北京時(shí)間2022年3月29日17時(shí)50分，搭載“浦江二號(hào)”和“天鯤二號(hào)”等2顆衛(wèi)星的“長征六號(hào)改”遙一運(yùn)載火箭，在太原發(fā)射場新發(fā)射工位9A01發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，中國新一代運(yùn)載火箭再添新成員！

作為中國航天史上第一型固體捆綁運(yùn)載火箭，“長六改”（或“長六甲”）在立項(xiàng)之初就讓人耳目一新、充滿期待。事實(shí)上，作為傾力打造的新一代運(yùn)載火箭，“長六改”是一型構(gòu)型變化極豐富的火箭，并且更強(qiáng)大的構(gòu)型還在路上！

中國的“阿特拉斯5”!

此次首飛的“長六改”遙一采用的是4固推構(gòu)型，是該型火箭的基本型。同時(shí)，在基本型基礎(chǔ)上還規(guī)劃了2固推構(gòu)型以及光桿構(gòu)型，為“長六改”拓展了較大的運(yùn)力區(qū)間。

作為一型中型火箭，“長六改”的體量是偏大的，它的起飛質(zhì)量達(dá)到了約530噸，在中國現(xiàn)役運(yùn)載火箭當(dāng)中位列“長五”、“長五B”、“長七”以及“長七甲”之后，排名第5，但是“長五”系列火箭屬于大型火箭，在中型火箭當(dāng)中“長七改”可以排到第3。在龐大體量基礎(chǔ)之上，“長六改”700千米太陽同步軌道（SSO）運(yùn)力為4.5噸[1]，只與起飛質(zhì)量約356噸的雙助推“長八”持平，運(yùn)載系數(shù)顯著偏低。之所以造成這一結(jié)果，一方面是固體助推偏重、比沖偏小，4枚助推的合計(jì)起飛質(zhì)量達(dá)到了280噸，且固體發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖是遠(yuǎn)不及液體發(fā)動(dòng)機(jī)的；另一方面是單臺(tái)上面級發(fā)動(dòng)機(jī)YF-115推力偏小、不具備二次及以上啟動(dòng)能力。

作為一型被寄予厚望的運(yùn)載火箭，“長六改”自然不會(huì)停留在目前的運(yùn)力上，那么會(huì)怎么提升運(yùn)力？我們可以從今年初的一次發(fā)動(dòng)機(jī)試車中找到部分答案。今年1月26日，在中國航天科技集團(tuán)六院165所抱龍峪試驗(yàn)區(qū)，18噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)（YF-115）雙機(jī)并聯(lián)二次啟動(dòng)首次試車獲圓滿成功。本次試車的成功，進(jìn)一步拓寬了18噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用范圍，完善了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)型譜，拓展了發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用維度，提升了火箭運(yùn)載能力。[2]

在現(xiàn)役運(yùn)載火箭當(dāng)中，只有“長七”系列的“長七、“長七甲”和“長六”系列的“長六”、“長六改”配備了YF-115發(fā)動(dòng)機(jī)，其中“長七”系列芯二級均配備了4臺(tái)YF-115發(fā)動(dòng)機(jī)，由于運(yùn)力需求，“長七”系列不太可能將芯二級的YF-115數(shù)量降為2臺(tái)，“長六”2.25米直徑的芯二級裝不下2臺(tái)YF-115，于是就可以知道具備2次啟動(dòng)能力的YF-115的雙機(jī)并聯(lián)狀態(tài)基本就是為“長六改”準(zhǔn)備的。如果“長六改”芯二級換裝2臺(tái)具備2次啟動(dòng)能力的YF-115，中低軌運(yùn)力將大幅提升，可以和“長八”拉開較大的距離；如果“長六改”芯二級換裝1臺(tái)具備2次啟動(dòng)能力的YF-115，還將使其具備較強(qiáng)的高軌運(yùn)力，于是“長六改”會(huì)成為兼顧低、中、高軌的全能型運(yùn)載火箭。

