看来我国的登月火箭也有猛料

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中国载人登月火箭及其动力系统设想

2006年07月25日  
  
张小平 张贵田 刘占国 陈建华
陕西动力机械设计研究所,陕西 西安 710100

摘要

  月球是距离地球最近的星球,月球的资源、能源与特殊环境将对人类社会的可持续发展作出重大贡献,21世纪航天发展的重点将是月球研究与开发。中国的长远设想分为“探、登、驻” ( “月球探测、载人登月、建立基地”)三步进行,第一步月球探测包括“绕、落、回”(发射月球卫星、月球车着陆、采集样品返回)三期计划,第一期绕月工程目前进展顺利,将于2007年实施,运载器为“CZ-3A” 运载火箭;第二、三期计划在2012~2017年实施,运载器为正在研制的新一代运载火箭。

  但是,与载人登月和建立月球基地的要求相比,中国现有和正在研制的运载火箭尚有较大差距。为此,本文提出研制重型运载火箭及其动力系统的的方案设想。中国载人登月重型运载火箭可采用三级半方案,起飞质量约2800吨,最大直径8m,奔月轨道(LTO)运载能力50吨。
  重型运载火箭动力系统中,二子级和三子级可采用新一代运载火箭的推力120吨级液氧煤油发动机和推力50吨级氢氧发动机。助推级和一子级采用新研制的大推力液体火箭发动机。大推力发动机是载人登月火箭动力系统的关键。该发动机应选择环保、廉价、高性能的液氧烃推进剂。动力循环方式中,补燃循环的性能比燃气发生器循环高近20%,因此发动机应选择补燃循环方式。

  中国的载人登月受制于运载火箭及其动力系统,考虑到动力系统的研制难度和研制周期,应开展方案论证和关键技术预研。

The Scheme of Chinese Manned Lunar Rocket and its Propulsion System
Zhang Xiaoping ,Zhang Guitian, Liu Zhanguo ,Chen Jianhua
(Shaanxi Power Machine Design and Research Institute ,Xi’an 710100,China)

Abstract

The moon is the nearest celestial body to the earth. The resources, energy and special environment on the moon will contribute greatly to sustainable development of human being. Exploration of the moon will be the main task of aerospace industry in 21’st century.

The long-term scheme of Chinese lunar mission consists of three steps which are lunar exploration, manned lunar landing and base construction on the moon. The first step includes three stages which are lunar satellite launching, the moon vehicle landing and sample collected returning. The first stage project has developed smoothly up to now and will be accomplished in 2007. LM-3A will be the launch vehicle. The second and the third stage project will be processed in 2012~2017. The new generation rocket now under developing will be used as the launch vehicle.

However, the payload of Chinese existing and in developing rocket can not meet the mission of manned lunar landing and base establishing. Therefore, the scheme of developing heavy carrier and its propulsion system is proposed in this paper.

China manned lunar rocket can employ a 3.5 stages concept, with a launch mass about 2800 tons, maximum diameter of 8m, and the payload capability of lunar transfer orbit of 50 tons. For the manned lunar rocket, the second stage and the third stage can use 1200kN LOX/kerosene engine and 500kN liquid hydrogen/LOX engine respectively. Booster stage and the first stage use newly developed large thrust liquid rocket engine.

Large thrust engine is the key to manned lunar rocket propulsion system. The engine is suggested to use environmentally friend, cheap and high performance LOX hydrocarbon   propellant. The performance of staged combustion cycle is about 20% higher than the gas generator cycle, therefore the staged combustion cycle is the best choice for the engine.

The project of manned lunar mission in China is largely depended on rocket and its propulsion system. Key technique development of manned lunar rocket should be performed in advance.

