長征九號運載火箭
長征九號（英語：Long March 9）縮寫為「CZ-9」或「LM-9」，是中國航天科技集團研製的一型可重複使用重型運載火箭[3][4]。主要用於中國載人登月、火星科考取樣返回、載人登火、太陽系外圈行星探測等多種大運載高難度任務。歷任總設計師為張智[5][6]、楊虎軍[7]，現任總指揮為岑拯[8]。
 長征九號火箭模型（2022版） | |
| 用途 | 重型運載火箭 |
|---|---|
| 製造者 | 中國運載火箭技術研究院 |
| 製造國家 |  中華人民共和國 |
| 外型及質量參數 | |
| 高度 | 114米（374呎） |
| 直徑 | 10.6米（35呎） |
| 質量 | 4,369,000公斤（9,632,000磅） |
| 節數 | 3（基本型） 2（二級串聯構型） |
| 酬載量 | |
| 至LEO有效載荷 | |
| 質量 | >150,000公斤（330,000磅）[1] |
| 至LTO有效載荷 | |
| 質量 | 54,000公斤（119,000磅）[2] |
| 至MTO有效載荷 | |
| 質量 | 44,000公斤（97,000磅）[2] |
| 相關火箭 | |
| 本系列 | 長征系列運載火箭 |
| 相似型號 | |
| 發射歷史 | |
| 現況 | 研製中 |
| 第一級 | |
| 直徑 | 10.6米（35呎） |
| 燃料重量 | 3,420,000公斤（7,540,000磅） |
| 引擎 | 30台200噸級全流量分級燃燒循環甲烷發動機 |
| 單引擎推力 | 30×2,000 千牛 |
| 比衝量 | 330 s（3.2 km/s） |
| 燃料 | 液氧/甲烷 |
| 第二級 | |
| 直徑 | 10.6米（35呎） |
| 燃料重量 | 370,000公斤（820,000磅） |
| 引擎 | 2台200噸級全流量分級燃燒循環甲烷發動機 |
| 單引擎推力 | 2×2,200 千牛 |
| 比衝量 | ~363 s（3.56 km/s） |
| 燃料 | 液氧/甲烷 |
| 第三級 | |
| 直徑 | 10.6米（35呎） |
| 燃料重量 | 140,000公斤（310,000磅） |
| 引擎 | 4台YF-79 |
| 單引擎推力 | 4×250 千牛 |
| 比衝量 | 455.2 s（4.464 km/s） |
| 燃料 | 液氫/液氧 |
研製歷程
過去的傳統構型
由於可回收火箭的發展，長征九號新構型經歷了推倒重來的步驟，據悉在2011年左右，本來長征九號已完成深度論證，計劃於2033年前後首飛。當時規劃其芯級箭體直徑10米級、近地軌道運載能力不低於150噸，奔月轉移軌道運載能力不低於50噸，奔火轉移軌道運載能力44噸[9][10]，與美國土星五號運載火箭運力相近[10][9]，故而對於中國未來的航天事業有着重要的戰略意義。根據長征三號總設計師透露，長征九號火箭長度可達114米，起飛推力6000噸級，能把150噸的航空器送入太空[11][12]。
截至2016年，長征9號當時的設計仍為三級火箭，第一級核心直徑為10米，使用一組四台發動機。基礎型號有四個直徑達 5 米的液體燃料助推器，近地軌道有效載荷能力 140,000 公斤；長征9號A有兩個額外的助推器，近地軌道有效載荷能力 100,000 公斤；長征9號B則只僅具有 10 米直徑的核心級和 50,000 公斤的近地軌道有效載荷能力。[13]長征九號的預期有效載荷能力屬於超重型運載火箭級別，研製計劃於2021年獲中國政府正式批准。2021年2月22日，中共中央總書記習近平、國務院總理李克強等黨和國家領導人在人民大會堂接見了嫦娥五號任務參研人員並參觀相關展覽，其中包括原始長征九號模型和展板[14]。
2021年，發表全新設計
