我國航天運載器的未來發展

余夢倫　楊　勇

在軍事家的眼中，“天”是繼陸、海、空之后的第四戰爭媒介，是國家的高邊疆和新的戰爭制高點，而在經濟學家的眼中，空間是新興的利益增長點和未來的國家利益延伸。隨著社會的不斷發展進步，人類對空間的依賴也越來越嚴重。比如，通過空間的衛星實現通信、導航、偵察、預警、監視、氣象預報、資源勘查，通過空間開發獲取地球上越來越緊缺的能源與各種資源，開展星際空間探測、空間旅游等等，大規模開發與利用空間的時代即將到來。

航天運載器是指往返于地球表面和空間軌道之間以及軌道與軌道之間，運輸各種有效載荷的運載工具的總稱，主要包括一次性使用運載器(ELV)和重復使用運載器(RLV)兩大類。一次性使用運載器如我國的“長征”系列運載火箭、“神舟”飛船等，重復使用運載器如航天飛機、空天飛機等。

若沒有航天運載器的支持，所有的航天器都不能進入空間。因此，航天運載器代表了一個國家進入空間的能力，是發展空間技術、開發空間資源和構建空間軍事能力的基礎。作為世界航天大國，我國航天運載器應該如何發展才能適應未來形勢的需要?本文提出了初步的看法。

我國航天運載器的成就與現狀

中國航天運載器的發展起步于1956年10月，現有航天運載器主要是以“長征”運載火箭為代表的一次性使用運載火箭。1970年4月24日，“長征一號”運載火箭發射成功，將中國的第一顆人造衛星送入軌道，這是中國航天運輸系統發展的重要里程碑。

經過30多年的發展，我國“長征”系列火箭已經發展成為由十幾種型號組成的大家族，具有進入地球近地軌道、太陽同步軌道、地球同步轉移軌道等多種軌道的能力，入軌精度達到國際先進水平。目前“長征”運載火箭低地球軌道(LEO)運載能力達到9．5噸，地球同步轉移軌道(GTO)運載能力達到5．2噸，太陽同步軌道(SSO)運載能力達到6．1kgb，能夠承擔國內大中小型有效載荷的發射任務，并進入了國際衛星商業發射市場。

“神舟”飛船成功發射，使我國成為繼美國和俄羅斯之后的第三個載人航天大國，與一次性火箭相結合，使我國具備了天地往返的人員與貨物運輸能力。現有的載人飛船都是一次性使用的，還不能像飛機一樣重復使用。

我國航天運載器的未來發展重點

我國航天運載器未來的發展重點是什么呢?應該從兩方面考慮：一方面是軍用、民用和商業發射對運載器的需求，另一方面是航天運載器自身的技術發展方向和趨勢。初步分析，我國航天運載器的未來發展重點是：

新一代運載火箭

我國在《中國的航天》白皮書中明確提出，要“全面提高中國運載火箭的整體水平和能力。開發新一代無毒、無污染、高性能和低成本的運載火箭，建成新一代運載火箭型譜化系列，增強參與國際商業發射的能力”。新一代運載器的研制將大幅度提高我國一次性使用運載火箭的技術水平，使之達到現在美國“德爾它4”、“宇宙神5”等改進型一次性使用運載火箭(EELV)的水平，基本滿足未來較長時間內國家對空間運載能力和國際衛星商業發射市場的需要。

新一代運載火箭將采用無毒、無污染推進劑，并降低成本、提高可靠性與火箭整體性能。相對現有火箭，新一代運載火箭的運載能力將有很大的提高：地球同步轉移軌道運載能力提高到14噸，低地球軌道運載能力提高到25噸。

我國將加快新一代運載火箭的研制步伐，預計在2012年左右將實現首次飛行：按照“三化”(系列化、規范化、組合化)的要求，構建型譜化系列：并為發展我國第一代重復使用運載器技術奠定基礎。

重復使用運載器

昂貴的發射成本(每千克有效載荷的入軌價格)是制約大規模空間開發的重要因素。現有運載火箭的發射成本基本上都在10000美元／千克以上，載人飛船的成本更高，一次性使用運載火箭不可能大幅度降低發射成本。同時采用重復使用技術也是解決運載火箭在發射過程中產生空間垃圾的一個重要途徑。因此，從上世紀五六十年代開始，國外就開始探索通過運載器的重復使用來降低發射費用。

重復使用運載器(RLV)通過提高運載器本身的可靠性，利用“多次重復使用、費用均攤”的優勢，可成數量級地降低發射費用。根據國外預測，第二代RLV的發射費用將降到2000美元／千克，第三代RLV的發射費用將降到200美元／千克。另外，采用新的設計理念和先進的發射方式，RLV還能縮短發射周期、提高發射的機動靈活性。

經過幾十年的發展，RLV被公認為航天運載器未來發展的重要方向，“廉價、快速、機動、可靠”是RLV發展的長遠目標。但是與一次性火箭相比，RLV面臨著高超音速再入飛行氣動力／氣動熱、防熱系統、可重復使用先進發動機、再入返回控制等一系列關鍵技術難題。國內外發展RLV的成功經驗是：首先突破以上關鍵技術并進行飛行演示驗證，然后再進行工程研制。

我國從上世紀80年代跟蹤航天飛機開始，一直在開展RLV技術的研究。我國的RLV基本發展思路是：充分考慮我國航天航空技術的基礎和特點，確定切實可行的發展目標：充分利用現有技術成果，降低風險和成本，從部份重復使用運載器起步，然后是完全重復使用，先多級入軌重復使用，后單級入軌重復使用。我國近期的RLV研究，首先是開展關鍵技術探索，飛行演示驗證是重要的手段。

重型運載火箭

空間探測是未來航天活動的重要內容，我國已經啟動了“嫦娥”繞月探測工程。我國現有的運載火箭能夠滿足繞月探測任務的需要。發射“嫦娥一號”探月衛星選用的是“長征三號甲”運載火箭。

但是，考慮到長遠期我國空間探測還要向載人登月、建立月球基地以及其他大型深空探測等任務方向發展，需要運載火箭提供更大的運載能力。在載人登月的初期可以在新一代運載火箭基礎上，采用“人貨分離、軌道組裝”的方式實現載人登月。在遠期要建立大型月球基地時，需要在新一代運載火箭基礎上發展低地球軌道運載能力在百噸級的重型運載火箭。

發展重型運載火箭，首先要研制推力為數百噸力級的大型液體火箭發動機，由此類大型發動機組合形成起飛推力將達到3000噸力級的規模。