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响雷

 
 
 

日志

 
 

响雷摘 俄罗斯RD-180火箭发动机小传  

2016-04-18 21:38:26|  分类: 中国军工 |  标签: |举报 |字号 订阅

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原文      美俄罕见联手对华禁售 防RD180火箭发动机被偷师

神弓重箭千钧力,利害权谋三国杀

——浅谈俄罗斯拒售中国RD-180发动机

凤凰军事特约作者:兵器迷的天空

一周之前的2016年4月9日,国内媒体转载了俄罗斯《消息报》的报道称,俄罗斯航天国家集团公司4月7日宣布,俄罗斯暂时不会向中国提供RD-180火箭发动机,原因是中国不是“导弹及其技术控制制度”成员国。

说起RD-180,那是大名鼎鼎,曾经在1990年代和2013-2014年俄罗斯-乌克兰危机中,两度大出风头。而这次“拒售中国”事件,更是让RD-180三度火热,又一次吸引了人们的目光。那么,RD-180是一种什么样的发动机?中国为什么要买俄罗斯的火箭发动机?俄罗斯又为什么会拒售这种发动机?我们今天就来聊聊这个话题。

一、RD-180发动机小传

1995年,刚刚解体几年后的苏联,军工企业生意惨淡,一片萧条。液体火箭发动机生产商俄罗斯动力机械科研生产联合体(NPO Energomas),也在朝不保夕的状态中。适逢美国洛马公司的新型火箭宇宙神-2AR正在为第一级发动机在国际上公开招标选型,动力机械科研生产联合体也参与了投标。其投标的产品,就是我们文章的主角:RD-180液氧-煤油发动机。

不过,当时的RD-180发动机还停留在纸面上,因为它是基于前苏联RD-170发动机的升级改进型号。后者曾在苏联和俄罗斯“能源”和“天顶“运载火箭上作为第一级动力,是俄罗斯航天动力的镇宅之宝,不会轻易示人。不过,为了挽救垂危的国防核心工业,俄罗斯国防部和航天局于当年10月,居然联合致信洛马,大力推荐RD-180。

洛马当然了解苏联在液体火箭发动机技术领域的深厚实力,经过一番细致深入的考察和评估,1996年1月即确定RD-180中标。由于其改进基础RD-170发动机的基础深厚,RD-180继承了前者70%的零部件,其他30%的改进件也有相当的继承性,因此研制工作进展神速。1998年,RD-180进行了首次10秒试车,最终地面试车27500秒。RD-180海平面和真空推力分别为3824千牛和4150千牛,比冲分别为311.9秒和338.4秒,干质量5.48吨,推力近400吨,推重比72.16,各项指标相当优异。

2000年5月24日,在投入研制仅40多个月后,RD-180作为第一级动力的宇宙神-3发射成功。RD-18此先后用于洛马的宇宙神-3和宇宙神-5(洛马现役主力运载火箭),到2013年底已经供货70多台。这就是RD-180的第一次风头。

图1: RD-180液氧-煤油发动机

唠到这儿,兵器迷要补充两点:

第一,有网友曾评论,美国人在这个合同中完全是吃俄罗斯的豆腐。这话虽然有些道理,但也不尽然。首先,在资金方面,洛马还是为与俄罗斯共同设计研发RD-180投资了一亿美元。在技术方面,美方的主要工作是帮助改进了涡轮泵。熟悉航天动力的同学自然知道,涡轮泵是液氧-煤油发动机的动力源泉,其产生的最高压强可达500个大气压,可以把海平面的水打到5000米的高度。燃气发生器和涡轮泵是液氧-煤油发动机至关重要的核心部件。美方的帮助对俄方技术水平的提高也是事实。

第二,俄罗斯何尝不知道这是卖家底,但在当时军工企业濒临崩溃的情况下,RD-180合同带来的10亿美元(1998年,俄罗斯动力机械科研生产联合体与普惠签订了到2018年的20年内提供101台RD-180销售合同,价值10亿美元),不但为联合体提供了三分之一的利润,最重要的是到底保住了上千俄罗斯航天动力工程技术人员的基本生活,维持了大型液氧-煤油发动机的研制体系,并从侧面帮助了俄罗斯自有型号RD-191M的研发,也算有得有失吧。

