中國運載火箭落後於日本？科學告訴你：中國火箭甩日本兩條街

（長征5號與H3）

近日，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）對其新一代火箭發動機LE-9與LE5B-3進行了燃燒實驗。這兩型發動機將用於日本之前公布的新一代運載火箭——H3火箭。日媒更是宣稱，要用這一火箭挑戰世界。那麼，這一款被日本寄予厚望的火箭其技術水平究竟如何？與我國現役最強火箭長征5號對比又如何呢？且聽筆者慢慢道來。

（JAXA公布的H3火箭的構型及數據）

根據JAXA對外公布的資料，H3運載火箭芯級直徑5.2m，可捆綁2或4枚直徑2.5m的固體助推器。芯一級使用2至3台LE9發動機，芯二級則為1台LE5B-3發動機。這兩型火箭發動機循環方式均為部分膨脹排放循環，H3也因此成為了全球首款沒有預燃室的大型運載火箭。H3的最大構型為H3-24L，芯一級使用2台LE9，捆綁4枚固推助推器並配備長衛星整流罩，起飛重量574噸，地球同步轉移軌道（GTO）運力6.5噸左右。與之相比的長征5號起飛重量869噸，GTO運力14噸。為何日本H3火箭推重比高於中國長征5號，但運載能力差距這麼大？

（H3的四種構型的命名規則及其運力水平）

有人肯定會奇怪為何H3要與長征5號比較。因為雖然兩者起飛重量相差300多噸，但是長征5號的起飛推力為1060噸，而H3的起飛推力卻達到了1120噸，略高於長征5號，所以說H3和長征5號可以同台競技是毫不誇張的。但是長征5號的GTO運力為14噸，理論低地球軌道（LEO）運力更是高達32噸。H3在起飛推重比遠高於長征5號的情況下，運力卻比長征5號差很多。

（JAXA的Epsilon火箭，其一級就是H2的助推器）

一大原因是助推器。H3起飛推進的近80%都來源於其4個固體助推器。而H3所採用的SRB-3助推器工作時間只有105秒，與之對應的長征5號助推器裝有2台YF100液氧煤油發動機，工作時間在180秒左右。日本的固體火箭技術來源於美國，但是日本至今沒有研製更大的固體助推器的能力，SRB-3也是H2所採用的固體助推器的改進版。在大推力煤油機上日本的經驗更是為零。所以在助推器上的巨大差距是H3與長征5號運力相差巨大的重要原因。

（試車台上的LE9發動機）

H3與長征5號的差距不只體現在運力上。H3的芯級發動機LE9採用了部分膨脹排放循環方式。這種循環方式是通過引出部分燃料，流經燃燒室和噴管壁中受熱膨脹後驅動渦輪泵將燃料與氧化劑送入燃料室的。這種方式的優點是不需要一般泵壓式發動機所必須的預燃室，渦輪的工作環境也十分溫和，工作溫度甚至不到400K。那麼LE9為何採用這種循環方式？原因是日本在火箭渦輪泵與燃燒室設計上十分落後。

日本另一款火箭發動機LE7A採用分級燃燒循環方式，這一方式的優點是燃燒室壓力可以非常高，燃燒室壓力的提高對發動機整體性能的提高十分有益。但是LE7A的室壓只有12兆帕。普通的泵壓式發動機室壓可以達到11兆帖，而同樣採用分級燃燒循環的RS25,RD0120發動機室壓都在20兆帕以上。

日本在火箭渦輪泵與燃燒室設計上的落後導致了其雖然採用分級燃料循環這一十分先進的循環方式，卻做出了LE7A這種分級燃燒循環發動機中的墊底貨。所以在LE9上，日本採用了對渦輪泵與燃燒室技術水平要求不高的部分膨脹排放循環。LE9的這一設計，可以說是一種倒退。

（長征5號點火起飛瞬間）

長征5號通過使用YF100分級燃燒循環液氧煤油發動機和YF77燃氣發生器循環氫氧發動機，達到了GTO14噸運力的高水平。其中YF100的富氧預燃技術，高室壓燃燒室與渦輪泵設計是以日本的技術水平完全無法達到的。YF77儘管採用最常見的燃氣發生器循環方式，其426秒的真空比沖也高於LE9這一投機取巧的產品。另外在上面級設計與多星入軌上，日本的差距更是明顯。所以，連首飛都還沒有進行的H3火箭，比起長征5號只能是望塵莫及。

作者：ScarletKaze

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