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印度GSLV MK3重型运载火箭性能解析
关键字: 印度火箭运载火箭GSLVGTO地球同步轨道
大力神3E运载火箭,2台固推搭配芯一级毒发以及芯级总共3级的设计提供了7吨的GTO运载能力
GSLV的发射任务通常是把载荷送入地球转移轨道(GTO),在远地点的轨道圆化工作是卫星自己完成的。所以做运载能力对比时,笔者以GTO运载能力作为标准。根据资料,大力神3E的GTO发射能力是7吨,GSLV MK3在现阶段的运载能力是4吨,本次发射的卫星质量实际是3.1吨,还留有不少的载荷余量。同样的起飞重量,大力神3E的运载能力多出75%。
说到这里需要提一下的是,笔者在关注此次印度火箭发射的新闻消息时看到了一种有趣的说法。那就是不要纠结于GSLV MK3的运载能力不足,毕竟其总体结构是非常先进的固液结合,毕竟GSLV MK3的固体助推器是世界第二大的S200,毕竟火箭看上去令人震撼。
这样的说法笔者并不认同,在人类现阶段完全依赖化学火箭发射航天器的背景下,发射上天的每一千克重量都意味着更多的成本。因此运载火箭的各种先进技术应用的服务标准都是以提升运能为目标的,无论是火箭发动机推力和比冲的提升,还是新材料的应用,亦或是更为简洁却不失强度的箭体设计,都是希望在一定的重量条件下压榨出更多的运载能力。所以虽然说以运力来衡量火箭的性能显得非常简单,实际却是最客观的衡量标准。
GSLV MK3火箭的飞行时序
GSLV MK3运力捉急的原因是多方面的,而且即使采用了时新的固液结合设计和S200这个世界第二粗的固推火箭助推器助阵,也没有能够弥补火箭在其他设计上的缺陷。
比如助推器与芯级之间存在结构设计问题,导致S200在燃烧结束15秒之后才能分离,采用类似发射时序的大力神3E的这一数据大约为4秒。两枚S200助推的空重高达60多吨,也就是说这部分死重在火箭身上多留差不多10秒之后才能顺利脱离,这段时间的影响对火箭燃料的应用效率可谓不低,火箭燃料的应用效率最终的直接体现就是载荷能力的大小。
除此之外,GSLV MK3的芯二级,也就是C25部分燃料携带量偏低也是影响GTO运载能力的重要原因之一,C25燃料携带量偏低的锅则应该由芯一级的发动机Vikas来背,原因如下:
GSLV MK3的总起飞重量是640吨,两侧助推重量472吨,芯级部分总重约170吨,两台Vikas发动机能够提供的总推力只有约160吨。即便芯一级L110在固推熄火之前26秒提前开始工作,当固推分离时通过燃料的消耗已经降低了一部分芯级总重,GSLV MK3在这一阶段的飞行仍然面临推重比将将够用的局面,因此在这种情况下如果还要加大上面级C25的燃料储量,甚至使用更大推力的上面级氢氧发动机,那么势必会造成火箭在中间段飞行过程中推重比严重不足的局面,甚至会影响到发射任务的成功与否。
GSLV MK3后续改进型,芯一级使用更大推力的复杂循环煤油发动机,GTO运载能力提高到6.2吨,但是总体运载效率还是处于国际偏低水平
作为GSLV MK3的研发方,印度空间研究组织(ISRO)也自然清楚这一问题,因此下一阶段的改进就包括了芯一级使用印度自主研发的SCE-200复杂循环液氧煤油发动机,根据印度官方的说法,这种发动机能够提供182吨的海平面推力和200吨的真空推力,那么就能够使用更大的上面级C30,最终把GTO提高到6.2吨的水准。虽然只是比目前的4吨多出了2.2吨,考虑到目前国际市场主流同步轨道商业卫星的重量,提高载荷能力后的印度大火箭至少能在商业发射市场上抢一杯羹。
平心而论,作为ISRO的拳头产品,GSLV MK3确实存在一些技术亮点,包括总体结构思路和大推力的固推都可圈可点,只是印度人不注重细节打磨的生性和糟糕的基础工业能力拖累了GSLV的最终运载性能,实在是可叹。
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- 责任编辑:王宇波
- 最后更新: 2018-05-17 21:16:15
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