话说RD-180的第二次风头,始发于2013年乌克兰危机,俄罗斯为了反制美欧对俄进行的联合制裁,重新审查了RD-180销售合同,并威胁要禁止出口。美国政府本来就有规定:国外火箭发动机要用于发射美国政府的载荷,需要在4年内实现发动机的国产化。洛马虽然作为联合研制方,普惠拥有RD-180的知识产权,但因为成本问题一直没有启动这项工作。这次因为俄罗斯的威胁,不得不考虑国产化的问题了。美国众议院2014年12月最终通过了在2019年前全面摆脱俄制发动机的修正案,由国会拨款2.2亿美元用于研制新的国产发动机,替代RD-180。但也有专家认为,最终费用会可能超过10亿美元。

说到这里,有朋友问,RD-180的第三次风头,肯定是拒售中国事件了。那么,中国为什么要买RD-180呢?

二、关于RD-180拒售中国的探讨

网上有评论认为,“中国已经有自己的液氧-煤油发动机YF100,因此RD-180不会影响中国长征5号的发射”,还有人认为“俄罗斯禁止售卖中国只是生意上的心理战,最终连技术一起卖给中国的可能性较大”。兵器迷认为这些评论是值得商榷的。

第一、 俄方RD-180与中方YF100不是一个级别的发动机,不具有可比性。

RD-180是重型液体火箭发动机,而长征五号的YF100则不是。

什么是重型液体火箭发动机?美国1960年代末研制成功的F1液氧煤油发动机推力已达690吨;俄罗斯从1954年成立俄罗斯动力机械科研生产联合体起,就开始研制R7液氧-煤油发动机,1988年已经研制成功真空推力806吨的高压补燃液氧-煤油发动机RD170(后期型号RD171M为846吨)。此方谓之重载。

而中国,直到1990年,才从前苏联引进了2台RD-120高压补燃液氧煤油发动机进行原理研究。至于型号发动机YF-100通过国家正式立项进入工程研制,已经是2000年的事。

即便晚了这些年,我们也来比一比。从推力上说,1998年的RD-180海平面和真空推力分别为3824千牛和4150千牛,而2015年装备长征六号首飞的YF-100,海平面和真空推力分别为1199.19千牛和1339.48千牛,差不多是RD-180的三分之一。RD-180的海平面推力大约不到400吨,而YF100大约120吨,差不多也是三分之一。因此,RD-180是名副其实的重型液体火箭发动机,而YF-100还不在这个级别上。

长征五号火箭如果发射成功,近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的发射能力,将基本满足中国近地轨道和常规无人太空探测器的发射需求,是达到国际主流大推力运载火箭的新兵。而RD-180则雄踞重型火箭液氧煤油发动机的业界龙头,这二者之间的差异应当正视。

图2:YF100液氧-煤油发动机

总之,长征5号采用YF-100是早就确定的配置方案(长征六号和七号也会采用YF100),从正面说,无论是否有RD-180也不会影响长征五号的发射;从反面说,长征五号与RD-180根本就没有关系,中国引进RD-180也不是为了长征五号。

那么中国引进RD-180的目的,究竟是什么呢?

第二、 中国引进RD-180的目的在于研制中国的重型液体火箭发动机

根据航天推进技术研究院的规划,中国将开展500吨级液氧-煤油发动机和200吨级液氧-液氢发动机的研制,用于近地轨道运载能力超过100吨的长征九号重型运载火箭,预计2030年首飞。这才是中国真正可以和RD-180、美国F1媲美的的重型液体火箭。

500吨级液氧-煤油发动机的研制,有许多关键技术需要攻关,比如:

大推力液体火箭发动机分级启动技术;

高温高压富氧燃气摇摆软管技术;

高效、稳定、长寿命推力室技术

大功率、高效涡轮泵技术;

高精度大范围流量调节技术;

大推力液氧煤油发动机制造与试验技术,等等

另外,根据中国航天规划方案的公开文献,中国重型运载火箭的主要应用方向有两个:深空探测与载人登月。如果是后者,则必须在上述技术清单上再加上高可靠性这个核心技术。同时需要指出,RD-180的设计初衷,就是为了发射苏联暴风雪号航天飞机,因此也适合载人航天发射。