為了適應(yīng)不同任務(wù)需求，“長六改”除了首飛的4.2米直徑整流罩，還可根據(jù)需求選配3.35米直徑和5.2米直徑整流罩。結(jié)合固推數(shù)量0、2、4三種配置，上面級發(fā)動(dòng)機(jī)換裝1或2臺(tái)具備2次啟動(dòng)能力的YF-115，我們可以認(rèn)為“長征六號(hào)改”就是中國的“阿特拉斯5”。

三芯并聯(lián)的宏大構(gòu)型！

固體火箭固然有推力大、速度快的優(yōu)點(diǎn)，使用維護(hù)也相對簡單，可以縮短發(fā)射準(zhǔn)備周期，但也有質(zhì)量大、比沖低的缺點(diǎn)，總體運(yùn)載效率偏低。除了固體捆綁構(gòu)型，基于模塊化、組合化、系列化的思路，“長六改”還有更宏大的構(gòu)型，采用公共芯級助推的CBC構(gòu)型已在規(guī)劃中[3]，就是在芯一級周圍平行捆綁與芯一級相同的兩個(gè)助推模塊，實(shí)現(xiàn)三芯并聯(lián)，現(xiàn)役的“德爾塔4”、“重型獵鷹”也采用了這種構(gòu)型，CBC構(gòu)型生產(chǎn)維護(hù)相對簡單，還能擁有較高的運(yùn)載效率。

CBC構(gòu)型“長六改”起飛質(zhì)量可以通過合理推算得出，其芯一級起飛質(zhì)量接近“長五”單枚助推的156.6噸（同為航天科技八院出品），4固體捆綁構(gòu)型“長六改”起飛質(zhì)量約530噸，單枚固推起飛質(zhì)量為70噸，CBC構(gòu)型“長六改”起飛質(zhì)量等于光桿“長六改”加2枚公共芯級助推，于是可得出530-4×70+156.6×2=563.2噸；CBC“長六改”起飛級總計(jì)配備6臺(tái)YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)推力為1188千牛（約121噸）起，于是可得起飛推力為1188×6=7128千牛（約727噸）。4固體捆綁“長六改”起飛質(zhì)量約530噸，起飛推力為7230千牛（約734噸），相較而言CBC“長六改”起飛質(zhì)量略大，起飛推力略小，但是基于燃燒效率更高的液體火箭動(dòng)力，后者的運(yùn)力會(huì)大幅增長。

從研制生產(chǎn)的角度而言，CBC“長六改”的單機(jī)更少、產(chǎn)品化水平更高，研制生產(chǎn)效率自然就更高，有利于可靠性的提高和規(guī)模化的應(yīng)用。同時(shí)CBC構(gòu)型可以將“長六改”的運(yùn)力提升到一個(gè)新的高度，進(jìn)一步拓展運(yùn)力區(qū)間和任務(wù)適應(yīng)性。對于“長六改”乃至“長六”系列甚至航天科技八院而言，CBC“長六改”都將是一個(gè)影響深刻、意義重大的宏大構(gòu)型！

靈活配置運(yùn)載火箭的整流罩規(guī)格、助推器數(shù)量、上面級發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量是世界航天摸索出的有益經(jīng)驗(yàn)，也是航天發(fā)射高效運(yùn)行的路徑之一，“長六改”研制遵循了這一路徑，一不小心就成了“中國的阿特拉斯5”。不過，“長六改”還吸收了業(yè)已驗(yàn)證成熟的CBC構(gòu)型，其與光桿“長六改”的構(gòu)型組合與“獵鷹”系列的構(gòu)型思路一致，某種程度上“長六改”也是中國的“獵鷹”火箭。于是，我們可以說“長六改”是“中國阿特拉斯5”，但又不僅僅是，它是吸收“阿特拉斯5”和“獵鷹”系列火箭構(gòu)型思路的集大成者，我們還是叫它中國“長征六號(hào)改”吧！

作者：大白高國

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參考資料

[1]數(shù)據(jù)引自中科院中國科普博覽
https://c.m.163.com/news/a/H3LUDU3J0511A8O9.html?spss=newsapp

[2]引自中國航天報(bào)發(fā)布
https://mp.weixin.qq.com/s/KFC0pDjyaG_ujynEtnDO8w

[3]引自央視新聞
https://app.cctv.com/special/m/livevod/index.html?vtype=2&guid=24b09123348147998c43e79c17e4117d&vsetId=C11356