当长征九号逐渐“星舰”化后，关于预研装备“下岗再就业”那些事

互推小编 2023-12-08

2023年4月20日，美国太空探索技术公司SpaceX公司的“超重·星舰”在得克萨斯州博卡奇卡基地进行了超重星舰的首次轨道级首飞。星舰点火发射后，一度达到39 km高度，但随后姿态失控，未能完成超重助推器与星舰的分离，最终在墨西哥湾上空自毁爆炸。为全球人们刷了一个有史以来最大的烟花。而几天之后的2023年4月25日，在第一届深空探测（天都）国际会议上，我国的长征九号又出新构型了。

2023年4月25日深空探测（天都）国际会议上长征九号最新构型

长征九号最新型谱中的三级基本构型与2023年2月28日中国工程院院士、战略导弹与运载火箭专家龙乐豪院士在“南理工校友终身学习云讲坛”《长征火箭与中国航天》的主题演讲提到的构型一致，不同的是最新的PPT里首次提出两级完全重复使用的新构型。

龙乐豪院士2023年2月28日演讲中的长征九号1

龙乐豪院士2023年2月28日演讲中的长征九号2

带有襟翼的两级完全重复使用的新构型简直就和美国太空探索技术公司SpaceX公司的“超重·星舰”一模一样。至此，继长征十号（921火箭）“猎鹰”化之后，长征九号也开始逐渐“星舰”化……。这么形容并没有贬低长征九号、十号的意思，只是因为它们之间实在是太像了，不能说抄袭，但是借鉴肯定是有的，毕竟摸着河过石头，本就是咱们的看家本领。再者我们学习参考当然要学习好的，不学星舰难道去学半死不活，贵得要死的SLS（死了死）！

除了火箭构型箭体上的变化外，长征九号的动力装置相较于之前的版本也发生了翻天覆地的变化，最新的长征九号常规型一级采用30台200吨级液氧甲烷发动机，二级采用两台240+吨级液氧甲烷发动机（200吨级液氧甲烷发动机真空版），三级采用一台120吨级液氢液氧发动机YF-91。

长征九号最新构型一级采用18+9+3共30台200吨级液氧甲烷发动机，马斯克看后都直呼内行！

按照最新规划，长征九号将采用分期迭代的形式进行研发，优先研发三级高轨任务型和二级近地轨道型，于2030年前后完成两发试验箭的飞行验证，然后开展一级回收验证，最后突破两级完全回收火箭关键技术。

长征九号常规构型参数预测及运力分析

长征九号两级完全回收构型构型参数预测及运力分析

长征九号火箭自2008前后提出构想以来，十五年的时间里已经经历数次重大的改型，其中2011年构型可以说影响最为深远，此构型在2011-2021的十年间都被认为是长征九号的最终形态，并且三型动力系统均已立项研发，10米直径箭体、整流罩、结构件等重大关深技术都开始进行研制，只待长征九号整体立项。

原本随着长征5/6/7/8相继服役，我们在大中型火箭方面已经追赶上了日本、俄罗斯、欧空局及黑店ULA。可就在此间，马斯克横空出世，他所开创的SpaceX公司的猎鹰系列火箭不只彻底改变了世界航天发射市场，也对我国下一代运载火箭的研制产生了重大影响，尽管早期连我国的专家都对多发动机并联和可回收火箭很不屑，认为火箭回收没有意义，但兜兜转转10年后，当猎鹰火箭总发射次数超过200次，最高年发射次数超过60次，总发射成功率超过99%，总回收成功率都超过95%的时候，大家才发现原来火箭还可以这么玩。

现在的情况是即便是长征十号2026年左右能实现首飞，2030年前能做到回收复用。不经意间，又被SpaceX领先了10年以上。当然了，至今仍有为数不少的人认为，SpaceX的猎鹰火箭没什么技术含量、不值一提，星舰更是个大坑货，马斯克就是个忽悠资本家、炒作资本的骗子……。但事实摆在眼前，我们国家现在选择的长征九号、长征十号的构型足以证明什么才是下一代火箭的发展方向。

长征九号火箭预研工作已经开始十多年了，很多技术都已经取得了阶段性的成果。有些技术比如10米直径箭体、10直径整流罩、大型结构件等不管火箭构型怎么修改都还用的到，但有些技术或者预研配套装备却因为构型改变没有了用武之地，最典型的就是为2011版构型长征九号火箭配备的三型动力系统。

在2021年版改型中, 5米直径的助推器下岗，480吨双喷管液氧煤油机YF-130转岗为360吨单喷管液氧煤油机YF-135,220吨级液氢液氧发动机YF-90转岗为120吨液氢液氧发动YF-91,25吨膨胀循环发动机YF-79直接下岗。

