俄成功发射新一代重型运载火箭，世界第一种发射成功的重型火箭是美国的土星5号

新闻背景

6月25日，美国第三枚“猎鹰重型”火箭升空，执行该火箭迄今为止“最困难”的发射任务，即将24颗卫星送入3个不同的轨道。 第二级火箭点火了4次。

冷战期间，美国和苏联都开发了用于载人登月的重型火箭。 后来，由于载人登月任务结束，重型火箭陷入了很长一段时间的沉寂。 近年来，随着重返月球计划和载人登月任务的启动，全球再次掀起了研制重型火箭的热潮。

1 重型火箭前景广阔

所谓重型火箭，是指起飞推力在3000吨左右、近地轨道运载能力在100吨左右的运载火箭。 世界上第一枚成功发射的重型火箭是美国的“土星5号”。 1969年至1972年间，先后将7艘“阿波罗”号载人登月飞船送入地月转移轨道，最终实现12人登陆月球。 美国宇航员成功登陆月球。 苏联因其研制的N1重型火箭多次发射失败而被迫放弃载人登月计划。 不过，他们后来又成功研制出了“能源”重型火箭，并用它发射了“暴风雪”号航天飞机。

近年来，重型火箭之所以再次受到美国和俄罗斯的青睐，就是将载人航天的目标瞄准了月球、小行星、火星等地外行星。 为此，首先要研制出能够发射大质量深空载人飞船的重型火箭。

载人登月飞船的质量一般在50吨左右，飞向月球时的速度要求至少为10.9公里/秒。 因此，近地轨道需要运载能力超过100吨的重型运载火箭来运载50吨重的航天器。 载人登月飞船被送入地月转移轨道。

由于小行星或火星距离地球较远，飞行时间较长，宇航员携带的环境控制和生命保障资源大大增加，因此载人小行星或火星飞船的质量会更大，而且飞行速度也必须更大。达到第二宇宙速度——11.2公里/秒，因此向小行星发射载人飞船或向火星发射载人飞船需要运载能力更大的重型火箭。 可见重型火箭在深空载人探测中具有举足轻重的作用。

重型火箭不仅可以用来发射大质量载人登月飞船和航天飞机，未来还可以用来发射载人小行星飞船、载人火星飞船、建设空间太阳能发电站等。

2 美国政府项目遭遇困难

美国政府提出“重返月球”计划后，首先想到的就是研制新一代重型运载火箭，并将其命名为“太空发射系统”。

“航天发射系统”可用于将多用途载人飞行器或大型有效载荷发射至近地轨道及更远地区，满足载人登月、小行星、载人登陆火星等深空探测任务需求。 它还可以作为“国际空间站”商业载人运输系统的备用运输工具。

早在2014年，NASA就发布了正在研发的新一代重型火箭——“太空发射系统”的照片。 该火箭由美国宇航局和波音公司联合开发。 这是一座高约117米、重约3000吨的庞然大物。 其近地轨道运载能力高达130吨。

“太空发射系统”采用两级半构型。 它不仅大量使用了航天飞机技术，还借鉴了原计划用于“星座计划”但现已取消的“战神5号”重型运载火箭的设计思路。 采取“两步走”发展模式：“航天发射系统”初始配置近地轨道运载能力70吨； 改进配置的“太空发射系统”近地轨道运载能力为130吨。

该太空发射系统原计划在2017年实现载人火箭的首次飞行。NASA还计划在2030年后开发改进的“太空发射系统”，并在2035年执行载人火星任务。

但“太空发射系统”项目进展迟缓，2017年未能实现首飞，目前初始构型的“太空发射系统”首飞已推迟至2020年。之后，美国政府向波音公司施压，称如果进一步拖延，可能会使用私营公司的重型火箭首次发射猎户座飞船绕月飞行。

3家民营企业抢尽风头

除了美国政府投资开发“太空发射系统”重型火箭初始配置外，美国私营企业也在研发重型火箭，并且发展迅速。 例如，美国太空探索技术公司已经成功发射了三枚猎鹰重型火箭，而且由于可以部分重复使用，因此成本非常低。

但准确地说，“猎鹰重型”是准重型火箭，因为它的近地轨道运载能力只有63.8吨。 采用两级半构型，起飞质量1420吨。 第一级火箭每次重复使用的发射价格为9000万美元。

