在未来的载人登月计划中，我国正在研发两款火箭，分别是长征十号、长征九号，前者用于发射载人飞船，后者则是重型火箭，运载能力可达150吨，是全球最大的火箭之一，难度更大。

据央视报道，今年我国重型火箭工程立项申报，重型火箭任务覆盖面广，应用场景丰富，将作为大规模深空探测活动实施的基础保障。

航天一院总体部总体室副主任魏威表示，我国正在研制新一代载人运载火箭、重型运载火箭。

此外，未来还将推出航班化航天运输系统，航天发射活动将像高铁和飞机一样实现航班化运行，使我国进出空间能力实现革命性变化。

据了解，长征九号重型火箭难度更大，将是全球最大的火箭之一，直径达到10米级(10.5米)，高度110米左右，研制成功后低轨道的运载能力将达到150吨，地月转移轨道的运载能力将达到50吨以上。

1、重型运载火箭长征九号将在2030年左右完成首飞

我国重型火箭论证开始于2010年，历时10余年，经历了预研、关键技术深化论证等发展阶段，目前处于立项前论证阶段。随着运载火箭国际发展趋势不断变化，任务场景逐渐丰富，技术创新加速迭代，重型火箭方案持续优化，发展方向更加聚焦。

2020年以来，重复使用技术日趋成熟，成为下一代运载火箭的重要特征，智能飞行等新技术应用从本质上提升了火箭飞行可靠性。同时考虑我国运载火箭型谱发展规划，任务场景更加丰富，为更好地支撑航天强国建设，遵循先进性、可靠性及经济性等原则，基于重复使用和串联构型，对火箭构型进行了优化，形成了重型运载火箭系列化型谱及发展路线。

重型火箭基本型为三级串联构型，地月转移轨道运载能力约50吨，用于执行深空探测任务，起飞重量约4000吨，起飞推力约6000吨，全箭高度约110米，箭体结构直径达到10米级，一子级具备重复使用能力。在基本型基础上，取消三子级，形成两级串联构型，低轨运载能力约150吨，用于执行近地轨道任务，一子级具备重复使用能力。随着重复使用技术发展，未来将攻克二子级轨道再入重复使用关键技术，研制具备完全重复使用能力的重型运载火箭。

2、世界上的重型火箭

重型火箭的鼻祖是美国1967年11月第一次发射的土星五号，一共发射13次，1969年7月16日，成功发射阿波罗11号，帮助美国超过苏联完成了最辉煌的创举——载人登月。这款火箭高达110.6米，直径10.6米，起飞推力约3500吨，最高能把140吨的航天器送到近地轨道，也可以把47吨的飞船送到地月转移轨道。除了12次发射阿波罗飞船以外，土星五号还发射了迄今为止世界上最大的空间站轨道舱，天空实验室，重量达到了80吨，一个舱段的容积超过了中国空间站三个舱段之和。

与此同时，地球的另一端苏联也在研制重型火箭，N1火箭堪称是天才般的设计，其出色的动力冗余设计太过超前，直到2010年才被美国的SpaceX公司真正实现。N1起飞推力达到4620吨，近地轨道运载能力98吨。但是，这款火箭没有发射成功，也就没能挑战土星五号的地位。后来苏联还研制了发射航天飞机的能源号火箭，近地轨道运力达到100吨左右，但也赶上了苏联解体的年代，从而也是一个短寿命的火箭。

此后几十年再无重型火箭面世，土星五号也就成为了绝唱。直到2018年，SpaceX公司成功发射猎鹰重型火箭，但是这款火箭的运力只有大概70吨，与真正意义上的重型火箭还有一些差距。一般来说，重型火箭的起飞推力要超过3000吨，近地轨道运力要达到100吨。因此，我们现在比较关注的重型火箭，有美国NASA的空间发射系统也就是SLS火箭，中国的长征九号和SpaceX公司的超重火箭。

3、中国长征九号

中国的长征九号，从提出到现在，已经公示了三个版本了。最初的版本，也就是常说的11版，从外形上看，基本就是放大版的长征五号，中规中矩，但是推力惊人。近地轨道运力达到140吨，一次性至少可以推送两台重型坦克到太空，只是不知道飞到太空的坦克能不能发挥战斗力。月球转移轨道运力也达到了50吨，基本上超过了当年土星五号的运载能力。使用的发动机主要是480吨级大推力液氧煤油发动机、220吨级液氢液氧发动机和25吨级真空型液氢液氧发动机。目前发动机研发顺利，已经接近尾声。