Key words:Lunar Rocket;Propulsion;Engine;Power Cycle中国载人登月火箭及其动力系统设想

2006年07月25日  
  
张小平 张贵田 刘占国 陈建华
陕西动力机械设计研究所,陕西 西安 710100

摘要

  月球是距离地球最近的星球,月球的资源、能源与特殊环境将对人类社会的可持续发展作出重大贡献,21世纪航天发展的重点将是月球研究与开发。中国的长远设想分为“探、登、驻” ( “月球探测、载人登月、建立基地”)三步进行,第一步月球探测包括“绕、落、回”(发射月球卫星、月球车着陆、采集样品返回)三期计划,第一期绕月工程目前进展顺利,将于2007年实施,运载器为“CZ-3A” 运载火箭;第二、三期计划在2012~2017年实施,运载器为正在研制的新一代运载火箭。

  但是,与载人登月和建立月球基地的要求相比,中国现有和正在研制的运载火箭尚有较大差距。为此,本文提出研制重型运载火箭及其动力系统的的方案设想。中国载人登月重型运载火箭可采用三级半方案,起飞质量约2800吨,最大直径8m,奔月轨道(LTO)运载能力50吨。
  重型运载火箭动力系统中,二子级和三子级可采用新一代运载火箭的推力120吨级液氧煤油发动机和推力50吨级氢氧发动机。助推级和一子级采用新研制的大推力液体火箭发动机。大推力发动机是载人登月火箭动力系统的关键。该发动机应选择环保、廉价、高性能的液氧烃推进剂。动力循环方式中,补燃循环的性能比燃气发生器循环高近20%,因此发动机应选择补燃循环方式。

  中国的载人登月受制于运载火箭及其动力系统,考虑到动力系统的研制难度和研制周期,应开展方案论证和关键技术预研。

The Scheme of Chinese Manned Lunar Rocket and its Propulsion System
Zhang Xiaoping ,Zhang Guitian, Liu Zhanguo ,Chen Jianhua
(Shaanxi Power Machine Design and Research Institute ,Xi’an 710100,China)

Abstract

The moon is the nearest celestial body to the earth. The resources, energy and special environment on the moon will contribute greatly to sustainable development of human being. Exploration of the moon will be the main task of aerospace industry in 21’st century.

The long-term scheme of Chinese lunar mission consists of three steps which are lunar exploration, manned lunar landing and base construction on the moon. The first step includes three stages which are lunar satellite launching, the moon vehicle landing and sample collected returning. The first stage project has developed smoothly up to now and will be accomplished in 2007. LM-3A will be the launch vehicle. The second and the third stage project will be processed in 2012~2017. The new generation rocket now under developing will be used as the launch vehicle.

However, the payload of Chinese existing and in developing rocket can not meet the mission of manned lunar landing and base establishing. Therefore, the scheme of developing heavy carrier and its propulsion system is proposed in this paper.

China manned lunar rocket can employ a 3.5 stages concept, with a launch mass about 2800 tons, maximum diameter of 8m, and the payload capability of lunar transfer orbit of 50 tons. For the manned lunar rocket, the second stage and the third stage can use 1200kN LOX/kerosene engine and 500kN liquid hydrogen/LOX engine respectively. Booster stage and the first stage use newly developed large thrust liquid rocket engine.

Large thrust engine is the key to manned lunar rocket propulsion system. The engine is suggested to use environmentally friend, cheap and high performance LOX hydrocarbon   propellant. The performance of staged combustion cycle is about 20% higher than the gas generator cycle, therefore the staged combustion cycle is the best choice for the engine.

The project of manned lunar mission in China is largely depended on rocket and its propulsion system. Key technique development of manned lunar rocket should be performed in advance.

Key words:Lunar Rocket;Propulsion;Engine;Power Cycle
Saturn V兄该出场了;P
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这里的发言跟CD里那个在长5基础上搞40吨LEO火箭然后合体奔月的设计的意义差不多……
我的感觉,无人登月工程完成时,如果不能马上接着上人,任何一个国家的政府都不会批的。
中国的载人航天己进入轨道交会和空间实验室、空间站的阶段了,但如果从明年开始上大推项目,我算他两三年能进行首次试飞,那己经是2011、2012年了。
就算大推从2011年起又打空间实验室、又打空间站、还有望远镜、进行月球无人工程、......,我算他一年能打两发,到2018年完成月球无人工程就是八年时间,顶多就打过十八发的大推,你敢就用他开始载人登月工程吗?
就算象神舟一样第五艏上人,让第六艏登月飞船实施载人登月工程,大推才打第二十四发,上人,你敢吗?
我知道你敢,但我相信TG不会冒这个险。
长二的芯一二级发展成各种捆绑式和长三、长四,共打了56发,捆绑的助推器也是打了几十支,积累了如此丰富的使用经验,达到如此就的可靠性,TG才敢让长二的芯级和助推器来上神一。
我不相信会在大推未能积累够足够的使用经验,未达到足够高的可靠性时就让他来上载人登月工程。
当然,从长远的航天应用上来讲,大推一定是必要的。
但载人登月,我认为并非非大推不可,而且我相信TG的前十次载人登月一定不会用大推!
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又看到张贵田院士
原帖由 H2SamHon 于 2008-10-26 21:47 发表
我的感觉,无人登月工程完成时,如果不能马上接着上人,任何一个国家的政府都不会批的。
中国的载人航天己进入轨道交会和空间实验室、空间站的阶段了,但如果从明年开始上大推项目,我算他两三年能进行首次试飞,那 ...