2021年6月24日，長征系列總設計師龍樂豪在香港大學發表題為「長征火箭與中國航天」的演講，公開了有關長征九號的重大更新。長征九號的最初設計名為第11號版本（2011年），但已被名為第21號版本的新設計取代。
新設計具有許多變化，包括一級火箭直徑由9.5米增至10.6 米、總高度由103米增至108米、質量由4137噸降至4,122噸。第一階段將使用16台YF-135液氧煤油發動機，每台推力超過300噸；第二、三級將使用120噸氫氧發動機，其中第二級裝有4台，第三級裝有1台。所有油箱改為通用艙壁設計，並不具有外部助推器。近地軌道的有效載荷能力從140噸增加到150噸，而地月轉移有效載荷增加到 53 噸。龍樂豪指出，截至發佈時，新版本仍在審核中。[15][16]
有觀點認為之所以改為全新設計，是考慮到更有利於重複使用火箭第一級，其設計思路也更接近SpaceX星艦[17]，而老設計則對應美國的土星五號與太空發射系統。[17]
2022年：可回收登月的探索
2022年4月23日，龍樂豪又公開了長征九號的新設計。第22號版本具有可重複使用的第一級，無側面助推器，第二級和第三級由120噸氫氧發動機提供動力，與第21號版本非常相似。然而，第一級和第二級核心直徑增加至11米，第三級直徑為7.5米。總長度增加至111米，質量為4122噸。第一級裝有26台200噸液氧甲烷發動機，代替之前設計的YF-135發動機提供動力。近地軌道的有效載荷能力為150噸，地月轉移有效載荷增為50噸。[18]
2022年10月期間，龍樂豪再次繼續提供了長征九號的新設計細節。新版本的第一級和第二級的直徑變回10.6米，第三級的直徑變為與第一級和第二級一樣，總長度增加為114米，第一級動力改為24台240噸液氧煤油發動機。近地軌道的有效載荷能力為100-160噸，地月轉移有效載荷增為35-53噸。[19]
2023年：理想火箭接近定案
2023年2月28日，龍樂豪在南京理工大學校友終身學習雲講座中公佈了長征九號的新設計。新版本與上一版本相差不大，主要改變在於一二級動力，一級和二級分別改為30台及2台200噸級液氧甲烷發動機，起飛推力增至6118噸，而全重亦增至4369噸，有兩種狀態，分別為三級串聯的基本型及二級串聯構型，基本型地月轉移軌道運載能力為35-54噸，用於 執行深空探測任務；兩級串聯構型的低軌運載能力為100-150噸，用於執行近地軌道任務。[20]
2023年4月21日，CALT發佈的新演示文稿顯示，在上一版本的長征九號基礎下，第三級改由4台YF-79膨脹機循環氫氧發動機提供動力，每台推力為25噸。[21]
發動機研製進展
- 2019年3月24日，中國航天科技集團有限公司宣佈長征九號火箭500噸級液氧煤油發動機燃氣發生器-渦輪泵聯動試驗取得圓滿成功[22]。
- 2021年3月5日，500噸級液氧煤油火箭發動機，全工況半系統試車取得成功。此次試驗為引擎除推力裝置外，組件配套完整的系統試車，也是該型引擎首次全工況試車。試車啟動、轉級、變工況與關機過程工作平穩，驗證了引擎設計、製造和試驗方案，為下一步進行引擎整機試車等研製工作奠定基礎[23][24][25][26]。
- 2021年7月28日，航天科技集團六院11所（京），重型運載火箭220噸級補燃循環氫氧引擎完成首台工程樣機生產[27]。
- 2021年8月2日，中國航天科技集團一院首都航天機械有限公司重型運載火箭研製團隊在武漢完成了中國首件直徑9.5米貯箱箱底圓環的組合焊接[28]。
- 2021年9月23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 [29]。
- 2021年9月28日，長征9號運載火箭1:10模型首次在中國國際航空航天博覽會於一般民眾前亮相。
- 2021年12月10日和12月17日，六院北京航天試驗技術研究所進行了25噸級膨脹循環氫氧發動機首台推力室擠壓試驗，試驗取得圓滿成功[30]。
- 2022年9月5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，這是世界上最大規模的閉式膨脹循環發動機試車[31]。
