srb 为什么日本的火箭技术始终不如中国?

admin天气2023-11-25 18:17:351590

1、为什么日本的火箭技术始终不如中国?

日本的火箭技术,可不是一直落后于我国的,甚至在很长的一段时间里,还要领先于我国。只不过,在今天我国的运载火箭的运力已经超越了日本的运载火箭,唯有液氢液氧火箭发动机,这一项还不如日本。

目前来说,日本最先进的运载火箭就是“H2B”,我国最先进的运载火箭是“长征5号”。可以说,在长征5号运载火箭首飞之前,我国是没有一型运载火箭的运载能力可以超过H2B的。

我国第一枚运载火箭是在1970年,将东方红一号卫星送入太空的长征1号。长征5号运载火箭是在2016年进行首飞的。

而日本第一枚运载火箭也是在1970年进行首飞的,并将大隅号卫星送入太空。

也就是说,从1970年~2016年,这46年时间里,日本的运载火箭技术是要高于我国的。

由此可见,并不是,我国的火箭技术一直领先日本,而是日本的运载火箭技术,在很长一段时间里领先于我国,这种情况直到2016年才结束。

H2B运载火箭

该火箭于2009年进行首飞,近地轨道运载能力为16.5吨,地球转移轨道运载能力为8吨,起飞重量为551吨。可以算一下,其吨/推力为33和68。

H2B型运载火箭为二级半构型,芯一级安装有2台单台推力为110吨的LE-7A液氧液氧火箭发动机,以及捆绑了4台单台推力为230吨的SRB-A改进型固体助推器。

芯二级安装有1台推力为138吨的LE-5B液氧液氧火箭发动机。

由此可见,H2B运载火箭完全是由液氧液氧火箭发动机和固体助推器推动的,这点倒是走了美国的路线,也可以说日本的火箭技术与美国有较大的关系。

其中LE-7A液氢液氧火箭发动机的工作时间为390秒,比冲为440秒,采用了分级燃烧循环,燃烧室压力为12.7Mpa。

LE-5B液氢液氧火箭发动机的工作时间为534秒,比冲为447秒,采用膨胀循环。

两台液氢液氧火箭发动机的技术实力还是不错的。

长征5号运载火箭

长征5号运载火箭也算是二级半构型。其近地轨道运载能力为25吨,地球转移轨道运载能力为14吨,起飞重量为867吨。可以算一下吨/推力为34和61。

芯一级安装有2台单台推力为50吨的YF-77液氢液氧火箭发动机,并捆了8台单台推力为120吨的YF-100液氧煤油火箭发动机。

芯二级安装有2台单台推力为9吨的YF-75D液氢液氧火箭发动机。

其中YF-77液氢液氧火箭发动机的推力为70吨,比冲为430秒,燃烧室压力为10.2Mpa。

YF-75D液氢液氧火箭发动机的推力为9吨,比冲为442s,采用膨胀循环。

通过对比可知,日本在液氢液氢火箭发动机技术上,是完全领先于我国的。主要就是因为,日本研发液氢液氢火箭发动机的时间比较早,外带着美国的支援。

要说液氧煤油火箭发动机与俄罗斯有关系的话,那么,我国的液氢液氢火箭发动机完全是靠自研的,根本无法从国外获得,毕竟俄罗斯也没有可用的液氢液氧火箭发动机,而欧美就不用想了。

所以说,现在阶段,在液氢液氧火箭发动机技术上不如日本也很正常。但是在液氧煤油火箭发动机技术上,我国是要领先日本不少的。毕竟日本根本就没有,可用的液氧煤油火箭发动机。

以上只是两国现阶段的火箭发动机技术。

而在未来,我国会有推力为220吨的YF-90液氢液氧火箭发动机。和推力为25吨的YF-79液氢液氧火箭发动机,以及921和长征9号重型运载火箭。目前来说,YF-90液氢液氧火箭发动机的样机已经制造完成,就剩试车了。

而日本会有推力为150吨的,LE-9液氢液氧火箭发动机。该发动机的样机,是在2017年制造完成的。且在2021年7月21日的试车中出现了问题,好像是氧泵出现了问题。

也就是说,日本的下一代液氢液氧火箭发动机,的进度要比我国早了近4年时间。但是最大推力却比不上我国的产品。

也就是说,当YF-90液氢液氧火箭发动机成功之后,将一举超越日本,仅次于美国。

而在下一代运载火箭上,无论是921,亦或是长征9号的运载能力都不是日本的H3可以相比的。

除了液氢液氧火箭发动机,下一代运载火箭之外,还有固体火箭助推器。

目前来看,我国的推力为500吨,直径为3.5米的固体火箭助推器,已经试车成功了。而H3运载火箭,所捆绑的SRB-3固体火箭助推器的推力为230吨,不过在2020年试验成功。

在固体火箭助推器上,我国也是要比日本先进的。

综合来看,目前日本也只有,液氢液氧火箭发动机技术比我过领先一些,其他的像固体火箭助推器,液氧煤油火箭发动机,火箭的运载能力都比不上我国当然产品。

毕竟在早期,日本航天是有美国帮助的,在液氢液氧火箭发动机技术领先于我国,也很正常。但是再过几年,凭借着我们自己的努力,液氢液氧火箭发动机将会完全的超越日本。

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2、中美载人航天技术差距在哪里?

