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上世纪70年代,随着美国阿波罗登月计划的成功,苏联的N-1载人登月火箭计划并没有因为对手的土星V号火箭的成功而奋起,这里我们简单介绍下苏联的载人登月火箭N-1。
N-1运载火箭是苏联研发的用来将苏联宇航员送到月球的火箭。也就是被西方人称为 G-1e 或 SL-15 的火箭。N1就是俄语(运载器)的缩写。火箭研发工作比土星五号晚,不仅资金短缺、未测试、四次发射试验都失败了,于是苏联在1976年正式取消这项工程。N1载人登月计划的的登月方式基本和美国的阿波罗计划类似,但所不同的是其单台火箭发动机推力却很小,火箭共分五级,第一级推力最大,总推力超过4500吨,但却捆绑了30台NK15发动机,二级火箭也有类似问题,捆绑了八台NK-15V发动机,其总推力超过1400吨,而太多火箭的捆绑并没有产生1+1等于2的效果,而是因为数量的累积,在工程中出现了很多复杂问题,就系统工程来说的一个最终目的是把复杂问题简单,虽然苏联人在二战中及之后的工程设计中,一直秉承着这个原则,但这次,苏联人的科罗廖夫设计局却没有这样做,原因之一是更大单发推力的火箭发动机尚待完善,而基于美苏竞争的原则,在登月计划上已经落后于美方进度的苏联,不得不抄近路来尽量快的达到载人登月的目标,而美方的成功是得益于级数较少的三级火箭级数,和一级火箭的发动机则采用五台F1氢氧火箭发动机,单台推力超过700吨,这也是美方所依托的最大资本,而看俄罗斯当时的NK15和NK15V发动机,单台均没有超过200吨。
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基于N1火箭的教训,前苏联痛定思痛,开始锐意进取,虽然登月项目下马,但NK-15和NK-15V的改进还在继续,库兹涅佐夫设计局将两种发动机分别改造为NK-33和NK-43。 改造后的N1就是N1F,而采用的发动机就是NK-33和NK-43。由于在登月竞赛上失利,苏联不得不重新设计新的重型运载火箭能源号,由此,N1F从未试飞。这两款发动机属于分级燃烧循环双元液体推进剂火箭发动机,采用富氧预燃室技术驱动涡轮泵。由于富氧排气可能烧穿燃烧室臂,因而这种类型的发动机是比较少见的。美国从未在富氧发动机领域有过成功经验,而苏联在冶金方面的优势使之有制造这种发动机的基础。由于NK-33使用了两种密度近似的推进剂液氧和煤油,所以可以用一个转轴来驱动两者的供料涡轮泵。这使NK-33有着最高的真空推重比----136.66:1。 即便是更重的NK-43,其真空推重比也达到了120:1。富氧技术还用在了RD-170和RD-180以及RD-174/-191上。然而由于这些发动机都采用了多燃烧室和多喷嘴设计,以致它们无法再达到NK-33的高推重比。NK33的发动机单台推力达到150吨,而NK43则达到了175吨,美国的金牛座II级火箭(后改名为安塔瑞斯火箭)的一级发动机就采用库存的两台NK33发动机,极高的推重比,使该火箭获得了极佳的性能。但由于轨道科学公司的民营性质和从国家主抓火箭到民营化的转型不力,安塔瑞斯屡遭失败,目前还处于前途未卜中。
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除了库兹涅佐夫设计局的痛定思痛,基于N1的教训,苏联在1973年开始设计RD170火箭发动机,并将之形成了一个庞大的火箭家族,其中推力最大的当属RD170和RD171,其真空推力均达到806吨,用于前苏联的能源号重型火箭和俄罗斯的天顶号火箭,其均属于高压补燃循环煤油/液氧火箭发动机,由俄罗斯动力机械科研生产联合体研制,而中国于上世纪90年代初引进了较小推力的RD120发动机,基于此基础,完善了高压补燃循环煤油液氧发动机,自行研制出了YF100发动机和较小推力的YF115发动机,而YF100则达到了120吨推力,并完善了长征五和长征七及长征六等新一代火箭家族,而之后的情景令人瞩目,随着新一代火箭发动机的完善,中国开始下一代YF460(500吨级液氧煤油发动机的研制)的研制,去年8月1日,由航天六院负责研制的重型运载火箭500吨级液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功,标志着该型发动机研制工作取得首个里程碑式胜利,这也标志着重型载人登月火箭的主发动机逐步进入落实阶段,而YF220氢氧发动机也在进行紧张研制中,该发动机的推力将达到或接近200吨。而就俄罗斯来说其液氧煤油火箭发动机家族中最叫座的当属RD180火箭发动机,其真空推力达到415吨,由俄罗斯和美国普惠公司联合研制,用于美国的阿塔拉斯III火箭和阿塔拉斯V火箭。
而就现在看,RD180火箭发动机和中方传出绯闻,无疑中方有加速长征九系列重型火箭进度的目的,采用了两条腿走路的方案,达到保证型号顺利进行的目的,不管引进成功与否,也不论其真假,但就看现在的中国载人登月进程,长征九号登月的日子不再是遥不可及了!End!
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