長征九號運載火箭(代號:CZ-9,英文名稱:Long March 9,以下簡稱”長征九號“),是中國在論證開發的新一代重型運載火箭。
長征九號火箭是響應未來深空探測、載人登月和登火、空間基礎設施建設(如空間太陽能電站)等任務需求,由中國運載火箭技術研究院抓總研制的。火箭芯級直徑為10米級,總高百米級,起飛質量超過4000噸,具備LEO(近地軌道)140噸、LTO(地月轉移軌道)50噸的運載能力。長征九號的起飛質量和運載能力接近中國已有的最大運載火箭長征五號運載火箭(起飛質量867噸,LEO25 噸)的五倍,也超越了著名的登月火箭——土星五號(起飛質量2938噸,LTO運載能力 48.5噸)。
長征神舟九號的第一研制階段于2016年立項研制,一級重復使用構型計劃于2030年首飛,兩級完全重復使用構型計劃于2033至2035年首飛。
研發歷程
研發背景
運載火箭是目前人類克服地球引力、進入空間的唯一工具,是發展空間技術、確保空間安全的基石,中國運載火箭起步于20世紀60年代,經過半個世紀的發展,共經歷了5個階段,研制了4代18種運載火箭。
重型運載火箭是指近地軌道運載能力達到百噸級別的運載火箭,展望航天發展,發展重型火箭已經成為各國共識:近年來,美國、俄羅斯等世界航天強國均把發展先進的航天運載技術確立為國家的重要戰略,普遍瞄準2030年前后執行載人登月目標,并規劃載人探火等長期發展目標,這些重大任務都依賴重型火箭的研制。
面向未來航天探索重大任務,中國同樣需要發展重型運載火箭。根據規劃,中國自主研制的重型運載火箭將以滿足一次交會完成載人登月和多次交會完成載人登火星等深空探測任務對運載能力的需求為目標,具有不低于130噸的近地軌道轉移能力。
方案演變
載人登月的任務規劃在2010年就已初露端倪,參考阿波羅登月的規模,載人登月飛船總重初步定為50噸左右,以此為基礎,相關研究提出了四種運載火箭初步技術方案,其中一種即接近當前長征九號的技術構型。
重型運載火箭首先基于海南文昌發射場進行彈道方案設計。結合重型運載火箭的任務需求,重型火箭采用二級半構型,通過第二級1次點火與第二級2次點火,適應發射28°低地球軌道(近地軌道簡稱LEO,以下稱LEO)和月球轉移軌道(簡稱為LTO,以下均稱LTO)有效載荷的需求: 110°射向、28°目標軌道傾角的LEO運載能力達到130噸級,LTO運載能力達到50噸級。
國防科工局于2010年開展重型運載火箭論證,歷時一年形成總體方案。在此階段,提出了長征神舟九號的基本構型,采用二級半構型,分液體助推器和固體助推器兩種方案。
由于早期方案對新型大推力火箭發動機存在著過高的技術要求,尤其是遠遠大于當前中國現有火箭發動機的推力指標,對研制工作提出了極高的挑戰。隨著論證工作深入,結合實際技術水平,長征九號的總體方案進行了相應的調整。2013年,在廣泛討論了不同推進劑組合、推力量級后, 最終決定以500噸級液氧煤油發動機和200噸級液氧氫氣發動機為主方案,并以此為動力確定了火箭總體的三級半方案。其中:4個助推器各采用1臺500噸級液氧煤油發動機, 一級采用4臺500噸級液氧煤油發動機(設計海平面推力4800kN, 真空推力5218kN, 海平面比沖不小于3000m/s), 二級采用2臺200噸級液氧液氫發動機(真空推力為2200kN, 真空比沖不小于4240m/s), 三級采用2臺50噸級液氧液氫發動機的高空改進型,計劃用十年時間完成發動機研制工作。
2016年,中國重型運載火箭(即長征九號)已完成深化論證,國家正式批準重型運載火箭第一研制階段(即關鍵技術攻關及方案深化論證階段)立項研制,利用4至5年時間,開展關鍵技術攻關工作,集中突破一大批核心瓶頸技術。在此階段,長征九號三級半構型(以下稱三級半構型)確定箭體芯級直徑在10米級別,助推器直徑由3.35米增加到5米,每個助推器使用的500噸級液氧煤油發動機由單臺增加到兩臺,從而達到了近6000噸的起飛推力,使得火箭運載能力達到了LEO 140 噸,LTO 50 噸。火箭采用“通用化、系列化、組合化”發展策略,三個構型的對應結構狀態相同,可模塊化組合。可捆綁液體助推器,也可以捆綁固體助推器。
其后幾年內,長征神舟九號方案仍有變化,但集中在發動機數量的增減,而在總體構型方案上基本沒有什么變化,火箭的總推力和運力也略有提升。
2021年6月,長征系列火箭總設計師龍樂豪院士指出,由于新載人火箭同樣即將完成研制,并覆蓋了原規劃中長征九號所需兼顧的部分中低運載能力,長征九號因而可能轉向追求更高的運載能力目標。同時展示了一種新的重型運載火箭方案(以下稱光桿構型),該方案為“光桿”構型,即不帶有助推器,芯級直徑接近11米,使用16臺發動機并聯,起飛推力為5873噸,起飛質量4122噸,二、三級也使用了更大推力的發動機,運載能力提高至LEO 150噸,LTO 53噸。該方案代表了未來中國重型運載火箭的一個研究方向,但原有方案并未停止研究,在未來幾年內長征九號的方案仍將隨著相關技術的發展做適當調整。
截至2022年,重型運載火箭(即長征九號)系列化構型總體方案已經明確,并具備一子級重復使用和兩級串聯構型的拓展能力,有較好的任務適應性,總體性能達到國際先進水平,兼具經濟性和可靠性。
研制進度