首先要告诉大家的是:在航天领域,我国与美国的差距主要就是体现在“火箭发动机,深空测控网”这两个方面。

因为这两个方面的技术实力决定了可以发射多重的航天器,以及航天器最远可以飞到哪里去。至于载人登月,空间站,宇宙飞船这些,都是基于运载火箭的运载能力而逐步推进的。只要有了运载能力较强的火箭,那载人登月,载人登火都不是事。

火箭发动机

决定运载火箭运载能力强弱的主要就是“火箭发动机”,故,运载火箭载荷的大小,就与火箭发动机的推力大小有关。

而在火箭发动机技术上,美国绝对是首屈一指的存在。

美国的火箭发动机技术

无论是液氧煤油火箭发动机,还是液氢液氧火箭发动机,亦或是液氧甲烷火箭发动机,美国的技术都是世界领先的。

先来看比冲最高的液氢液氧火箭发动机

美国的液氢液氧火箭发动机

美国现役的液氢液氧火箭发动机也就是采用燃气发生器循环,推力为338吨,海平面比冲为359秒,真空比冲为412秒,且作为德尔塔4运载火箭起飞助推器的RS-68A液氢液氧火箭发动机。

还有采用分级燃烧循环,推力为220吨,海平面比冲为366秒,真空比冲为452秒,作为SLS运载火箭芯一级的RS-25液氢液氧火箭发动机。

也有采用闭式膨胀循环,推力只有11.2吨,比冲为456秒,作为SLS运载火箭的上面级的RL10B-2液氢液氧火箭发动机。

这三种液氢液氧火箭发动机的技术水平是相当高的,比冲,推力,循环方式可以说是天下一绝。

我国的液氢液氧火箭发动机

目前来看,我国技术水平最高的液氢液氧火箭发动机就是YF-77,YF-75D。

YF-77液氢液氧火箭发动机采用了燃气发生器循环,推力为70吨,海平面比冲为312秒,真空比冲为430秒,燃烧室压力为10.2Mpa,是作为长征五号运载火箭的芯二级发动机。

其次就是采用闭式膨胀循环,推力为9吨,真空比冲为442秒,作为长征五号运载火箭的芯三级发动机YF-75D液氢液氧火箭发动机。

不过,还有正在研发的用于长征9号重型运载火箭的YF-90液氢液氧火箭发动机,其推力达到了220吨,真空比冲为454秒,使用了高压补燃循环技术,室压为18.3Mpa,主要作为长征九号的芯二级发动机。

还有采用闭式膨胀循环,推力为25吨,比冲为455秒,作为长征九号的芯三级发动机YF-79液氢液氧火箭发动机。

而在火箭发动机采用的循环方式上,技术难度从难到易,分别是“全流量分级燃烧循环>分级燃烧循环>燃气发生器循环>双膨胀循环>膨胀循环>挤压循环”。

可见,在火箭发动机的循环方式上,美国依然是领先的。即便在比冲,推力层次上,也是美国领先的。

固体火箭发动机

说起固体火箭发动机技术上,我国可以说是后发先至,已经赶上了美国的水平。

美国的固体火箭发动机

美国的固体火箭发动机就是SRB,该固体助推器的直径在3.05米~3.71米之间,整体长度为38.4 米,装填的推进剂质量为 503吨,推力约1176 吨,燃烧室分 4 段,壳体采用 D6AC 高强度钢材。

不过,美国又在航天飞机上用的SRB固体助推器的基础上发展的应用在太空发射系统上的新型SRB固体助推器,主要就是通过增加长度的方法,将推力增加到了1600吨左右。

也就是说,SRB固体助推器的推力之所以可以超过1600吨,主要全仰仗分段式的设计结构 ,如果只算一段的话,那推力也仅有400多吨。

我国的固体火箭发动机

我国研发出来的固体火箭发动机的直径为3.5米,推力达到了500吨,这已经是整体固体火箭助推器的天花板水平了。如果按照美国那样搞分段式设计时,总推力妥妥地上到2000吨。