“猎鹰重型”是在已批量发射成功的“猎鹰九号”火箭的基础上打造的。 它在核心第一级捆绑了两个大型助推器。 这两个大型助推器实际上与核心第一级完全相同。 该火箭是“猎鹰重型”的第一级，由3枚相同的火箭并联而成。 并联后最大宽度为12.2米。 每枚火箭配备9台Merlin-1D发动机，全部使用液氧。 /煤油，发射时共有27台发动机同时点火。 因此，“猎鹰重型”既强大又经济。

其第二级与猎鹰9号相同，但具有多重点火能力，大大增强了其任务适应性。

“猎鹰重型”最大的特点是其核心第一级、两个助推器甚至价值数百万美元的整流罩都可以回收再利用，可以大大降低火箭的发射成本。 冷战时期，美国用于发射“阿波罗”载人登月飞船的“土星5号”重型火箭每枚造价高达5亿美元，大致相当于今天的40亿美元。

如果第一级和两个助推器不回收，猎鹰重型运载火箭的近地轨道运载能力为63.8吨（相当于一架波音737客机的重量），地球静止转移轨道运载能力为26.7吨（相当于波音 737 客机的重量）。 T-34坦克的重量），前往火星的有效载荷能力为16.8吨（相当于一艘满载油轮的重量），前往木星的有效载荷能力为3.5吨。 因此，它不仅可以将非常大的卫星送入轨道，还具有执行载人月球或火星任务的潜力。 例如，载人舱和登月舱可以分两步发射到近地轨道，然后在轨道上对接发射载人登月飞船。

美国太空探索技术公司也在研制“大猎鹰”火箭，这是一种真正的重型运载火箭。 它直径9米，高118米，由两层组成。 该火箭近地轨道运载能力为100吨，可在轨加注燃料并重复使用。 它首先将用于运送日本游客绕月飞行，随后计划用于在美国政府之前将人类运送到火星。

4 俄罗斯拥有高科技，但寻求合作的资金却很少。

俄罗斯多次宣称将研制新一代载人登月重型火箭并建立月球基地。

早在2014年6月9日，俄罗斯航天局局长奥斯塔科就透露，为了实现登月计划，俄罗斯需要建造一枚近地轨道运载能力为80-85吨的重型火箭。

2014年9月2日，俄罗斯副总理罗戈津表示，普京总统同意开始研制载重150吨的重型火箭。 预计该项目还将分两期实施：第一阶段是运载能力70-80吨的火箭，下一阶段是120-190吨。

俄新社2019年表示，俄罗斯将建设由重型火箭、载人运输飞船和月球起降系统组成的太空运输基础设施。 其中，“叶尼塞”重型火箭的设计已经定型。 它由六个配备RD-171发动机的助推器和一个RD-180发动机核心级组成，长约100米。 这种重型运载火箭可将88-103吨货物送入近地轨道，将20-27吨货物送入月球轨道。

此外，俄罗斯还开始研制“顿河”超重型火箭，计划在2029年首次发射，将确保俄罗斯宇航员未来登陆月球。 与“叶尼塞”火箭相比，“顿河”火箭的负载能力更大，可向近地轨道发送125-130吨有效载荷，向月球轨道发送32吨货物。

俄罗斯具备成功研制“能源”重型火箭的基础。 它向美国出口大量RD-180火箭发动机。 因此，研制新一代重型火箭不存在技术问题，但资金严重不足。 为此，俄罗斯正在积极寻求全球合作。

5 中国也有宏伟计划

发展重型火箭，必须攻克重型火箭总体设计，以及超大推力发动机、超大结构等关键技术。 2014年12月，时任中国航天科技集团公司董事长的雷凡培表示，我们计划突破重型火箭、460吨液氧/煤油发动机、220吨液氧/液发动机总体设计氢发动机将在四到五年内问世。 以及8.5米直径火箭结构设计与制造等关键技术，为重型运载火箭的工程化发展奠定了基础。 他透露，重型运载火箭大约需要15年时间才能完成研制，并在2030年左右实现首飞。

据2018年底第十二届珠海航展相关信息显示，我国研制的重型运载火箭“长征九号”采用三级半构型，全长近百米，起飞推力约3000吨。 通过调整助推器数量，在核心级适应性上增加一台4800 kN推力液氧/煤油发动机，可建造50吨-140吨的近地轨道运载能力和100吨的月球转移轨道运载能力。 15-50吨。 承载能力12-44吨的系列车型。 该任务计划于2028年左右实现首飞，综合性能指标将达到国际运载火箭的先进水平。