长征九号运载火箭
长征九号（英语：Long March 9）缩写为“CZ-9”或“LM-9”，是中国航天科技集团研制的一型可重复使用重型运载火箭[3][4]。主要用于中国载人登月、火星科考取样返回、载人登火、太阳系外圈行星探测等多种大运载高难度任务。历任总设计师为张智[5][6]、杨虎军[7]，现任总指挥为岑拯[8]。
 长征九号火箭模型（2022版） | |
| 用途 | 重型运载火箭 |
|---|---|
| 制造者 | 中国运载火箭技术研究院 |
| 制造国家 |  中华人民共和国 |
| 外型及质量参数 | |
| 高度 | 114米（374呎） |
| 直径 | 10.6米（35呎） |
| 质量 | 4,369,000千克（9,632,000磅） |
| 级数 | 3（基本型） 2（二级串联构型） |
| 业载量 | |
| 至LEO有效载荷 | |
| 质量 | >150,000千克（330,000磅）[1] |
| 至LTO有效载荷 | |
| 质量 | 54,000千克（119,000磅）[2] |
| 至MTO有效载荷 | |
| 质量 | 44,000千克（97,000磅）[2] |
| 相关火箭 | |
| 本系列 | 长征系列运载火箭 |
| 相似型号 | |
| 发射历史 | |
| 现状 | 研制中 |
| 第一级 | |
| 直径 | 10.6米（35呎） |
| 燃料重量 | 3,420,000千克（7,540,000磅） |
| 发动机 | 30台200吨级全流量分级燃烧循环甲烷发动机 |
| 单发推力 | 30×2,000 千牛 |
| 比冲 | 330 s（3.2 km/s） |
| 燃料 | 液氧/甲烷 |
| 第二级 | |
| 直径 | 10.6米（35呎） |
| 燃料重量 | 370,000千克（820,000磅） |
| 发动机 | 2台200吨级全流量分级燃烧循环甲烷发动机 |
| 单发推力 | 2×2,200 千牛 |
| 比冲 | ~363 s（3.56 km/s） |
| 燃料 | 液氧/甲烷 |
| 第三级 | |
| 直径 | 10.6米（35呎） |
| 燃料重量 | 140,000千克（310,000磅） |
| 发动机 | 4台YF-79 |
| 单发推力 | 4×250 千牛 |
| 比冲 | 455.2 s（4.464 km/s） |
| 燃料 | 液氢/液氧 |
研制历程
编辑过去的传统构型
编辑由于可回收火箭的发展，长征九号新构型经历了推倒重来的步骤，据悉在2011年左右，本来长征九号已完成深度论证，计划于2033年前后首飞。当时规划其芯级箭体直径10米级、近地轨道运载能力不低于150吨，奔月转移轨道运载能力不低于50吨，奔火转移轨道运载能力44吨[9][10]，与美国土星五号运载火箭运力相近[10][9]，故而对于中国未来的航天事业有着重要的战略意义。根据长征三号总设计师透露，长征九号火箭长度可达114米，起飞推力6000吨级，能把150吨的航空器送入太空[11][12]。
截至2016年，长征9号当时的设计仍为三级火箭，第一级核心直径为10米，使用一组四台发动机。基础型号有四个直径达 5 米的液体燃料助推器，近地轨道有效载荷能力 140,000 千克；长征9号A有两个额外的助推器，近地轨道有效载荷能力 100,000 千克；长征9号B则只仅具有 10 米直径的核心级和 50,000 千克的近地轨道有效载荷能力。[13]长征九号的预期有效载荷能力属于超重型运载火箭级别，研制计划于2021年获中国政府正式批准。2021年2月22日，中共中央总书记习近平、国务院总理李克强等党和国家领导人在人民大会堂接见了嫦娥五号任务参研人员并参观相关展览，其中包括原始长征九号模型和展板[14]。
2021年，发表全新设计
编辑2021年6月24日，长征系列总设计师龙乐豪在香港大学发表题为“长征火箭与中国航天”的演讲，公开了有关长征九号的重大更新。长征九号的最初设计名为第11号版本（2011年），但已被名为第21号版本的新设计取代。