这还不够?  阿波罗11号之前土星5号打了几发?:L
直径8吨,这是能源号的芯级呀。
搞成能源号那样吧,把载荷绑在侧面。
登月版本则是旁边直接绑一根长五。
貌似能源火箭准备复出了。
看这个。
三级半的是农神5.;P ;P
土星5是标准3级火箭。
原帖由 zyz201 于 2008-10-26 21:58 发表

这还不够?  阿波罗11号之前土星5号打了几发?:L

那是什么样的年代?
加加林能活着回来是一个奇迹,但苏联人就是在只能依靠奇迹的情况下把活生生的加加林给打上去了......
苏联人可以不待气闸舱和航天服各项试验完成就匆忙出舱,宇航员几乎回不来......
美国人也好不到哪里去,水星舱也收回过三条尸体......
土星五是够牛的,而且阿波罗13号的失败也不关他的事,但如果不是苏联人主动投降,可以犯阿波罗13号这样低给错误的美国载人登月工程如果继续下去的话,星箭俱焚的命运他是绝对逃不了的。
土星五没打几发就上人而且没出事,只能说他碰上了和加加林一样好的运气。

没有足够多的试验去纠正设计中的缺陷并进行改善,就这样没有足够可靠性的系统,离开了那个年代,你看美国人现在还会这样吗?
我相信TG不会冒这个险。
如果你想看这种靠奇迹搞航天的话,我看你注目阿叉就行了,一定能让你看到的。
原帖由 cmj9808 于 2008-10-26 21:50 发表

不是LEO50吨而是LTO50吨,发射重量2800吨,整个就是一个中国版土星5。
不过2800吨是不是有点低了,使用氢氧机J-2做第二级的土星V发射重量甚至超过3000吨,看来第一级的比冲比F1要高不少


按6院公布的估算性能,5000kN级高压补燃发动机的Isp(地面)要比F-1高出近40s...
看这个文章谈的也只是设想, 结尾是在建议开展技术预研, 这就太遥远了, 只是个设想而已。
希望在决策方面能够果断,现在的载人航天计划是九十年代初制定的,那时空间站就是各国最高发展方向,现在各国对空间站热情消褪,重返月球划分势力范围成为新的热点,如果还因循守旧不能变通将是非常可怕的。
原帖由 bombers 于 2008-10-26 21:10 发表
仅仅是设想而已,煤油液氧我们吃得比较透,现在好像有高推的预研,不过上头不怎感兴趣,不肯给钱,搞得专家们很无奈


张院士应该大声疾呼,若不加大投入、不久中国甚至要被印度赶超了:D
原帖由 aliasmaya 于 2008-10-26 22:50 发表


按6院公布的估算性能,5000kN级高压补燃发动机的Isp(地面)要比F-1高出近40s...

5吨推力的液氧煤油么,这哪儿能用得上呀……
要经费时,一定要bkc,越白越好:D :D :D ;P ;P
美帝负责要经费的人不也是越红越好么……
一样一样的
弄那么麻烦干什么
把7发 长征2号 捆到一起就能直接到月球轨道了。
7发长2捆,LEO也不过70吨,LTO30吨就不错了吧。

不过,真登月我还是喜欢渡船号方案,不用考虑回归设计上可以精简很多,而且可以多次使用,需要宇航员在空间站换乘罢了。
原帖由 aliasmaya 于 2008-10-26 22:55 发表


