中國的運載火箭能否趕超馬斯克

謝智華 王哲

今年2月，美國人馬斯克用運載火箭將一輛特斯拉汽車送上太空，引發了全世界的廣泛關注。作為“同行”，密切關注這一事件的十三屆全國人大代表、中國航天科技集團有限公司第六研究院院長劉志讓在今年全國兩會期間接受本刊記者采訪時表示，與馬斯克的運載火箭相比，中國在很多方面未遑多讓。

劉志讓表示，作為我國新一代大推力火箭的代表作，長征五號火箭的近地運載能力是25噸，已經具備一次運送一個核心艙進入太空的能力，也就是相當于具備一次將十幾臺特斯拉送往太空的能力，但要大幅提升我國進入空間能力、載人登月和深空探測等航天強國硬指標，應盡快立項并研制重型火箭。

重型火箭是航天強國的基礎

“要實現‘2030年躋身世界航天強國行列、2045年全面建成世界航天強國的目標，中國需要推力更強的運載火箭來自由進入太空，重型運載火箭是航天強國建設的重要支撐，也是大規模利用空間資源的基礎和開展深空探測的前提，希望國家對以重型運載火箭為代表的新型動力研發給予更大的支持力度。”劉志讓對本刊記者說。

目前，我國正在研制的長征九號是新一代重型火箭，其地面推力達到3000噸以上、近地運載能力100噸以上，起飛推力和近地運載能力兩項指標都超過了太空探索公司的獵鷹重型火箭。而大推力、單臺泵的發動機布局，大大提升了火箭的可靠性，未來，我國還將研制推力更大的重型火箭，可以滿足我國未來載人登月、火星探測和后續深空探測需求。

劉志讓介紹，目前我國有30%的航天技術指標達到國際一流水平，根據中國航天科技集團的戰略部署，到2020年，我國力爭實現在軌航天器數量超過200顆，年發射30次左右，超越歐盟，基本達到世界航天強國水平。到2030年，力爭將這一數字提升至60%，使我國超越俄羅斯，躋身世界航天強國前列；到2045年，部分重點領域比肩美國，全面建成航天強國。

呼吁國家設立航天液體動力重大專項

劉志讓在今年全國兩會上呼吁國家設立航天液體動力重大專項，加大共性基礎技術研究，創建信息化、數字化條件下技術創新和研制制造能力；盡快啟動重型運載火箭研制立項和發動機工程研究，加大對重復使用火箭動力、天地往返組合動力、新型空間動力等先進技術研究攻關支持力度，加快追趕超越步伐，率先實現航天強國的目標使命。

有句話說“火箭發動機推力有多大，中國航天的舞臺就有多大”。航天液體動力是航天事業的核心之一，是航天裝備的心臟，是太空活動的重要基礎和保障。“通過對標分析，我們提出了中國航天液體動力在提高核心技術指標、深化基礎理論研究等方面的研究思路：第一，提高技術創新能力和研制能力。通過航天液體動力專項實施，加大共性基礎技術研究，提高信息化、數字化條件下的技術創新和研制能力，補短板、除隱患，筑牢研發創新和生產制造根基，穩定產品性能，提升質量與可靠性水平，切實推動我國航天液體動力技術向世界一流水平邁進。第二，加大液體火箭發動機前沿技術研究。盡快啟動重型運載火箭發動機工程研究，加大對重復使用火箭動力、天地往返組合動力、先進空間動力等先進技術攻關的支持力度，有效支撐航天強國建設的后續任務。”劉志讓對記者說。

劉志讓介紹，我國現在研發的新型火箭的發動機為三型新研制發動機，500噸級液氧煤油發動機、200噸級和25噸級液氧液氫發動機，分別用作重型火箭的一、二、三級。三型發動機的推力、比沖等核心指標均達到國際一流水平。500噸級發動機是我國現役發動機最大推力的4倍以上，現階段已完成了發動機核心組件冷熱試驗證，并開展半系統級熱試驗，2018年可完成工程樣機裝配，如果立項成功，預計2020年前具備整機試車條件，2028年前完成發動機的全部研制工作，助推2030年重型運載火箭的首飛，為大幅提升我國進入空間能力、載人登月和深空探測等航天強國硬指標提供有力支撐。

