重型火箭：攻其艱險 攀越高峰

近期，在第十二屆中國國際航空航天博覽會上，中國重型運載火箭作為中國新一代運載火箭中的重要一員與公眾見面。

實施重型火箭研制計劃，究竟意在何處？重型火箭作為化學(xué)推進運載火箭的巔峰之作，其研制難在何處？

航天界有一個共識，那就是“運載火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大”。這句話生動形象地闡述了運載火箭與太空探索之間的邏輯關(guān)系，清晰地說明運載火箭作為太空探索活動基礎(chǔ)和前提的重要性。

其實，發(fā)展重型火箭有三大驅(qū)動力。

動力之一是來自探索浩瀚宇宙的認(rèn)知驅(qū)動力。人類總是在夢想探索無窮無盡的宇宙奧秘，總想走向更深更遠(yuǎn)的太空，無論是載人登月、載人登火，還是建設(shè)月球基地、深空基地，如果我們期望實現(xiàn)更大規(guī)模的進入太空，重型火箭就是一種可行或者說唯一的解決方案。

動力之二是來自實現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動力。重大工程帶動技術(shù)進步，重大技術(shù)進步反過來又促進重大工程發(fā)展，重型火箭將促進航天技術(shù)全面升級，帶動新設(shè)計、新材料、新工藝、新制造、新器件等各行業(yè)技術(shù)進步。

動力之三是來自解決重大問題的現(xiàn)實驅(qū)動力。當(dāng)前，各個國家提出了多種重型火箭應(yīng)用場景，概括起來主要包括：空間太陽能電站和小行星采礦等能源再生場景、火星移民等新生存環(huán)境場景、天基發(fā)射等科學(xué)探索場景，這些應(yīng)用場景均是面向未來的現(xiàn)實問題，如果現(xiàn)在不考慮解決方案，等到若干年后可能就真的拿不出解決方案了。

重型火箭被稱作“火箭之王”。何謂重型火箭？一般情況下，近地軌道運載能力在50 噸級及以上的運載火箭為重型運載火箭。其研制難度大已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識。由于運載能力大幅增加，重型運載火箭在研制中會遇到很多小型、中型及大型運載火箭所沒有遇到的問題。

一是大動力問題。發(fā)動機是運載火箭提供進入空間的動力，重型運載火箭起飛規(guī)模一般在2000～4000 噸左右，這就要求基礎(chǔ)級發(fā)動機需要提供3000～5000 噸以上的動力，幾百噸級別的大推力發(fā)動機研制勢在必行。研制過程中大推力火箭發(fā)動機的燃燒不穩(wěn)定性、大功率渦輪泵、高壓預(yù)燃室等每一個都是難關(guān)，非經(jīng)歷艱難險阻難以實現(xiàn)。

二是大結(jié)構(gòu)問題。由于運載能力、箭體直徑、載荷、火箭長細(xì)比之間的耦合關(guān)系，重型火箭的箭體直徑一般在10 米左右。而且火箭結(jié)構(gòu)需要解決輕質(zhì)量與高效率之間的矛盾，要求用極輕的結(jié)構(gòu)質(zhì)量承載更大的載荷。因此，在重型火箭研制中，大結(jié)構(gòu)問題相當(dāng)突出。大結(jié)構(gòu)將帶來一系列與設(shè)計、材料、工藝、工藝裝備等有關(guān)的新問題和關(guān)鍵制造技術(shù)。與大結(jié)構(gòu)直接相關(guān)聯(lián)的還有火箭運輸和發(fā)射問題，運輸方案制定、發(fā)射場選址、發(fā)射方式選擇都將成為工程實施中必須解決的難題。

三是大試驗問題。運載火箭需要試驗科學(xué)和試驗技術(shù)相結(jié)合，地面試驗越充分，火箭飛行越可靠。但是，面對10 米左右直徑、百米左右高度的龐然大物，如何完成動特性獲取、整流罩分離、助推器分離、動力系統(tǒng)試車等重要的試驗考核項目成為重要難題。傳統(tǒng)的實物試驗驗證似乎遇到了關(guān)卡，所以新的虛擬試驗、數(shù)字試驗將成為解決問題的關(guān)鍵途徑。

除大動力、大結(jié)構(gòu)、大試驗三大難題之外，在重型火箭研制中還有可能遇到一些以前不曾遇到或者曾經(jīng)解決但是面臨新情況的機理問題。

因此，對于重型運載火箭研制者來說，不畏其難、不畏其險，攻其艱難險阻方可攀越高峰。