印度SSLV拥有中型火箭的体量,仅有小型火箭的运力,发动机效率是关键

北京时间2023年2月10日11:48,搭载主星EOS-07和搭载星Janus-1、AzaadiSAT-2等3颗卫星的SSLV D2运载火箭,从斯里赫里戈达岛萨迪士达万航天中心1号工位发射升空,卫星顺利进入近地轨道(LEO)。

此役,是SSLV火箭在去年8月首次测试飞行失利之后的第2次测试飞行,成功复飞意味着印度固体运载火箭首次迈入百吨级。不过,SSLV成功复飞也仅仅意味着印度首次拥有了LEO运力达到0.5吨级的固体火箭,该火箭拥有的是中型固体火箭的体量,却只具备小型固体火箭的运力,是一型整体水平偏低的入门级火箭。

SSLV(Small Satellite Launch Vehicle)为四级小型运载火箭,一二三级采用固体级段,均使用端羟基聚丁二烯(HTPB),四级配备的是名为速度修正模块(Velocity Trimming Module,VTM) 的液体级段,采用一甲基肼/四氧化二氮(MMH/ MON3)推进剂。该箭长34米,芯级最大直径2米,起飞质量为120吨,起飞推力2600千牛(约265吨),推重比约2.21,其LEO运载能力为0.5吨,运载系数约0.42%。

在世界现役固体运载火箭当中,SSLV火箭的起飞质量已经接近我国的“力箭一号”,后者的起飞质量为135吨,LEO运力约为2吨,运载系数约1.48%,起飞质量较SSLV仅高出12.5%,运力则高出300%,运载效率相差悬殊。SSLV的LEO运力仅比我国小型固体火箭“谷神星一号”略高,后者的起飞质量仅有30吨,LEO运力0.4吨,运载系数约1.33%,仅用了SSLV火箭20%的起飞质量获取了达到其80%的运力,运载效率也很悬殊。横向对比中,SSLV相形见绌,那么这型火箭运载效率不高的原因在哪里?

运载效率(运载系数)是反映运载火箭整体水平的关键指标之一,影响其高低的主要因素包括结构系数、发动机比冲、飞行控制等,其中发动机比冲是影响火箭运载效率的核心要素之一。具体到SSLV火箭,其芯一级SS1发动机比冲为117秒,芯二级SS2发动机比冲为121秒,芯三级SS3发动机比冲为112秒,在世界现役固体发动机当中,它们的比冲都严重偏低。以我国“长征十一号”固体火箭为例,该箭芯一级直径2米,起飞质量39.8吨,起飞推力120吨,发动机海平面比冲达到248秒,而SSLV芯一级直径亦为2米,起飞质量87吨,发动机海平面比冲117秒,相较于“长十一”,SSLV的芯一级笨重而低效。

“管中窥豹,可见一斑”,印度SSLV集成的是一些相对落后的火箭技术,运载效率较低是必然结果。另一方面,SSLV将印度固体火箭的运力提升至0.5吨级,并且还拥有成本低、一箭多星适应性强、响应速度快、发射基础设施要求低等优点,具备商业化应用的基本条件,将面向小型、微型或纳米卫星发射市场提供发射服务。
作者:大白高国