據介紹，目前我國正在進行相關領域關鍵技術攻關和方案深化論證工作，各項工作進展順利。發動機研制中進行了多項創新，不僅性能指標達到國際一流水平，在研制流程上，形成了數字化研制模式，實現了設計、制造和驗證等流程優化；在研制手段上采用了大量仿真技術和智能化理念；在制造工藝上，采用了新材料和3D打印等新的技術成果。

火箭回收技術中國也不差

馬斯克除了將汽車送入太空之外，還進行了多次火箭中央助推器的回收實驗，被很多網友稱為“黑科技”。對此劉志讓分析說，回收火箭技術費效比、風險性因素都得綜合考慮。火箭的可控回收是重復使用的先決條件，主要有三種回收途徑，傘降、動力反推垂直下降、滑翔飛行器水平降落。國外從上世紀70年代以來提出重復使用運載器計劃，持續開展火箭回收技術研究，例如美國“三角快帆”計劃驗證了火箭垂直起降、懸停、橫向移動等技術，為垂直回收積累了豐富的經驗。在此基礎上，美國藍源公司（Blue Origin）和太空探索公司（SpaceX）先后實現了亞軌道飛行器和運載火箭一級的垂直回收與復用，引發了航天界廣泛的關注。

其實，早在“十一五”期間，中國就開展了液氧煤油發動機可重復使用技術的探索和研究，突破單臺發動機不下臺連續熱試車、大范圍推力調節等關鍵技術。進入“十三五”以來，我國也加快可重復使用運載器的研究力度，制定了發展規劃，并提出重復使用動力的研究計劃。

劉志讓介紹，我國針對三種火箭回收技術均已開展研究工作，并制定詳細的發展計劃和節點，但是尚未開展飛行驗證。其中動力反推垂直下降方案要求火箭主動力具有多次起動能力、大范圍變推力能力，滿足回收過程中火箭減速、小沖擊等需求，技術難度較大。近期針對該回收方案要求，航天六院開展了液氧煤油發動機的改進研究，例如增加起動次數、提高推力變化范圍等，以滿足總體飛行驗證需求，實現火箭一級的回收與重復使用。后續針對完全重復使用運載火箭、水平起降天地往返運載器的使用需求，我們將開展重復使用液氧甲烷發動機、組合循環發動機的研究工作，分別實現中期一、二級火箭重復使用，遠期水平起降重復使用運載器服役的規劃目標，推動重復使用航天運輸領域的產業化運行。預計2025年前后實現落區可控回收、部分重復使用等目標。2030年實現完全重復使用火箭動力兩級運輸系統的工程應用。

針對水平起降重復使用天地往返飛行器，也就是大家俗稱的“空天飛機”的研發情況，劉志讓表示，空天飛機確實能夠帶來航天運輸方式的變革，但其最關鍵的問題還是在動力上，而這方面的研制難度很大，要想真正研制空天飛機，需要國內各方優勢力量聯合攻關才能發展更快。目前，經過前期大量探索，航天六院在組合動力方面技術思路逐步聚焦，試驗設施不斷完善，部分技術已得到充分驗證，已形成完整的研制策劃和發展路線圖。未來，在組合動力領域，航天六院期望聯合國內其他優勢科研力量共同推進研究工作。

深空探測肩負重要使命

在未來中國將會開展的載人登月、火星探測、空間站建設等重大工程研究工作中，航天六院也肩負重要使命。

劉志讓介紹，在空間飛行器動力方面，航天六院研制了空間化學推進產品系列：以490N發動機為代表的高性能衛星遠地點發動機，以7500N變推力發動機為代表的大范圍推力調節發動機，以2500N發動機為代表的神舟飛船變軌發動機，以及各種空間姿態控制發動機。航天六院還同步開展了空間電推進技術的研究和攻關，霍爾電推進系統具備工程應用條件。

在載人登月、火星探測等未來航天任務研究中，航天六院還將研制新的空間發動機，開展環境適應性研究，滿足月球、火星表面軟著陸及起飛任務需求；同時開展低溫推進劑在軌貯存技術研究，力爭實現高性能液氧液氫發動機空間長期駐留和可靠工作。同時，開展大功率空間電推進系統、空間核熱動力等新型動力的研究，以適應火星探測等深空探測任務需求。