中美重型火箭大比拼,长征九号和SLS哪个更牛?

2.概念设计

SLS更注重节省设计和生产成本,尽可能使用现成的技术和部件。美国最辉煌的航天成就是航天飞机,虽然造价昂贵,故障事故也不少,但说它的先进水平领先其他国家几十年也不为过。航天飞机发动机是迄今为止世界上最先进的发动机。由于飞船是可重复使用的,它的很多设备,尤其是发动机,还可以正常使用,放在博物馆里就太浪费了。SLS之所以设计成现在这个样子,是为了利用好航天飞机计划中保留的发动机,尤其是16200吨液氢和液氧发动机,足够SLS发射四次。

固体助推器也是直接使用航天飞机方案,根本不需要重新研制。正是使用这些成熟的发动机,才让美国大大缩短了新型导弹的研制和生产周期。后期库存消耗完后,他们会使用液体发动机加装固体助推器的改良版,这也为新发动机的研发提供了一定的缓冲期。其中,发动机必须进行现代化改造,在提高性能的前提下尽可能降低生产成本。当然,美国之所以如此急于发射这枚火箭,也是迫于前总统特朗普重返月球的计划,本来是想在特朗普的第二个任期内发射的,没想到特朗普没有.有第二个任务。

相对而言,中国的长征九号历史包袱更小,工作压力也更小,在设计方案的选择上更加轻松自由,更注重新理念的落地。长火星九号经过多次设计评审,最终选择了多引擎并联的回收方案,这一方案的可行性得到了美国SpaceX公司的证实。选择这种方案的好处是,通过多台电机的并联,可以达到电源冗余的效果。火箭上的关键部件往往都有备份设置,也叫冗余计划,目的是一旦某个部件出现故障,备份可以及时弥补。仅电力系统难以实现冗余。

猎鹰9号火箭通过9台功率可调的液体发动机实现动力冗余,开创了动力冗余走向实用的先河。当一到三台发动机失效时,其他发动机提高推力水平,可以弥补发动机失效带来的动力损失,至少保证发射任务不会失败。长火星九号火箭计划采用24台发动机并联,如果按照20%的功率冗余计算,可以允许5台发动机同时失效,如果按照30%的功率冗余计算,可以允许。7-8台发动机同时发生故障。在这种情况下,按照中国现有的火箭发动机故障率,几乎可以保证长火星九号不会因为发动机故障而发射失败。当然,回收方案也需要考虑,电机重复使用后故障率会明显增加,20-30%的电源冗余可以有效增加电机的使用次数。

3、简单也是一种解决方法

在设计方面,SLS火箭更注重简洁、易操作、易升级。所谓简单就是用最少的电机实现最大的容量。我们都知道,火箭的发动机越多,就越难控制,失败的概率也越大。美国的土星五号第一级仅用了五台发动机就达到了世界上最强的运力,其运力水平在今天仍然难以超越。并解雇苏联N1Arrow,因为第一级使用了30个电机并联,控制难度大大增加,最后因为几次严重故障而被放弃。

从这一点来看,SLS第一级仅使用了4台并联的发动机,再加上两台固体助推器,一共6台发动机同时工作,在简洁性上仅次于土星五号。单从发动机数量来看,SLS甚至远不及容量小得多的长火星5,长火星5起飞时,一共10台发动机同时工作。长火星九号使用了24台发动机,而且都是并联连接在同一个火箭筒内,这对中国的火箭设计来说是一个很大的挑战。

毕竟中国以往所有的火箭,同一个火箭筒内至少有两台发动机并联,最多的不超过三台。不要低估这种变化。多台电机并联是火箭控制系统的一大挑战。一块芯片需要同时协调24台发动机,根据火箭的飞行状态和发动机当前情况,实时控制所有发动机的运行。相比于控制一个或两个发动机,程度难度的增加是显而易见的。虽然长火星五号有十个电机,但助推器往往有独立的控制单元,也就是说每个芯片只需要控制两个电机,难度要低很多。

且不说美国的航天芯片技术更先进,即使是同级别,SLS基级也只有4个电机并联,而中国的长火星9需要24个电机并联,控制难度还是有的.非常不一样也许有人会说,SpaceX不能控制更多的引擎吗?真的但需要说的是,一方面,SpaceX在猎鹰九号上已经有了非常成熟的发射经验,控制技术也更加成熟;另一方面,SpaceX敢于用民船来控制火箭,同时中国和美国官员只使用航天飞船来控制火箭。航天芯片的计算性能远不如民用芯片。

四、两国未来重型火箭的使用

SLS火箭升级的方向是发动机改进。目前的解决方案是使用现成的火箭发动机,都是成熟的火箭发动机。下一步是在现有基础上对每台发动机进行升级,以提高性能并降低成本。至少从设计上可以省下不少钱。

长征九号的升级方向是,可重复使用,绿色环保。首先使用250吨级的液氧煤油发动机,逐步升级成可重复使用发动机,进一步还可以替换成液氧甲烷发动机。长征九号的设计成本不一定比SLS低,但将来的使用成本一定会比SLS低,一方面是通过可重复使用来降低成本,通过改用液氧甲烷发动机进一步提高可重复使用次数,另一方面燃料成本也远远低于SLS。

这两种火箭都是重型运载火箭,将是未来十年主要的现役火箭。但是作品的设计还是不一样的。长火星9现在没有装备计划,也就是短期内不会有装备版本。主要工作是运送货物,除了运送货物到月球轨道外,最大的用途就是建造一个太空太阳能发电站,这个电站计划可以让火星龙九号有足够的工作量,不会留下来。闲置。

美国的SLS主要用于载人月球和火星探测,甚至是超大型太空望远镜和星际探测器的发射。值得特别关注的是星际探索,之前发射的航海者一号和航海者二号探测器飞到太阳系边缘用了几十年,未来很有可能发射速度更快的星际探测器。而人类可以更快地了解太阳系以外的空间环境。但如果想让飞机跑得更快,就需要火箭的容量足够大,给飞机足够强的助推力,显然,重型火箭是最好的选择。在应用方面,中国的重型火箭是新型太空基础设施的运载工具,兼顾太空探索,而美国的火箭则侧重于太空探索。

对比了半天,想起了小说《三体》中提到的未来科技。虽然大家都热衷于化学火箭的研发和能力的提升,但未来的发展方向应该是核动力和无推进剂的飞船,不知道这些飞船什么时候才能实现。

好吧,让我们比较一下。长征9和SLS你觉得哪个更强更靠谱,欢迎在评论区发表你的看法。返回搜狐,查看更多


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