印度SSLV擁有中型火箭的體量,僅有小型火箭的運(yùn)力,發(fā)動(dòng)機(jī)效率是關(guān)鍵

北京時(shí)間2023年2月10日11:48,搭載主星EOS-07和搭載星Janus-1、AzaadiSAT-2等3顆衛(wèi)星的SSLV D2運(yùn)載火箭,從斯里赫里戈達(dá)島薩迪士達(dá)萬航天中心1號(hào)工位發(fā)射升空,衛(wèi)星順利進(jìn)入近地軌道(LEO)。

此役,是SSLV火箭在去年8月首次測(cè)試飛行失利之后的第2次測(cè)試飛行,成功復(fù)飛意味著印度固體運(yùn)載火箭首次邁入百噸級(jí)。不過,SSLV成功復(fù)飛也僅僅意味著印度首次擁有了LEO運(yùn)力達(dá)到0.5噸級(jí)的固體火箭,該火箭擁有的是中型固體火箭的體量,卻只具備小型固體火箭的運(yùn)力,是一型整體水平偏低的入門級(jí)火箭。

SSLV(Small Satellite Launch Vehicle)為四級(jí)小型運(yùn)載火箭,一二三級(jí)采用固體級(jí)段,均使用端羥基聚丁二烯(HTPB),四級(jí)配備的是名為速度修正模塊(Velocity Trimming Module,VTM) 的液體級(jí)段,采用一甲基肼/四氧化二氮(MMH/ MON3)推進(jìn)劑。該箭長(zhǎng)34米,芯級(jí)最大直徑2米,起飛質(zhì)量為120噸,起飛推力2600千牛(約265噸),推重比約2.21,其LEO運(yùn)載能力為0.5噸,運(yùn)載系數(shù)約0.42%。

在世界現(xiàn)役固體運(yùn)載火箭當(dāng)中,SSLV火箭的起飛質(zhì)量已經(jīng)接近我國(guó)的“力箭一號(hào)”,后者的起飛質(zhì)量為135噸,LEO運(yùn)力約為2噸,運(yùn)載系數(shù)約1.48%,起飛質(zhì)量較SSLV僅高出12.5%,運(yùn)力則高出300%,運(yùn)載效率相差懸殊。SSLV的LEO運(yùn)力僅比我國(guó)小型固體火箭“谷神星一號(hào)”略高,后者的起飛質(zhì)量?jī)H有30噸,LEO運(yùn)力0.4噸,運(yùn)載系數(shù)約1.33%,僅用了SSLV火箭20%的起飛質(zhì)量獲取了達(dá)到其80%的運(yùn)力,運(yùn)載效率也很懸殊。橫向?qū)Ρ戎?,SSLV相形見絀,那么這型火箭運(yùn)載效率不高的原因在哪里?

運(yùn)載效率(運(yùn)載系數(shù))是反映運(yùn)載火箭整體水平的關(guān)鍵指標(biāo)之一,影響其高低的主要因素包括結(jié)構(gòu)系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)比沖、飛行控制等,其中發(fā)動(dòng)機(jī)比沖是影響火箭運(yùn)載效率的核心要素之一。具體到SSLV火箭,其芯一級(jí)SS1發(fā)動(dòng)機(jī)比沖為117秒,芯二級(jí)SS2發(fā)動(dòng)機(jī)比沖為121秒,芯三級(jí)SS3發(fā)動(dòng)機(jī)比沖為112秒,在世界現(xiàn)役固體發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中,它們的比沖都嚴(yán)重偏低。以我國(guó)“長(zhǎng)征十一號(hào)”固體火箭為例,該箭芯一級(jí)直徑2米,起飛質(zhì)量39.8噸,起飛推力120噸,發(fā)動(dòng)機(jī)海平面比沖達(dá)到248秒,而SSLV芯一級(jí)直徑亦為2米,起飛質(zhì)量87噸,發(fā)動(dòng)機(jī)海平面比沖117秒,相較于“長(zhǎng)十一”,SSLV的芯一級(jí)笨重而低效。

“管中窺豹,可見一斑”,印度SSLV集成的是一些相對(duì)落后的火箭技術(shù),運(yùn)載效率較低是必然結(jié)果。另一方面,SSLV將印度固體火箭的運(yùn)力提升至0.5噸級(jí),并且還擁有成本低、一箭多星適應(yīng)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、發(fā)射基礎(chǔ)設(shè)施要求低等優(yōu)點(diǎn),具備商業(yè)化應(yīng)用的基本條件,將面向小型、微型或納米衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)提供發(fā)射服務(wù)。
作者:大白高國(guó)