2016年,國家已正式批準重型運載火箭第一研制階段(即關鍵技術攻關及方案深化論證階段)立項研制,利用4至5年時間,開展關鍵技術攻關工作,集中突破一大批核心瓶頸技術,需要解決代表世界一流科研水平的更大推力液氧煤油發動機技術,更大推力液氫液氧發動機技術,更大直徑箭體設計、制造、試驗技術,以及火箭總體設計這“三大一總”為代表的一系列難題。
2016年8月1日,用于長征神舟九號的480噸級液氧煤油發動機完成了首次發生器-渦輪泵聯試,試驗達到了預期目的,標志著480噸級液氧煤油發動機研制關鍵技術攻關取得突破性進展。
2017年,220噸級高性能氫氧發動機完成多個組件方案詳細設計,進行了組件的研制試驗工作。
2019年3月24日,長征九號重型運載火箭一級發動機燃氣發生器-渦輪泵聯試成功。2021年9月3日,220噸級補燃循環氫氧發動機成功進行了首次半系統試驗,試驗取得圓滿成功。
2022年9月6日,25噸級閉式膨脹循環氫氧發動機首次整機熱試車圓滿成功,標志著中國成功研制出世界上推力最大的閉式膨脹循環液態氧液氫火箭發動機。
2022年11月5日,500噸級液氧煤油發動機首次整機試車圓滿成功。該型發動機設計推力500噸級,采用世界上最大的補燃循環發動機推力室。首次整機試車的成功,標志著該型發動機研制取得重大突破,全面提升了中國液態火箭發動機的研制水平。
大直徑箭體相關設計、生產工作也在穩步推進,采用整體鍛造技術的10米級鋁合金環件、可應用于液氧環境的大容量低溫鈦合金氣瓶、世界上最大的火箭貯箱瓜瓣等方面已經取得一系列的技術成果,火箭殼體、整流罩以及級間環等也都早已下線。
長征九號重型運載火箭一級重復使構型計劃于2030年首飛,兩級完全重復使用構型計劃于2033至2035年首飛。
技術參數
長征九號運載火箭是一型重型運載火箭,其三級半構型的基本構型為三級串聯同時捆綁四臺助推器,以載人登月任務需求為設計目標,運載能力遠超中國現役各型運載火箭。長征九號運載火箭采用模塊化思路,可以通過對助推器數量以及芯一級的調整,構建起LEO 50-140噸、LTO 15-50噸、奔火轉移軌道12噸至44噸的系列化型譜。
長征九號(三級半構型)基本型的運載能力如下:
長征九號(三級半)系列不同構型的對比如下:
在2022年11月中國國際航空航天博覽會中以及中國中央電視臺對龍樂豪院士的訪談中,確認光桿構型成為后續研究的主要方向,其構型特征如下:
相關活動
2024年11月,長征九號運載火箭在第十五屆中國航展航天館亮相。
未來任務
未來載人登月任務的需求貫穿整個長征九號運載火箭的研制工作至今,因此未來載人登月是長征九號運載火箭的核心重大任務。根據中國載人登月兩步走任務規劃,2030年以后,將利用重型運載火箭(即長征神舟九號),實施3人以上的月球探測和開發活動。
除載人登月任務外,長征九號運載火箭還將用于執行火星探測、載人登火、深空探測、空間太陽能電站建設等重大任務。
參考資料 >
中國重型火箭擬命名“長征九號” 計劃2030年左右首飛.中國政府網.2023-02-16
我國航天運輸系統成就與展望.中國知網.2023-02-16
長征九號.中國運載火箭技術研究院新聞中心.2023-02-16
長征九號重型運載火箭研制取得階段性成果 有望在2030年前后實現首飛.中國政府網.2023-02-16
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《魯健訪談》 20221125 對話龍樂豪.央視網.2023-02-16
新聞鏈接:中國重型運載火箭研制進展如何?.中國政府網.2023-02-16
可重復使用的長征九號計劃2030年首飛.界面新聞-百家號.2025-04-26
運載火箭.中國航天科技集團有限公司.2023-02-16
美國NASA發布《國家空間探索行動報告》. 中國科學院.2023-02-16
龍樂豪:我是從牛背上成長起來的火箭設計師.中青在線.2023-02-16
[第十四屆中國航展特別報道]中國航展 準備好了!長征系列運載火箭“三箭客”亮相中國航展.央視網.2023-02-16
長征火箭與中國航天.第35屆全國青少年科技創新大賽線上展示交流活動.2023-02-16
航天科技集團發布《中國航天科技活動藍皮書(2022年)》.中國航天科技集團有限公司.2023-02-16
我國重型火箭發動機技術攻關取得突破性進展.中國政府網.2023-02-16
重型火箭220噸級發動機的這次試驗成功了.中國軍網.2023-02-16
支撐重型火箭研制!25噸級氫氧發動機成功完成全系統試車.澎湃新聞.2023-02-16
我國最大推力液體火箭發動機首次整機試車圓滿成功.中國政府網.2023-02-16
火箭院完成國內首件直徑9.5米貯箱箱底圓環的組合焊接.中國運載火箭技術研究院新聞中心.2023-02-16
重型運載火箭“液氧環境氣瓶”研制出來了.中國運載火箭技術研究院新聞中心.2023-02-16
火箭院研制出國內首個大尺寸低溫冷氦金屬氣瓶或將用于重型運載火箭貯箱增壓.中國運載火箭技術研究院新聞中心.2023-02-16
中國運載火箭技術研究院.微信公眾平臺.2023-02-16
兩級火箭完全重復使用!重型運載火箭亮相航展.京報網-今日頭條.2024-11-13