2022年版改型中，一级360吨级单喷管液氧煤油机YF-135下岗，改用200吨级液氧甲烷发动机。

2023年版改型中，二级120吨液氢液氧发动YF-91下岗，改用改用200吨级液氧甲烷发动机。120吨液氢液氧发动机YF-91仅在三级构型中采用一台。

至此，当年被誉为助力长征九号“力大飞砖”三大神器的480吨双喷管液氧煤油机YF-130、220吨级液氢液氧发动机YF-90、25吨膨胀循环发动机YF-79全部“下岗待业”，没了编制,前途不明！

首先来说，这三型发动机性能指标都是十分先进的，就是现今放在全世界来看也是顶尖水平的，之所以会被液氧甲烷发动机替换掉很大程度上是受星舰的影响，而星舰的前途还有待时间的检验。

三型发动机研发周期均已超过10年，都已经完成了全系统试车，从航天发动机的研发周期算，已经完成了70%以上。从经济性来看，多年来这么大的投入，即便不再作为长征九号的配套动力，也不应该停止研发，应拓展其他使用用途，做好技术储备。因此三型发动机仍然出现在航天科技六院“八年九机”的研制规划里。那么这三型发动机有可能用在哪些方面呢？

25t膨胀循环氢氧发动机YF-79是由中国航天科技集团有限公司六院101所研制，使用液氢/液氧作为推进剂，采用闭式膨胀循环，单台推力25吨（243 kN），真空比冲460 s（4512 m/s），喷管面积比最大260，燃烧室室压8 MPa。一旦研制成功将是一款比冲媲美美国RL-10系列，推力2.5倍于RL-10系列的优秀上面级发动机。按照现在规划，我国用于载人登月计划的长征十号火箭芯三级采用的是3台YF-75E，YF-75E单台推力9吨，比冲只有442s。如果将3台YF-75E换为单台YF-79，不但能简化火箭结构，还能提高地月转移轨道LTO运力1吨以上。

另外还可以以YF-79发动机为基础，发展高性能液氢液氧上面级系列。我国虽然已有远征系列上面级，但现在的型号均为常温推进剂，性能相比于美国的半人马座上面级还是有很大的差距的。

远征-X系列高性能液氢液氧上面级发展构想

远征-X系列上面级设计为非承载贮箱，采用类似美国宇宙神+半人马座的组合形式，载荷和上面级被整体安装在大型整流罩里。此种方式可以大大减轻上面级的结构重量，而上面级每节省1Kg重量就相当于提高火箭1Kg的运载能力。整个系列的上面级模块化设计，其中YZ-X-1为基础型，适用于4.2/5.2米直径整流罩。YZ-X-2为2套YZ-X-1并联适用于7.5米直径整流罩。YZ-X-4为4套YZ-X-1并联适用于10.6米直径整流罩。这样模块化设计还可以进一步简化火箭型谱，甚至长征九号都可以简化掉三级构型，改为二级+大整流罩+YZ-X-4的构型。

220吨级液氢液氧发动机YF-90原本是为2011版长征九号二级配套的动力，但在2021年就有传闻因其研制难度过高，已经将性能指标调整为120吨并改名为YF-91，作为最新版长征九号三级的备选动力，当然这算是个最好的结果。如果还是落选，那么只有两个用途，一个是去替换现今长征五号系列火箭芯级的两台YF-77液氢液氧发动机，YF-77液氢液氧发动机为燃气发生器循环方式，海平面推力50吨，真空推力77吨，真空比冲只有422s。不管是220吨级YF-90还是120吨级YF-91，用一台替换掉2台YF-77液氢液氧发动机后都能使长征五号运力有一定的提升。

如果220吨级液氢液氧发动机指标真的调整为120吨并改名为YF-91，那么它还可以作为长征十号光杆版的二级动力。现在披露的长征十号光杆版的二级动力采用的是一台真空版YF-100N液氧煤油发动机，此构型下长征十号光杆版只能执行近地轨道发射任务，如果二级换装YF-91将大大提高二级构型长征十号光杆版执行高轨发射任务的运力。

480吨级双喷管液氧煤油发动机YF-130原本是为2011版长征九号芯一级和助推器配套的动力，也是三型发动机中官方最早实机展示的型号。其外形尺寸及重量略大于苏俄的RD-180系列发动机，推力比RD-180大20%左右。满足3.35/3.8米直径箭体单台安装，5米直径箭体2台并联安装的要求。

YF-130液氧煤油发动机

2022年航天八院曾发布过一段关于长征六号型谱规划的宣传片，片中显示，长征六号型谱规划中最大的型号为一款CBC构型的大型火箭，按型谱推算应该叫长征6D，极有可能就是每枚通用芯级搭载一台YF-130的构型。三台YF-130总起飞推力1440吨，火箭起飞重量最大能达到1200吨。这也许是八院对抗一院最后的一点倔强了吧。