长征九号呼声虽然很高，但是一直没有得到立项。前期立项的只是发动机、燃料贮箱等方面的研究，并没有给火箭立项。既然没有立项，火箭方案就可以随时改动，尤其是随着中国航天技术的不断进步，研发能力不断提高，新思路、新理念不断提出的背景下，长征九号又提出了两个全新的版本。分别是21版，第一级使用16台360吨级液氧煤油单管发动机，和22版，第一级使用26台200吨级液氧甲烷发动机。

不管是21版，还是22版，都把近地轨道运力提高到了150吨，发射效率也有一定的提高。两款都是不带助推器的光杆版，而且全都采用多发动机并联、动力冗余的方案。尤其是22版，更是用上了液氧甲烷发动机。这就更明确了一个方向，那就是第一级垂直回收、重复利用。因为使用液氧甲烷的发动机可重复使用的性能最好，是目前世界各国努力研发的方向。动力冗余、垂直回收、重复利用、液氧甲烷，这么多的全新理念得以应用，就有了一定的后发优势，但也不得不说美国的SpaceX公司在这些领域都走在了前面。

4、长征九号VS美国SLS

不管SpaceX的火箭有多先进，不按套路出牌的公司，我们就先不比了。最应该拿来跟长征九号比较的应该还是美国官方研发的重型火箭，那就是即将发射的SLS。这款火箭的性能也是非常值得称道的，跟长征九号一样，也是有三个版本。第一个版本的近地轨道运力达到70吨，月球转移轨道运力27吨，这个运力和SpaceX公司的猎鹰重型火箭差不多，还是有点尴尬的，毕竟SLS研发进度慢、研发成本高、生产成本高是显而易见的。第二个版本近地轨道运力达到105吨，月球转移轨道运力达到42吨。第三个版本近地轨道运力130吨，月球转移轨道运力46吨。三个版本形成运力梯度，可以适应不同的发射任务。

对应长征九号2011版，也可以实现类似的运力梯度。长征九号采用类似长征五号的模块化设计理念，无需版本升级，只要通过改变助推器数量，就可以改变推力，从而实现运力梯度。使用四个助推器的长征九号近地轨道运力140吨，月球转移轨道运力50吨。使用两个助推器的长征九号甲，近地轨道运力100吨，月球转移轨道运力35吨。不用助推器的长征九号乙，近地轨道运力50吨，月球转移轨道运力20吨。

SLS是2011年开始研制的，刚好是长征九号提出来的时间。这款火箭最大的特点是，尽量使用成熟的技术，降低研发成本。中国的长征九号，三个版本，计划使用的发动机都是待研发的全新发动机，10米级火箭直径也是从来没有接触过的，研发难度高是可以理解的。而SLS使用的发动机、贮箱等技术全部继承已有的成熟技术，只做部分改进。按说，SLS的研发应该很顺利才对。但是，实际情况是，这款火箭的研发不仅进度拖沓，从原计划的6年延长到了11年，整整推迟了5年，经费也不断增加，而且生产出来的样品还状况百出，实在令人费解。

SLS最大的优势是，发动机技术成熟，无论是固体发动机还是液氢液氧发动机，都是久经考验的发动机，其可靠性已经得到了航天飞机的反复验证。大推力固体助推器可以提高火箭的起飞推力，提高火箭的准备效率。这款火箭的缺点是历史包袱有点重，设计思路受到了限制，后面的两次升级虽然也提高了推力，改进了技术，但没有应用回收技术、动力冗余技术等比较热门的新技术。

另外，航天飞机用过的发动机都代表着世界上最先进的发动机技术，但同时也是昂贵的代名词。SLS并不打算回收使用，完全没有必要配备航天飞机的可重复使用发动机。因此，他们正在简化液氢液氧发动机，降低生产难度，提高性价比，目前正在试验其性能。固体发动机也准备从现在的五段式装药，改造成更先进的整体式装药发动机。但是，现在的情况是，即使还没有改动发动机，也不断出现新状况，不断推迟发射时间。更不用说动力冗余、垂直回收等先进理念的应用了，实在让人怀疑NASA的能力是不是越来越退步了。

相对来说，长征九号历史包袱要小很多，完全可以采用全新的设计理念，重新设计一款产品。最近连续推出2021版和2022版就是很好的印证。但是，目前尚不明确，2011版、2021版和2022版，三个版本是一起研发，逐步推出，还是只选择其中一款。从实力展示的角度来说，当然是三款全部研发最好，但是从经济性、实用性的角度出发，最好只研发其中一款，后期再演进。