- 2022年11月5日，500噸級補燃循環液氧煤油發動機首次整機熱試車圓滿成功[32]。
- 2022年11月16日，航天科技六院北京航天試驗技術研究所完成25噸級閉式膨脹循環氫氧發動機全系統試驗，本次試驗首次搭載推力閉環調節，主級工作過程中實現多個工況深度變推，試驗按照預定程序起動，發動機工作正常，試驗數據獲取完整，試驗取得圓滿成功。[33]。
設計改動比較
| 參數 | 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 | ||||
| 直徑 | 約19.5米（基本型總直徑）
助推器：5米 |
一二級火箭：10.6米
三級火箭：7.5米 |
10.6米 | |||||
| 質量 | 4,137噸（基本型） | 2,861噸（長征九號A） | 1,964噸（長征九號B） | 4,122噸 | 4,369噸 | |||
| 起飛推力 | 5873噸 | 3915噸 | 2447噸 | 5873噸 | 5200噸 | 5873噸 | 6118噸 | |
| 級數 | 3級半（基本型） | 3級半（長征九號A） | 3級（長征九號B） | 3級 | 2級/3級 | |||
| 近地軌道運載能力 | 140噸 | 100噸 | 50噸 | 150噸 | 100-160噸 | 100-150噸 | ||
| 地月轉移軌道運載能力 | 50噸 | 35噸 | 20噸 | 53噸 | 50噸 | 35-53噸 | 35-54噸 | |
| 助推器 | ||||||||
| 數量 | 4 | 2 | - | |||||
| 發動機 | 2台480噸級高壓補燃液氧煤油發動機（YF-130） | |||||||
| 單發推力 | 4800kN | |||||||
| 比沖 | 308 | |||||||
| 燃料 | 液氧/煤油 | |||||||
| 一級火箭 | ||||||||
| 發動機 | 4台480噸級高壓補燃液氧煤油發動機（YF-130） | 5台480噸級高壓補燃液氧煤油發動機（YF-130） | 16台360噸級高壓補燃液氧煤油發動機（YF-135） | 26台200噸級全流量補燃液氧甲烷發動機 | 24台240噸級高壓補燃液氧煤油發動機 | 30台200噸級全流量補燃液氧甲烷發動機 | ||
| 單發推力 | 4800kN | 3600kN | 2000kN | 2400kN | 2000kN | |||
| 比沖 | 308 | 312 | 330 | 308 | 330 | |||
| 燃料 | 液氧/煤油 | 液氧/甲烷 | 液氧/煤油 | 液氧/甲烷 | ||||
| 二級火箭 | ||||||||
| 發動機 | 2台220噸級高壓補燃液氧液氫發動機（YF-90） | 4台120噸級高壓補燃液氧液氫發動機（YF-91） | 2台200噸級全流量補燃液氧甲烷發動機 | |||||
| 單發推力 | 2200kN | 1200kN | ~2200kN | |||||
| 比沖 | 453 | 442 | ~363 | |||||
| 燃料 | 液氧/液氫 | 液氧/甲烷 | ||||||
| 三級火箭 | ||||||||
| 發動機 | 4台25噸級膨脹循環液氧液氫發動機（YF-79） | 1台120噸級高壓補燃液氧液氫發動機（YF-91） | 4台25噸級膨脹循環液氧液氫發動機（YF-79） | |||||
| 單發推力 | 250kN | 1200kN | 250kN | |||||
| 比沖 | 455.2 | 442 | 455.2 | |||||
| 燃料 | 液氧/液氫 | |||||||
類似火箭
參考文獻
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