重型火箭，强国重器

运载火箭是一种由多级火箭组成的航天运输工具，它依据反作用原理，利用火箭发动机，将人造卫星、载人飞船、空间站或深空探测器等有效载荷送入太空。在运载火箭中：

火箭发动机→动力保证

推进剂→燃烧物质保证

此外还包括控制系统、电子系统、结构系统、载荷舱、分离机构、安全系统等。它必须能达到第一或第二宇宙速度，同时要具备一定的发射及入轨精度。

如果将运载火箭按照运载能力大小进行分类，分为小型、中型、大型和重型（超重型）运载火箭。目前，这种分类方法尚无统一的量化标准。在我国航天界，一般将起飞重量大于2000吨、近地轨道运载能力在100吨级的运载火箭及其衍生构型均称为重型运载火箭。

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 重型火箭：托举更宏大的太空梦想

重型运载火箭属国之重器，能够体现一个国家的综合实力。它的研制能够推动科学技术进步、带动基础能力提升、培养科技人才队伍。

世界上曾经飞行过的重型运载火箭包括美国的土星5号，苏联的N-1、能源号运载火箭，正在研制的有美国的太空发射系统SLS（Space Launch System）运载火箭，这些运载火箭主要应用于大规模深空探索任务或近地轨道大型有效载荷的运输任务。伴随着这些“巨无霸”运载器的辉煌与挫折，人类大幅拓展着进入太空的能力，给我们留下了宝贵的遗产。

网友绘制的不同型号运载火箭对比

从国外重型火箭发展历程来看，对重型火箭的需求首先是政治需求，体现综合国力，振奋民族精神，树立民族信心，增强凝聚力；其次是科学技术发展需求，包括军事、民用等诸多方面。国内对重型火箭的需求研究由来已久。目前，重型火箭的需求主要集中在三个方面：

一是战略需求，即国家安全需要、航天发展需要和航天强国建设需要；

二是应用需求，即载人月球探测、深空探测、大型轨道设施等；

三是技术发展需求，即提升火箭动力、结构等设计、制造水平，促进我国从航天大国向航天强国迈进。

土星5号运载火箭是在人类历史上使用过的最高、最重、运载能力最强的运载火箭，在人类航天史上留下了辉煌的战绩。土星5号在1967年至1973年间NASA共发射了13枚土星5号火箭，其最后一次发射是将天空实验室的空间站直接送入太空。

相比于土星五号，N-1运载火箭则是苏联航天人心中永远的一道伤痕。N-1是苏联研发的登月火箭，研发工作比土星五号晚，而且在资金短缺、未进行测试的情况下，四次发射试验都遭遇滑铁卢。种种的技术失误，以及缺乏资金支持，N-1从未经过严格的出厂测试，甚至N-1每次爆炸都在一二级分离之前。计划的12次试飞也因前4次彻底失败而提前告终。

N1火箭转场

N-1屡次失败粉碎了苏联人的登月之梦，登月计划取消后，苏联继续N-1F研发，希望这款火箭今后能用于发射一个类似美国天空实验室的大型太空站。但是研究还是在1974年宣告终止，尽管当时两枚N-1F已经做好了发射准备。

1974年，苏联开始了对新火箭的方案论证工作。正如NASA用航天飞机取代土星5号的计划，苏联的能源科研生产联合体提出了祝融星计划（Vulkan），计划设计一种以质子号运载火箭为基础，使用与质子号相同燃料、比质子号更大、推力更强的、采用模块化设计的火箭。

1987年5月15日，能源号重型运载火箭首次从哈萨克斯坦的丘拉坦发射场发射试飞成功。能源号是一种两级运载火箭，总长度为60米，芯级直径约为8米。总发射质量约为1960吨（最小估计值），总发射推力为2940吨。推重比大致与美国航天飞机相当。能源号能将270吨载荷送到低地轨道、32吨载荷送到月球或27吨载荷送到火星和金星。

新“能源”火箭——俄罗斯国家航天事务集团表示将以曾经可与“土星5号”媲美的苏联“能源”火箭技术为基础，改进“格鲁什科”科学生产公司制造的RD-171型火箭发动机，在未来5至7年研制出近地轨道运载能力达160吨的超重型运载火箭，用于探索月球及其他天体的任务。

NASA在2010年开始研发太空发射系统（简称SLS），SLS火箭系统在完成之后将成为有史以来最强大的火箭，当然也包含目前的猎鹰重型火箭在内。NASA正对退役航天飞机的RS-25引擎进行升级，来为SLS火箭提供动力。不过相比于猎鹰重型火箭，SLS火箭是无法回收的，这就会给未来的发射成本带来影响。

SLS太空发射系统

SLS火箭发射系统未来的任务预计将对月球、火星甚至更遥远的星球表面进行探索。目前火箭及“猎户座”飞船的无人首飞——“探索任务-1”（EM-1）将推迟到最早2020年年中，载人飞行任务——“探索任务-2”（EM-2）将推迟到2022年年中。虽然发射时间多次推迟，但是当SLS火箭系统真正完成它的处女航时，它将引领一个全新的太空时代，而且也将确保NASA在航天领域一直以来的领导地位。

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 长征九号：中国迈向航天强国的标志

长征五号

2016年11月3日，全新研制的新一代大型运载火箭长征五号（CZ-5）在中国海南文昌航天发射场托举着远征二号上面级和实践十七号卫星（SJ-17），经过约1821秒的飞行成功进入预定轨道，首飞取得圆满成功。

长征五号运载火箭的首飞成功标志着中国从此进入了拥有大型运载火箭的国家行列。而规划论证中的重型运载火箭（代号长征九号，CZ-9）是我国建设航天强国的重要标志，是实现“两个一百年”发展目标中的重大科技创新活动，也可能是我国化学推进最大能力的终极火箭型号。

长征九号效果图

经过近10年的论证，我国重型运载火箭的总体方案已经基本收敛，该总体方案已获得国家国防科工局等上级单位认可，进入关键技术攻关、方案深化论证及方案设计阶段，并取得了以10米级直径整体锻环、500吨级推力液氧煤油发动机涡轮泵与发生器联试、3米直径分段装药固体发动机试验成功为代表的阶段性成果，为后续工程研制奠定了初步基础。

托举CZ-9的三型新液体火箭发动机分别为500吨级液氧煤油发动机、200吨级和25吨级液氧液氢发动机，分别用作重型火箭的一级、二级和三级。三型发动机在推力、比冲、推重比等方面均瞄准国际一流水平。

从目前的120吨级发动机跨越到500吨级发动机，并非简单的放大，而是技术难度呈现几何级增长。例如，推力量级提高，让燃烧装置的流量、压力和热流大幅提高，对结构设计，热防护以及热传导技术等带来了极大挑战，同时给材料强度、密封工艺和工作可靠性等提出了极高要求。此外，由于推力量级提升带来的参数变化极大，目前的试验验证设施无法完全满足研制需求，无法全部开展1:1的全工况试验验证，因而有些技术和产品只能进行仿真和缩比验证，这给项目攻关带来了很大难度。

未来的火星任务

长征九号是新一代重型火箭，其地面推力达到3000吨以上、近地运载能力100吨以上，起飞推力和近地运载能力两项指标都超过了太空探索公司的猎鹰重型火箭，而大推力、单台泵的发动机布局，大大提升了火箭的可靠性。未来，我国还将研制推力更大的重型火箭，可以满足我国未来载人登月、火星探测和后续深空探测需求。

文/钱  航

编辑/杨若凡