新设计具有许多变化，包括一级火箭直径由9.5米增至10.6 米、总高度由103米增至108米、质量由4137吨降至4,122吨。第一阶段将使用16台YF-135液氧煤油发动机，每台推力超过300吨；第二、三级将使用120吨氢氧发动机，其中第二级装有4台，第三级装有1台。所有油箱改为通用舱壁设计，并不具有外部助推器。近地轨道的有效载荷能力从140吨增加到150吨，而地月转移有效载荷增加到 53 吨。龙乐豪指出，截至发布时，新版本仍在审核中。[15][16]
有观点认为之所以改为全新设计，是考虑到更有利于重复使用火箭第一级，其设计思路也更接近SpaceX星舰[17]，而老设计则对应美国的土星五号与太空发射系统。[17]
2022年：可回收登月的探索
编辑
2022年4月23日，龙乐豪又公开了长征九号的新设计。第22号版本具有可重复使用的第一级，无侧面助推器，第二级和第三级由120吨氢氧发动机提供动力，与第21号版本非常相似。然而，第一级和第二级核心直径增加至11米，第三级直径为7.5米。总长度增加至111米，质量为4122吨。第一级装有26台200吨液氧甲烷发动机，代替之前设计的YF-135发动机提供动力。近地轨道的有效载荷能力为150吨，地月转移有效载荷增为50吨。[18]
2022年10月期间，龙乐豪再次继续提供了长征九号的新设计细节。新版本的第一级和第二级的直径变回10.6米，第三级的直径变为与第一级和第二级一样，总长度增加为114米，第一级动力改为24台240吨液氧煤油发动机。近地轨道的有效载荷能力为100-160吨，地月转移有效载荷增为35-53吨。[19]
2023年：理想火箭接近定案
编辑2023年2月28日，龙乐豪在南京理工大学校友终身学习云讲座中公布了长征九号的新设计。新版本与上一版本相差不大，主要改变在于一二级动力，一级和二级分别改为30台及2台200吨级液氧甲烷发动机，起飞推力增至6118吨，而全重亦增至4369吨，有两种状态，分别为三级串联的基本型及二级串联构型，基本型地月转移轨道运载能力为35-54吨，用于 执行深空探测任务；两级串联构型的低轨运载能力为100-150吨，用于执行近地轨道任务。[20]
2023年4月21日，CALT发布的新演示文稿显示，在上一版本的长征九号基础下，第三级改由4台YF-79膨胀机循环氢氧发动机提供动力，每台推力为25吨。[21]
发动机研制进展
编辑- 2019年3月24日，中国航天科技集团有限公司宣布长征九号火箭500吨级液氧煤油发动机燃气发生器-涡轮泵联动试验取得圆满成功[22]。
- 2021年3月5日，500吨级液氧煤油火箭发动机，全工况半系统试车取得成功。此次试验为引擎除推力装置外，组件配套完整的系统试车，也是该型引擎首次全工况试车。试车启动、转级、变工况与关机过程工作平稳，验证了引擎设计、制造和试验方案，为下一步进行引擎整机试车等研制工作奠定基础[23][24][25][26]。
- 2021年7月28日，航天科技集团六院11所（京），重型运载火箭220吨级补燃循环氢氧引擎完成首台工程样机生产[27]。
- 2021年8月2日，中国航天科技集团一院首都航天机械有限公司重型运载火箭研制团队在武汉完成了中国首件直径9.5米贮箱箱底圆环的组合焊接[28]。
- 2021年9月23日，220吨级补燃循环氢氧发动机成功进行了首次半系统试验，试验取得圆满成功 [29]。
- 2021年9月28日，长征9号运载火箭1:10模型首次在中国国际航空航天博览会于一般民众前亮相。
- 2021年12月10日和12月17日，六院北京航天试验技术研究所进行了25吨级膨胀循环氢氧发动机首台推力室挤压试验，试验取得圆满成功[30]。
- 2022年9月5日，25吨级闭式膨胀循环氢氧发动机首次整机热试车圆满成功，这是世界上最大规模的闭式膨胀循环发动机试车[31]。
- 2022年11月5日，500吨级补燃循环液氧煤油发动机首次整机热试车圆满成功[32]。