总结下来，如果只比较2011款长征九号和美国的SLS火箭，两者各有千秋。但如果用2021款和2022款与SLS比较，则理念更先进，实用性更强。

5、长征九号只是过渡型号

众所周知，目前我国已经拥有长征5号、长征7号、长征8号等新一代环保型液体运载火箭，近地轨道运力也已经达到25吨以上，未来随着长征5G的问世，我国近地轨道运力还将提升至70吨以上，运力并不低。

然而，这些环保型火箭都存在一个共同点，那就是只能一次性使用，往返太空的成本难以降低至较低水平。研究表明，对于一次性使用火箭来说，发射成本中，燃料成本占比很小，甚至不超过5%。想要降低发射成本，最好的办法就是提升运载工具的零部件可重复使用比例。这就是研发可重复使用运载火箭的最初原因。

前面提到，相比旧版长征九号，新版长征九号最大的不同就是强调可重复使用，以便尽可能降低每次发射的成本，从而降低我国往返太空的成本。

然而，实际上，可重复使用运载火箭仍然只是短期内低成本往返太空的过渡方案。想要进一步降低往返太空的成本，最终还要靠所有部件均可重复使用的空天飞机！

原因有3方面：

1）可重复使用运载火箭同传统火箭一样，都只能采用垂直发射，一般都需要专门的发射塔才能发射。

2）可重复使用运载火箭只能实现部分可重复使用功能，通常只有一级可以重复使用。

3）可重复使用运载火箭需要牺牲多达30%～40%的运力用于回收一级。

今后一旦技术发展成熟，空天飞机在这三方面将有巨大的优势：一是可水平起降，无需建设发射塔，也无需配备专门的返回舱跟踪、回收团队。二是不论是一级入轨设计，还是两级入轨设计，它都可以实现全机可重复使用，每次飞行成本占比最大的就只有燃料，返回后仅需简单检修就能复用。三是空天飞机采用水平滑翔降落的方式重返地面，无需使用发动机反冲推力减速，不会消耗额外的燃料，更无须人工跟踪、回收。

中国航天科工集团曾经披露过的一个方案是：采用单级入轨设计的480吨级空天飞机，其近地轨道运力达19.2吨，运力系数高达4%，而燃料质量占比只有80.8%左右。相比之下，即便是采用全氢氧设计的德尔塔Ⅳ型一次性使用运载火箭的运力系数也只能达到3.9%。

先进低温液体运载火箭的干质比能做到12～13，先进常温液体运载火箭的干质比能做到18～21。也就是说，液体运载火箭的燃料质量占比高达92%～95%。

相比可重复使用运载火箭，空天飞机不仅全机可重复使用，而且在运力相当的前提下，燃料消耗也少40%以上。如果再把发射塔和返回舱跟踪、回收团队节省的成本计算进来，相比可重复使用运载火箭，空天飞机往返太空的成本有望再降低一个数量级！

凭借成本方面的巨大优势，空天飞机在不远的未来将有望全面取代可重复使用运载火箭。后者仍然只是短期内降低往返太空成本的过渡方案而已。因此，不论长征九号重型运载火箭有多么先进，它仍然可能只是我国未来低成本往返太空的过渡方案，空天飞机才是我国的最终追求目标。

这就不难解释，为何我国的长征九号运载火箭发展速度不紧不慢，原计划2028年首飞直接推迟到2035年。反而是空天飞机发展速度进度飞快，按照此前航天科工集团公布的消息，我国计划于2030年试飞空天飞机，但不久前央视报道称我国计划在2025年前具备可重复航天运输系统（相当于空天飞机）工程应用能力，而其验证机已经于2021年成功试飞了，进度似乎加快了不少。

利用空天飞机应用的新概念发动机、新材料还能发展出飞得又快又远的高超音速导弹、2小时打遍全球的亚轨道轰炸机甚至1小时打遍全球的太空轰炸机。这是比冲不超过480秒的火箭发动机所做不到的。

综上所述，相比可重复使用运载火箭，空天飞机优势十分巨大。民用方面可将往返太空的成本再进一步降低，有望比可重复使用运载火箭还要低一个数量级。因此，长征九号重型运载火箭很可能仍然只是过渡方案，空天飞机才是我国未来100年的最终发展目标。

来源：东城观星，快科技，中国青年网，科技解析站

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