长征六号火箭型谱

原本作为2011版长征九号助推器研制的并联2台YF-130发动机的5米直径的构型，则可以选择并入长征十号系列火箭序列。

现今长征十号5米直径通用芯级选择并联7台130吨推力的YF-100K液氧煤油发动机，推力910吨。长征十号CBC构型并联21台YF-100K发动机数量虽然少于重型猎鹰，并且多次成功发射的重型猎鹰也表明20台以上发动机并联是可行的，但过多的发动机并联终究对火箭的可靠性提出了更高的要求。

5米直径箭体并联2台YF-130推力960吨，在提供更大的推力的情况下，将发动机数量由7台降低到2台，CBC构型的长征十号也才不过6台，能大幅度减少发动机的数量。

5米芯级7×YF-100K构型（左）与5米芯级2×YF-130构型

但并联2*YF-130模块唯一的缺点是不利于火箭回收，长征十号未来可以考虑通用芯级混用2*YF-130和7*YF-100K两种动力模块，需要回收的采用7*YF-100K模块，不需要回收的采用2*YF-130模块。比如3个通用芯级都回收的话就采用3个7*YF-100K模块，中央芯级不回收两个侧助推器回收的话，就采用中央一个2*YF-130模块+2个7*YF-100K模块，3个通用芯级都不回收的话就采用3个2*YF-130模块。

长征十号3×7×YF-100K构型

长征十号中央芯级2×YF-130,两侧2×7×YF-100K构型

长征十号3×2×YF-130构型

甚至可以中央1个2*YF-130模块四周再捆绑4个2*YF-130模块构成5CBC构型，此构型下长征十号一级共计10台YF-130发动机，推力4800吨，仅比2011版长征九号少2台发动机。此构型下火箭起飞重量能达到4000吨，近地轨道运力能达到125吨以上，达到当年土星五号的运力。此构型如果考虑回收的话可以将中央芯级换为7*YF-100K，然后捆绑4个2*YF-130模块助推器，起飞阶段中央芯级节流飞行，待4个助推器工作完毕后，芯级+4个助推器和二级整体分离，然后用芯级剩余的燃料支持一级捆绑组合体返航回收。

长征十号5×2×YF-130构型

长征十号中央芯级7×YF-100K构型，四助推器4×2×YF-130构型

同样长征十号的二级通用箭体也可以采用搭配动力模块的方式，比如光杆型二级采用一台真空版YF-100N,3CBC构型二级采用2台真空版YF-100N并联，5CBC二级采用一台真空型YF-130作为主动力，外加两台YF-115发动机作为游机。

由于长征十号5CBC构型运力足够大，甚至都可以考虑二级返回回收，具体流程是二级将载荷送入近地轨道后，再入大气层（箭体迎风面需要隔热瓦），先气动减速，然后主发动机YF-130点火进一步减速，最后临近着陆是2台YF-115发动机控制箭体着陆。如果再加上整流罩回收，长征十号5CBC构型也能做到全回收。

按猎鹰9号回收数据推算，海上回收大约会损失15%左右运力，陆上返场回收大约会损失40%运力。按此计算，如果长征十号5CBC构型二级回收再损失20%运力，合计损失60%，长征十号5CBC构型在全回收模式下即使近地轨道LEO运力能达到40～50吨也是很可观的。

与马斯克的SpaceX极度追求一箭多能，极致简约不同，作为一个国家除了要有这方面的要求外，还要做到各种技术路线都要兼顾，以便在未知的将来一旦技术路线发生重大变更的时候，有足够的技术储备来应对。就比如，在我国航天发射任务中固体运载火箭不是主力，但仍要发展，虽然我国没有殖民火星的疯狂计划，但对长征九号的研制和星舰的跟踪依然要积极跟进。

回想一下，大航海时代，西班牙、葡萄牙等欧洲国家在发现新大陆前，一次又一次的组织舰队远征就是个例子，每一只舰船建造都要耗费巨大的财力物力，每一次远航都有巨大的人员伤亡。但是最后他们发现新大陆后，从貌似荒凉的地方和一群土著人那里获得了巨大的财富。假如20年后马斯克真的用星舰完成了火星移民，在火星上建立起了人类定居点，而我们发现我们只能站在一边干看着会是一种什么样的情景？

500年前郑和七下西洋，证明我们是有足够精湛的造船能力的，但很遗憾观念意识上故步自封使我们错过了大航海时代，随后带来的就是欧洲几百年的崛起。中国几百年的衰退。现今或许一个大航天时代即将到来，在这期间将决定下一个时代霸主。如今我们国富民强，具备物质基础进行这方面的尝试，就一定要抓住机遇，以免在下一个时代到来后徒留遗憾和感叹。

以上只是一些个人预测，如有雷同，纯属巧合。

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