中國長細比最小的大中型火箭,天龍二號為何成了“矮挫胖子”?

北京時間2023年4月2日16:48,搭載“愛太空科學號”遙感衛(wèi)星的“天龍二號”遙一運載火箭,從酒泉發(fā)射場發(fā)射升空,順利將衛(wèi)星送入高度500千米的太陽同步軌道(SSO)。至此,“天龍二號”成為了中國商業(yè)航天企業(yè)第一型成功發(fā)射的液體運載火箭。

“天龍二號”運載火箭是北京天兵科技有限公司研制的中型三級液體運載火箭,一二級采用液氧/煤基航天煤油推進劑,三級采用四氧化二氮/一甲肼(NTO/MMH)推進劑。該箭長32.8米,芯一級、芯二級、整流罩直徑均為3.35米,起飛質(zhì)量153噸,起飛推力193噸,其近地軌道(LEO)運力為2噸,高度500千米太陽同步軌道(SSO)運力為1.5噸。

“天龍二號”首飛箭芯一級配備了來自航天科技集團六院的3臺YF-102發(fā)動機,單臺海平面推力620千牛(約63.3噸),海平面比沖不小于275.5秒,此后會換裝7臺天兵科技自研的“天火-11”發(fā)動機,單臺海平面推力257千牛(約26.2噸),海平面比沖292秒,比沖更高將推動“天龍二號”LEO運力由2噸提升至4噸。

通過外觀可以明顯看出,“天龍二號”外形比較粗短,像一個“矮挫胖子”?!疤忑埗枴遍L細比(箭長/芯級最大直徑)只有9.79,甚至比“胖五”“長征五號B”更小,后者長約53.66米,芯級直徑5米,長細比10.73,“天龍二號”是我國現(xiàn)役長細比最小的大中型運載火箭?!伴L征六號”是我國現(xiàn)役長細比最小的運載火箭,其長29.287米,一級直徑3.35米,長細比約8.74,但是該箭二三級直徑僅有2.25米,芯級直徑比(級段之間的直徑比)較大。

火箭長細比偏小會產(chǎn)生一些弊端,會造成貯箱柱段較短,使得球底在整個貯箱中的比重增加,通常貯箱箱底壁厚要大于柱段壁厚,因此長細比過小也會造成結構質(zhì)量的增加,而且在小長細比的情況下,殼段的質(zhì)量也會增加,進一步降低結構效率。對于“天龍二號”而言,受一級發(fā)動機“天火-11”體積、推力的約束,即發(fā)動機面推力的約束,如果大幅拉長箭體、增加推進劑儲量,起飛推力就會不夠,選擇較小的長細比是權衡的結果。與此同時,由于“天龍二號”的長細比偏小,將來換裝長版整流罩的影響就會有限,具備更強的任務適應性。

“天龍二號”對于我國商業(yè)航天企業(yè)的意義是重大的,標志著商業(yè)航天隊伍實現(xiàn)了從固體向液體運載火箭的跨越。在我國現(xiàn)役運載火箭當中,“天龍二號”外形有點像“長二丙”和“長二丁”,但后二者一二級更長,長細比明顯更大。其實,“天龍二號”的外形最像“東風五”洲際導彈,后者全長32.6米,彈徑3.35米,長細比9.73,起飛質(zhì)量183噸。不過,不像的是“天龍二號”使用的主要是液氧煤油低溫推進劑,“東風五”使用的是四氧化二氮/偏二甲肼常溫推進劑,常溫液體推進劑保存使用更方便,更適合需要快速反應的洲際導彈。
作者:大白高國