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日本的大火箭为什么运力偏低?长征五号VS日本H

2018-05-04  逍遥书屋1...

在长征五号已经服役之际,分析一下同属大火箭的日本H2B为什么运力偏低。要说日本的航天技术并不比中国差,同属第二梯队,而且日本的氢氧发动机技术明显领先中国,为什么实际运力却不如长征五号呢?

先分析两者的体型和运力(数据来源于网络可能会有出入):

H-IIB

长征五号

长征五号乙

身高(米)

56.6

57

53.66

体重(吨)

878.566

837.5

芯级直径(米)

5

5

助推器

固体助推

液体助推

液体助推

LEO推力(吨)

19

25

GTO推力(吨)

8

14

芯一级发动机

LE-7A

YF-77

YF-77

芯二级发动机

LE-5B

YF-75D

在体型差不多的情况下,长征五号比H-IIB的运力要高跟多,尤其是地球同步轨道,接近翻倍。什么原因呢?下面分析一下:

一、固体助推器不过关

日本的火箭向美欧看齐,主要采取芯级氢氧发动机,外加固体助推器的组合方式。但是日本的固体助推器体型小、推力低,对于提高H-IIB运力的帮助有限。这只能说明日本的固体助推器技术还不太过关,无力研究更大推力的固体助推器。相应的,印度在这方面是领先日本和中国的。

中国采用液体助推器,技术更成熟、体型更大、助推效果更明显,这一点从火箭的起飞重量上也能看出来。

日本为什么还要坚持固体助推器呢?是否有军事考虑不得而知,但至少固体助推器有准备方便、能量密度高、成本低等优势。当初印度没有办法,火箭芯级使用了固体火箭,但也锻炼了固体火箭的生产能力,现在其S-200固体火箭助推器已经非常给力了。日本火箭发射机会少,固体助推器研发偏慢。其实中国也在研发大推力固体火箭助推器,不排除未来给长征九号使用的可能。

此外,日本目前没有可用的液体燃料助推器,他们最成熟的液体发动机都是氢氧发动机,而目前国际上还没有氢氧燃料助推器使用的先例,这主要跟液氢燃料比较难控制有关。

二、设计理念保守

从长征五号的设计思路不难看出来,长五采取模块化设计思路,不同任务采取不同构型,尽量保证长五能适应各种不同的任务,而且不会造成运力浪费。比如近地轨道直接使用一级半构型长征五号乙,而高轨道采用二级半的基本构型,在加上上面级,使得长征五号可以针对不同任务进行不断优化,从而获得最佳的效果。

相应地,H-IIB只有一种基本型,要照顾不同任务的需求,就不得不顾此失彼,从而不能发挥火箭的最大效能。即使跟猎鹰九号相比,H-IIB的能力也是略显不足。

长征五号模块化生产

三、富生穷养

日本在国力最强盛的时候研制了H-II系列火箭,其发动机LE-7系列,采用最先进的分级燃烧循环方案,与美国的航天飞机主发动机技术相同。该款发动机起点高、推力大、燃烧效率高,但也带来了隐患。最大的问题就是成本太高,由于昂贵的发射成本使得日本火箭在国际发射市场上占不到任何优势,只能眼看着蛋糕被别人瓜分。

再加上H-IIB完成以后,日本经济已经在走下坡路,没有足够的财政支出安排足够多的发射任务,10年只执行了6次发射任务。没有足够的锻炼机会,想提高火箭技术是很难的。

相比较来说,猎鹰九号从诞生到现在执行了50余次发射任务,每次任务都是对火箭性能的一次良好的锻炼。在不断的锻炼下,猎鹰九号的运力已经可以跟两个大块头H-IIB和长征五号齐头并进了。

而长征五号,一诞生就有一堆任务等着他,将来在不断发射锻炼下,胖五的性能和稳定性一定会有长足的进步。

小结:再好的火箭,如果研发出来得不到充分利用,也是浪费,水平也难以提高。就像土星五号,虽然能力强、稳定性好,但由于推力太超前,没有载人登月任务,也就没有了用武之地,只好搁置了几十年直到落伍。这也给我们很大的启示。

前文探讨长征九号,很多国民坚持说那是ppt火箭,还没出生就拿来跟人家比。其实,按中国现有的工业水平和航天科研基础,2025年以前造出长征九号并实现首飞一点也不困难。但是我国下一个十年的航天规划已经出台,没有需要用到重型火箭的任务,就算长征九号研发出来,也得不到充分利用。

而十年后,下一个十年规划的时候,新的月球探测任务、新的深空探测任务、空间发电站项目等等都会用到重型火箭,那时候长征九号出世正当其时。我们的很多国民缺乏一种民族自信和自豪感,面对人家的好东西有点妄自菲薄,为什么不能给自己人打打气呢?

小编写火箭系列,希望一些看到的青少年能立志成为国家科研的主力军,成为中国火箭的设计师和工程师。如果我们年龄比较大了,自己不能改行了,那让自己的孩子看看,从小树立爱国爱科学的梦想,将来成为火箭设计师的家长不也是很好很自豪的吗?美国的小学生就有制作核反应堆的激情!我们的国人更多的是追星、玩手机电脑游戏,这样的状态下不该多一些科普教育吗?

请准备吐槽中国航天的国人收起你的自卑心,多为我们的国家呐喊吧!别让外国人小瞧咱们!当然由于数据主要来源于网络,如果文中内容有不对的地方,欢迎指正!

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