- 2022年11月16日，航天科技六院北京航天试验技术研究所完成25吨级闭式膨胀循环氢氧发动机全系统试验，本次试验首次搭载推力闭环调节，主级工作过程中实现多个工况深度变推，试验按照预定程序起动，发动机工作正常，试验数据获取完整，试验取得圆满成功。[33]。
设计改动比较
编辑| 参数 | 2011年版 | 2021年版 | 2022年4月版 | 2022年10月版 | 2023年2月版 | 2023年4月版 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 高度 | 103米 | 108米 | 111米 | 114米 | ||||
| 直径 | 约19.5米（基本型总直径）
助推器：5米 |
一二级火箭：10.6米
三级火箭：7.5米 |
10.6米 | |||||
| 质量 | 4,137吨（基本型） | 2,861吨（长征九号A） | 1,964吨（长征九号B） | 4,122吨 | 4,369吨 | |||
| 起飞推力 | 5873吨 | 3915吨 | 2447吨 | 5873吨 | 5200吨 | 5873吨 | 6118吨 | |
| 级数 | 3级半（基本型） | 3级半（长征九号A） | 3级（长征九号B） | 3级 | 2级/3级 | |||
| 近地轨道运载能力 | 140吨 | 100吨 | 50吨 | 150吨 | 100-160吨 | 100-150吨 | ||
| 地月转移轨道运载能力 | 50吨 | 35吨 | 20吨 | 53吨 | 50吨 | 35-53吨 | 35-54吨 | |
| 助推器 | ||||||||
| 数量 | 4 | 2 | - | |||||
| 发动机 | 2台480吨级高压补燃液氧煤油发动机（YF-130） | |||||||
| 单发推力 | 4800kN | |||||||
| 比冲 | 308 | |||||||
| 燃料 | 液氧/煤油 | |||||||
| 一级火箭 | ||||||||
| 发动机 | 4台480吨级高压补燃液氧煤油发动机（YF-130） | 5台480吨级高压补燃液氧煤油发动机（YF-130） | 16台360吨级高压补燃液氧煤油发动机（YF-135） | 26台200吨级全流量补燃液氧甲烷发动机 | 24台240吨级高压补燃液氧煤油发动机 | 30台200吨级全流量补燃液氧甲烷发动机 | ||
| 单发推力 | 4800kN | 3600kN | 2000kN | 2400kN | 2000kN | |||
| 比冲 | 308 | 312 | 330 | 308 | 330 | |||
| 燃料 | 液氧/煤油 | 液氧/甲烷 | 液氧/煤油 | 液氧/甲烷 | ||||
| 二级火箭 | ||||||||
| 发动机 | 2台220吨级高压补燃液氧液氢发动机（YF-90） | 4台120吨级高压补燃液氧液氢发动机（YF-91） | 2台200吨级全流量补燃液氧甲烷发动机 | |||||
| 单发推力 | 2200kN | 1200kN | ~2200kN | |||||
| 比冲 | 453 | 442 | ~363 | |||||
| 燃料 | 液氧/液氢 | 液氧/甲烷 | ||||||
| 三级火箭 | ||||||||
| 发动机 | 4台25吨级膨胀循环液氧液氢发动机（YF-79） | 1台120吨级高压补燃液氧液氢发动机（YF-91） | 4台25吨级膨胀循环液氧液氢发动机（YF-79） | |||||
| 单发推力 | 250kN | 1200kN | 250kN | |||||
| 比冲 | 455.2 | 442 | 455.2 | |||||
| 燃料 | 液氧/液氢 | |||||||
类似火箭
编辑参考文献
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