张院士应该大声疾呼,若不加大投入、不久中国甚至要被印度赶超了:D

高层脑子有问题,又不是没钱,这个东东不是一两天能出来的,搞出来不用也行呀,大不了放着,就怕到时候要用就忙不迭的去研制,更航空发动机一个鬼样子!!
原帖由 百臂巨人 于 2008-10-26 23:19 发表
7发长2捆,LEO也不过70吨,LTO30吨就不错了吧。

不过,......。

算错了,“七发长二”捆在一起,LEO才35吨。
“七发长二捆”除了七支长二芯级,还有二十八支助推,弄不到一块的。
而且外围六支排得太满也不好搞。
对于长二芯级这个好东西,能在一支芯级外围排上四支,有“五发长二”捆在一起,LEO就有25吨。
25吨的LEO,十几年之内够用,而且也有足够时间去搞大推了。
25吨跟长5重复了呀,也就没意思了。
下次来捆5根3米助推级的看看
这总推力还超过长征5最大型呢
原帖由 百臂巨人 于 2008-10-27 01:39 发表
25吨跟长5重复了呀,也就没意思了。
下次来捆5根3米助推级的看看
这总推力还超过长征5最大型呢

那就让长五慢慢来,一次到位搞大一点的。
长二挖潜能做到的就没必要浪费,长二争取到时间就可以让长五做得更大更好嘛。
先把120吨的发动机提高到150吨,然后学毛子,并联四台,这样就有600吨了
然后搞个100吨级的高压补燃氢氧发动机
以600吨发动机为基础开发一个4米直径的箭体,作为助推器和新一代火箭的第一级
4台100吨氢氧发动机,搞一个6米的箭体,作为芯级
来个能源缩水版
就是研究院想上500吨推力的液氧甲烷发动机罢了
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SaturnV要计算一下获得同样的LEO能力时固体火箭要比液体的浪费多大推力才对!!;P
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原帖由 aliasmaya 于 2008-10-27 12:37 发表


估计YF100应具备大范围工况调节的能力(文献介绍是要实现50%~110%),如果1170kN是地面额定推力,那它的最高真空推力离150t也就不远了。更乐观的推测,YF100或许继承了苏制高压补燃发动机的裕度特色,跑到120%以 ...

YF100本来就由RD120放大而来,推力裕度恐怕已所剩无几
另外以tg一贯保守,等长5上天后再让发动机技术停滞个十多年也说不定:D
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原帖由 SaturnV 于 2008-10-27 12:16 发表

可以。不过为了公平起见,超级能源的助推器要减到2台,和战神5一样。要不就把战神5的5段式RSRB增加到8台,和超级能源一样。在助推数量相等的情况下比较才公平,数量优势、人海战术,不算本事。
还有,战神5的芯级 ...

有本事就比推力大小,别一看推力无法超越RSRB就转移话题谈比冲!------------------------------------------------------------------------------------火箭是比运载能力的,别光看推力,有本事就比达到同样的运载能力谁用的推力最小,这才能看出谁的效率高来!!;P
以我们现在的能力来看恐怕还要个10-20年左右才行!
原帖由 aliasmaya 于 2008-10-27 12:37 发表


估计YF100应具备大范围工况调节的能力(文献介绍是要实现50%~110%),如果1170kN是地面额定推力,那它的最高真空推力离150t也就不远了。更乐观的推测,YF100或许继承了苏制高压补燃发动机的裕度特色,跑到120%以 ...

用YF100为基础开发大推力发动机可以最大限度的利用已有的生产线,起码燃烧室什么的是现成的,大功率燃料泵也可以考虑引进毛子的技术。这样无论是经费和风险都能更低些。
100吨的氢氧发动机也可以在YF100的基础上开发,毛子就在NK-15和NK-33的基础上开发过氢氧发动机,虽然性能比专门开发的要低些,但对TG来说是个很省事的法子
原帖由 raymiao007 于 2008-10-27 13:33 发表
以我们现在的能力来看恐怕还要个10-20年左右才行!

不是能力不够,是条件限制。
你看看世界主要火箭的对比图,就我们的火箭最瘦。
只要我们的火箭也胖起来,发动机不是问题,推力更不是问题。
我们的火箭不能变胖,是受制于火车隧道,而不是发动机。
这也是文昌发射场呼声和期望如此高的原因
倒,谁规定了火箭一定要用火车运