九号火箭弃用大推力固体助推器对中国固体发动机生产带来的不利影响。
      如果将长征九号火箭的新技术用于长征五号和七号火箭升级,可以以单台大推力氢氧发动机取代现有的两台YF-77氢氧发动机,以大推力液氧煤油发动机取代数量过多的YF-100发动机,避免长征五号和七号火箭第一级发动机过多设计过于复杂的问题,提高火箭的固有可靠性。至于长征九号火箭推动的铝锂合金箭体、先进电气和制导控制系统等先进技术,也可提高长征五号等火箭的性能和技术水平。
      从零星披露的信息看,中国长征九号重型火箭已经开展了基础性的技术预研。航天科技集团曾公开报道大型发动机全尺寸木模型的研制生产,而大直径箭体也在更早的的报道中屡有提及。长征九号重型火箭通过与长征五号火箭共用部分试验设备和助推器箭体节约了成本,新型发动机和其他技术也将与商业运载火箭平摊降低成本,较好的兼顾了大运力和经济性的冲突,避免了土星五号用途过于单一的弊端。可以预见长征九号火箭未来不仅将完成中国载人登月的壮举,它的衍生型号还将把中国运载火箭技术水平提高到一个新的高度。
      随着论证的深入,结合中国实际需求和技术水平,长征九号的指标有了不小的调整。根据2013年航天科技集团六院院长谭永华发表在《宇航学报》上的论文,中国以载人登月为目标进行了重型火箭的论证,考虑中国航天发展需求、技术保障和工业体系,以及动力型谱发展等因素,最后决定研制500吨级液氧煤油发动机和200吨级液氧液氢发动机,以此为主动力重型运载火箭采用三级半方案,其中4个助推器个采用1台500吨级液氧煤油发动机,一级采用4台500吨级液氧煤油发动机,二级使用2台200吨级液氧液氢发动机,三级采用2台50吨级液氧液氢发动机高空改进型。长征九号重型火箭的起飞推力约为4000吨,起飞质量大约为3000吨,近地轨道运载能力约为100吨 。

      可能任务

      龙乐豪在《关于中国载人登月工程若干问
      长征5M 长征5M 武器大全由wuQi.ttcx.NET编辑
      题的思考》中设想的中国载人登月二期工程中。工程的目标是在二十一世纪30年代使4~6人较长时间停留月面并安全返回,以满足未来建立月球基地和载人登火星的需求。方案是由CZ-5A(或5M)发射载人舱,重型火箭(可能为论证中的长征九号运载火箭)发射转移和货物舱段,采用近地轨道交会,完成登月和返回。 (WuQI.ttCX.nEt)

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