捷报频传！新一代运载火箭运力将迎大提升

2023年7月，3.35米直径通用氢氧末级在航天科技集团六院101所圆满完成10吨级氢氧发动机（YF-75H）综合性试车，标志着中国航天先进氢氧末级系统研制取得阶段性成果。本次试车成功开启了该氢氧末级系统级地面试验高密度实施阶段。

7月26日，航天科技集团六院101所完成新一代火箭通用氢氧末级（即3.35米直径通用氢氧末级）共底贮箱低温爆破试验，进一步验证了共底贮箱设计、制造的合理性与可靠性。本次试验任务共完成四次低温静力试验以及一次低温爆破试验。新一代火箭通用氢氧末级系统级地面试验高密度实施阶段的到来，意味着该级段已经进入加速研制工作，距离工程应用已不会太远。那么，新一代火箭通用氢氧末级将会用在哪些火箭上？又将进行哪些改进提升？

在现役新一代运载火箭当中，“长征五号”、“长征七号甲”、“长征八号”等3型火箭配备了氢氧上面级，其中“长七甲”和“长八”采用了3米直径通用氢氧末级，沿用了“长三甲”系列火箭的通用氢氧末级，具有成熟稳定、可靠性高的优点，但是也限制了“长七甲”和“长八”火箭运力和性能的提升。

对于“长七甲”和“长八”火箭而言，虽然末级火箭电气系统继承了“长七”等新一代运载火箭的技术，但是其箭体结构、发动机系统、增压输送系统等仍是20世纪90年代初的产物，制约了火箭运力的提升。同时，新一代大型高轨卫星的包络空间需求更大，需要配备直径5.2米整流罩，而3米直径末级对于大直径整流罩的适配能力差。基于上述原因，我国迫切需要研制3.35米直径通用氢氧末级，通过先进动力、先进结构、新型材料攻关，支撑型号综合性能的提升。

新一代火箭通用氢氧末级将直径由原来的3米提升至3.35米，推进剂贮箱容积增大，推进剂装载量更多，在发动机推力、比冲接近的情况下可以延长点火时间，进而提升火箭运力。新末级将双层蜂窝夹层真空共底贮箱改为PMI(Poly methacrylimide)夹层共底贮箱，将旋压金属夹层空腔全部填充高密度 PMI泡沫，在保证结构强度刚度的同时无需靶场抽真空流程。将主发动机由原来的YF-75替换为能力更强大、技术更先进的YF-75H，该发动机采用膨胀循环，混合比6.0，具备多次启动能力，拥有1个燃烧室，喷管面积比80:1，支持正负4度双向摇摆，真空推力为98.36千牛（约10吨），真空比冲442.6秒。发动机具备多次启动能力将有助于提升火箭运力特别是中高轨运力，使火箭具备将卫星直送地球同步轨道（GEO）的能力。

对于“长八”和“长七甲”火箭而言，改用“油箱”更大、发动机能力更强的末级火箭将带来运力的显著提升。以“长八”为例，其基本型长约50.3米，起飞质量约358 吨，起飞推力约480 吨，配备4.2米直径整流罩，其700千米太阳同步轨道（SSO）运力最大可达5.5吨，运载系数1.54%，地球同步转移轨道（GTO）运力2.8吨。改用新一代火箭通用氢氧末级的“长八改”长约50.5米，起飞质量约371吨，起飞推力约480 吨，配备5.2米直径整流罩，其700千米太阳同步轨道（SSO）运力不低于6.4吨，运载系数1.73%。显而易见，后者的700千米SSO运力提升了0.9吨，运载系数也提升了0.19个百分点，运力大幅增强的同时效率也显著提升。同时，“长八改”GTO运力也将明显超过3吨，基本覆盖目前“长三甲”和“长三丙”火箭的高轨运力区间。

作为“长三乙”火箭的替代者，“高轨新兵”“长七甲”火箭采用了与前者相同的3米直径通用氢氧末级。“长七甲”长60.1米（配备直径4.2米整流罩状态），起飞质量约570吨，起飞推力727吨，其地球同步转移轨道（GTO）运力不小于7吨，换用新末级和5.2米直径整流罩后，该箭的GTO运力将会显著提升，适应一部分“东方红五号”平台卫星的发射需求。

按计划，使用3.35米直径通用氢氧末级的“长八改”火箭将于2024年6月在海南商业航天发射场执行首飞工作。可以预见，一旦“长八”和“长七甲”火箭换用新型氢氧末级，将加速二者对于“长三甲”系列火箭的替代工作。与此同时，新型氢氧末级牵引的新型共底贮箱的研制应用也将为“长征五号”、“长征十号”乃至“长征九号”使用新型氢氧介质共底贮箱铺平道路。

作者：大白高国