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过度降低成本、简化结构——“或是”日本H3火箭首飞失败原由

发布时间:2023-03-08 11:21:33 所属栏目:外闻 来源:
导读:要说到H3,我们必须要说说日本退役的H2B发射系统,作为此前日本运载力最强、也是直接对标我国当前运载力最强长征5号运载火箭的中大型运载火箭,H2B运载火箭虽然最大起飞重量不到600吨,但其近地轨道最大运载力仍然达到

要说到H3,我们必须要说说日本退役的H2B发射系统,作为此前日本运载力最强、也是直接对标我国当前运载力最强长征5号运载火箭的中大型运载火箭,H2B运载火箭虽然最大起飞重量不到600吨,但其近地轨道最大运载力仍然达到了16.5吨,并且其超过5.2米的发射直径也使得其能够兼容发射货运飞船等大型航天器。

可以说从运载火箭的性能来说,H2B已经当之无愧位列全球先进运载火箭队列,但在其身上最大的缺点和不足就是,H2B运载火箭由于采用大量先进技术,其单次发射成本高达1.5亿美元。这样的表现放在军用卫星发射上不成问题,但随着全球商业航天市场的崛起,全球诸多具备航天发射的国家,都想分一杯羹,包括我国都专门基于长征7号基础上,专门研制了长征8号商业火箭,同时还开发了包括 Cetron系列等多款固体商用火箭。

之前的H2B运载火箭,之所以发射成本高,主要原因就在于其生产成本高,而造成H2B运载火箭制造成本高的原因,又在于其采用的氢氧火箭发动机技术复杂,生产、检测成本高。比如其芯一级装备的LE-7A氢氧火箭发动机,喷管采用了生产、检测成本非常高的再生冷却喷管设计,同时包括芯二级的LE-5B-2氢氧火箭发动机,也采用了再生冷却管道设计。

所以对于新的H3运载火箭而言,要想将发射成本降低到预期的6000万美元左右,最简单的方式就是优化发动机结构、降低生产成本,比如H3运载火箭芯一级,采用了推力更大的LE-9氢氧火箭发动机,该发动机的推力更大的优势,除了能够降低捆绑发动机数量降低火箭生产成本外,其发动机喷管也放弃了H2B使用的LE-7A的再生冷却喷管技术,改为成本更低的气膜冷却技术降低生产成本。

而芯二级采用的LE-5B-3发动机是在H2B芯二级的LE-5B-2基础上优化结构而来的,最大的改变就是降低结构难度、增加可靠性。比如为了降低生产成本,之前H2B装载的LE-5B-2为了提升火箭发动机比冲,液氢从燃料箱抽出进入燃烧室之前,会提前进入喷管内壁的细管内预热和为发动机喷管降温,这样在膨胀循环模式加持下,其比冲更高。但这样的设计需要特级技工耗费上千小时、将上千米几毫米粗的金属细管焊接成一个整体,除了生产效率低外,最大的缺点就是生产成本高昂。

但LE-5B-3取消了发动机喷管再生冷却设计,虽然能够降低成本,但对于-253度的液氢和-183度的液氧而言,两个温度都特别低的燃料混合后,想要立即点燃的稳定性就不是很高,特别是在二级火箭发动机点火时,外界气压、温度已经更低的情况下,想要成功点火更难。

其实日本H3运载火箭首飞失败,最根本的原因在于日本虽然已经具备LE-7、LE-9这种百吨级以上的大推力氢氧火箭发动机量产技术,但这些技术都是美国为其提供的,日本并未彻彻底底的掌握全部核心技术。比如仔细看奠定日本先进液体火箭技术的H2B运载火箭,无论是超过5米的箭体直径,还是芯一级和芯二级采用的LE-7A和LE-5B-2氢氧火箭的再生冷却技术,其实都来自美国德尔塔运载火箭技术,比如再生冷却喷管技术,就是来自德尔塔运载火箭芯二级的RL-10氢氧火箭发动机冷却喷管技术,所以二者结构非常相似。

 

(编辑:汽车网)

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