在一九七零年,载人登月工程的重点就是运载火箭。
虽然钱仲三提出的捆绑方案解决了运载火箭第一级的问题,而且yj-4e型火箭发动机也在两年之后研制成功,台架试车时的推力达到了五百二十吨,比预期需要的五百吨还高出了百分之四,但是月球火箭至少需要三级,因此第二级与第三级所面对的技术问题成为了最大的难题。
显然,在第二级与第三级上,必须采用液氢液氧火箭发动机。
当时,钱仲三估计,即便第二级也才用捆绑方式来提高运载能力,也需要花上好几年才能研制出推力足够大的液氢液氧运载火箭。
为此,钱仲三提出了一个变相解决方案。
这就是,首先把月球飞船分舱段发射到近地轨道上,然后组装成月球火箭,再通过轨道转移火箭使其进入月球轨道。
在当时看来,这是一个有效的解决办法。
主要就是,这大幅度降低了对火箭运载能力的要求。
分舱发射的话,运载火箭只需要五十吨左右的近地轨道运载能力,即轨道转移火箭发动机的质量在五十吨左右。
只是,钱仲三提出的方案,在进行技术审批的时候遇到了麻烦。
当时,两个专家小组都认为,这套方案的总耗时未必比整体发射方案少,而且中国还没有建造轨道空间站的经验,在轨道对接领域是一片空白。也就需要耗费大量的时间与财力来掌握轨道对接技术。
最大的问题在轨道转移火箭技术上。
虽然钱仲三提出,轨道转移火箭发动机的重量能控制在五十吨以内,但是有一个前提条件,即预先发射的舱段需要进入对接轨道,而这同样需要在运载火箭上采用第三级,只是降低了第三级的质量而已。
说白了,这就是把直接发射方案的第三级拆分成了两部分。其中用于飞往月球的轨道火箭部分被分割了出来。
显然,这没有从根本上避开运载火箭上遇到的难题。
按照技术专家评估得出的结论,运载火箭的第三级总质量依然高达数十吨。而且在发射轨道转移火箭时接近一百吨,因此第二级仍然需要采用大推力液氢液氧发动机,也就必须研制大推力液氢液氧火箭发动机。
既然无法避开技术难题。那为什么还要采用分段发射方案呢?
结果就是,钱仲三提出的方案被技术专家委员会给否决了。
这样一来,就会到了整体发射方案上,即一次性把月球飞船发射出去,其中运载火箭的第三级将承担两个任务,也就需要进行两次点火。
事实上,分段发射与整体发射方案的最大差别,就是火箭的第三级的点火次数。
相对而言,这是一个较易解决的技术问题。
说白了,如果能够研制出大推力液氢液氧火箭发动机。那么研制两次点火机构的难度就不会太大。
这下,重点落到了大推力液氢液氧火箭发动机上。
可以说,这也是载人登月工程需要翻越的第一座技术高峰。
根据钱仲三的估算,即便第二级依然采用捆绑方式,而且由四台发动机并联。每台发动机的推力也需要达到一百一十吨,总共产生四百四十吨的推力,才能确保在第二级脱离的时候,飞行速度达到接近第一宇宙速度的每秒七千米,让第三级在第一次点火之后进入近地飞行轨道。
也许,在几十年之后。一百一十吨的推力根本不算什么。
要知道,中国海军的第三代潜射战略弹道导弹,采用的是固体燃料火箭发动机,其推力都达到了一百五十吨,使导弹在弹头质量高达八百公斤的情况下,达到了一万二千公里的最大射程。
问题是,在七零年代初,这绝对是一个技术难题。
更要命的是,中国在此之前没有研制过大推力液氧液氢火箭发动机,用在载人航天工程上的液氧液氢火箭发动机的推力只有二十五吨,需要并联四台发动机,才能够把宇宙飞船送入近地轨道。
在研制过程中,钱仲三很快就意识到,研制一百一十吨推力的发动机太难了。
结果就是,为了确保在规定的时间内完成研制工作,钱仲三不得不降低对火箭发动机最大推力的要求。
在一九七零年七月,定下了大气层内八十吨,大气层外九十五吨的最终设计指标。
即便如此,研制液氢液氧火箭发动机依然是整个载人登月工程中难度最大的部分,也是耗时最多的部分。
这种被命名为ho-3型的液氢液氧发动机直到一九七三年底才研制成功,并且制造出了第一批四台样机,然后就开始了紧张的测试工作,其台架测试达到了八十吨的最大推理,而理论计算出的真空推力为九十六吨。
当然,这也带来了一个难题。
火箭的第二级设计总推力必须达到四百四十吨,不然就无法把月球飞船运送到近地转移轨道上。
显然,ho-3的推力处于一个相对尴尬的水平上。
如果采用五台并联,大气层内的推力只有四百吨,而六台并联有四百八十吨,与实际需要的四百四十吨都有四十吨的差距。
要知道,火箭推力不是越大越好,而是越合适越好。
所幸的是,在一九七零年底,这个问题得到了解决。
这就是,月球飞船在完成了总体设计之后,确定其总体质量能够控制在一百一十吨到一百二十吨之间。
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