液氧甲烷火箭发动机

就该类型的火箭发动机而言,美国绝对是世界最先进技术的掌握者,而我国则紧随其后。

美国的液氧甲烷火箭发动机

美国现有的液氧甲烷火箭发动机就是SpaceX公司研发的“猛禽”液氧甲烷火箭发动机。该液氧甲烷火箭发动机的推力为200吨。还有蓝色起源公司的BE-4液氧甲烷火箭发动机。从理论上来看,该发动机最高可以提供240吨的推力。

我国的液氧甲烷火箭发动机

我国目前也就只有钱“天鹊-12”液氧甲烷火箭发动机,该发动机的海平面推力约为67吨,真空推力约为80吨。

综合来看,在火箭发动机技术上,美国还是处于绝对的领先地位。

深空测控网

深空测控网就是监测航天器,并与其进行通讯的基础性设备,主要是作为支持深空探测任务实施的核心系统。

深空测控网一般是由航天器上的“星载测控分系统,地面的深空测控站,深空任务飞行控制中心”这三部分构成。为了克服地球自转的影响,三个深空测控网的站点就必须可以全部覆盖地球,那就必须以120°的经度分布。

美国的深空测控网

美国在美国NASA深空网由在全球按经度间隔接近120°分布的三处深空通信综合设施组成, 分别位于美国加州的戈尔德斯通,西班牙的马德里,澳大利亚的堪培拉。目前来看,美国的深空测控网已经具备了对90亿千米范围内航天器的测控能力。

我国的深空测控网

我国的深空测控网主要由佳木斯深空站,喀什深空站,阿根廷深空站组成。目前我国的深空测控网已经具备了对十亿千米范围内航天器进行测控的能力。

由此可见:在深空测控网技术上,我国距离美国还是有一定的差距,毕竟如今的旅行者一号已经飞到了太阳系的边缘。

综上所述:在航天领域,美国的优势还是比较大的。其起步比较早,也取得了相当了不起的成就,如载人登月,发射各种深空探测器。而作为追赶者,我国的技术有些落后美国也很正常。

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3、日本的宇航技术怎么样?

打个很通俗的比方,日本的航天,就如同天使脸庞魔鬼身材的修女,本身并无缺陷,唯一的问题就是男人无法靠近。

日本航天的特色就是集中精力攻坚最关键最困难的技术,而且确实也搞定了,但是配套的辅助技术,以及市场开发,就完全不管了。日本的航天产业,严格来说只是为了科研而存在的,属于以项目带科研的类型。这和日本的军工一样,最大也是唯一的目标是保持本国的科研和制造能力。

日本航天技术的最佳体现是隼鸟号,总计航程60亿公里,在小行星上着陆并带回样品,创造了人类航天史上的第一。隼鸟和月兔一样也是因为缺乏经验一身伤病上路的,但是日本制造的NB就体现在这里,原本是4年的飞行计划,在近乎停电的情况下靠着残废的发动机跌跌撞撞飞了7年愣是回地球了。

坊间称之为“阿波罗13号之后人类航天史上最大的奇迹”,实际上两者真的是挺相似的,连最后偷电启动推进器这点都一样。这个项目能够成功很大程度也是因为上帝保佑,后期科研团队集体跑去神社许愿。

但是后面的事情就不那么美妙了,隼鸟系列的团队于2013年解散,深空探测项目终止。估计原本就没打算做后续发展,隼鸟发射是搭的MV火箭的顺风车,而MV火箭的存在,是因为要研制大型固体火箭,至于固体燃料火箭则是洲际导弹技术的核心(航天上用于重型火箭的助推器,MV的继承者是Epsilon系列火箭),这样就绕回国防了。

H2用的LE7是日本第一次自主研发一级主发动机,居然一步登天开发分级循环的氢氧机,真空推力1070KN,比重446。

H2系列火箭的底子很好,缺乏助推的问题也基本解决了(H2商业化不利主要是卡在SRB助推上,H2A绑了SRBA3后好多了),进军世界航天市场应该不成问题,但看发射清单,发射任务被日本国内用户刷屏,仅有的海外用户是美国和越南。

归根结底,日本领导层从来就没指望航天能赚钱,能养活自己最好,不能的话就当技术储备了。国家给航天的钱从来没断过,但是在可见的将来也没有大笔烧钱的打算。H2B用于载人航天一点问题都没有,日本要搞定宇宙飞船也是很简单的事情(至少美国不会对它封锁这类技术),但是烧几千亿日元振奋民心这样的事,日本政府就懒得干。

话说回来,日本航天这个思路和我国很多高精尖项目的思路有似曾相识之处,从一开始就没想着要投入市场,纯粹是为了破除外国的技术封锁才研发的,人家封锁一解除,关键部件统统换成进口的,皆大欢喜。