上述关键技术的突破中,必然有很多难关。因此,兵器迷的判断是,作为液氧-煤油发动机技术领域的后来者,中国引进RD-180,更多的是为了加快理论学习和技术突破,加速中国500吨级重型液体火箭发动机的研制进程,从而保障我国未来20年航天计划的顺利实施。至于近地轨道卫星发射和近地空间站(单件不超过20吨)的发射任务,YF100是完全能够胜任的。并不是RD-180的引进目的。

美国引进RD-180,为的是成本——RD-180平均大约1000万美元一台,比美方自己的RS-68液氢-液氧发动机便宜50%左右,是锦上添花; 中国引进RD-180,那是雪中送炭。

都是买卖,意义可大有不同,不像网友说的“都是生意”那么轻松,要不怎么有人急着下黑手不是?

第三、俄罗斯出售RD-180,阻力可能来自美国和俄罗斯双方。

俄罗斯这次拒售,名义上是中国不是“导弹及其技术控制制度”成员国。实际上这是很牵强的。导弹及其技术控制制度”(Missile Technology Control Regime-MTCR)是一种控制规则,但不是共同禁止,而是自行审批,即“由各成员国政府自行判断有关转让是否会被用于运载大规模杀伤性武器,并据此决定是否批准某一项出口”。俄罗斯如果真想出口,完全可以“自行判断”,中国进口RD-180仅仅用于载人航天和深空探测等和平项目,而不是作为弹道导弹动力,不属于“运载大规模杀伤性武器”,因此“据此决定”批准出口。因此,这种拒售理由,完全是表面文章。

俄罗斯的禁售态度如果是独立的,则一开始就不应该与中方谈判这个项目。然而事实上,2015年10月,俄罗斯媒体就报道了准备向中国提供RD-180火箭发动机的消息,同时公布了与中国联合登月的航天项目计划,并希望从中国得到用于军事航天器的电子元件。这本是互惠互利的好事,为何半年过去,反而拒售?难道俄罗斯是今天才恍然大悟,知道中国不是MTCR的成员吗?显然是禁不住推敲的。

兵器迷认为,RD-180是美俄联合研制,以俄为主。1998年普惠与俄方各出资50%成立了RD-180销售公司——RD AMROSS,普惠也是具有RD-180知识产权的。况且,双方协议明文规定RD-180只能销售给洛马。因此,俄罗斯在2019年合同到期前销售中国该发动机,完全绕开美国的许可,从合同的角度,有一定的困难。

虽然近年美俄交恶,有人据此认为俄罗斯也许可以不管不顾的销售RD-180给中国,但从实际情况看,俄罗斯联邦安全委员会虽然发出过威胁,始终没有真正实施RD-180对美销售禁令。而美方虽然提出5年内替代RD-180,但即便在上述2014年12月通过的最强硬的麦凯恩替代法案中,也承认2019年之前101台发动机合同的例外性。

也就是说,迄今为止,在最困难的双边关系情况下,美俄双方其实都遵守了这一合同。

即便俄罗斯面对西方制裁,已经考虑同意售华RD-180,而最近,俄美关系因为伊朗核问题的解决、叙利亚问题的合作以及朝鲜核问题的恶化开始走近,美国大有缓解对俄关系,集中精力对付中国的趋势。在这种情况下,美国为了遏制中国航天计划的顺利实施,许诺对俄让渡部分利益改善关系,换取出手干预对华军售,而俄罗斯则借机提高要价,两边通吃,也就更加顺水推舟。

兵器迷判断,在这种情况下,俄罗斯即便最终能够出售RD-180给中国,除了价格会增加之外,关键技术的封锁、或者提高对华技术交换的条件也很有可能。中国航天技术的突破,对美国固然是情非所愿,对俄罗斯也未尝不是远虑近忧。

RD-180的故事,虽然尚未终局,也就此告一段落。从一台发动机的些许故事和几重波澜,航天大国间的敌手与伙伴,竞争与合作,进步与阻挠,权衡与算计,不乏龌龊精彩,自当略见一斑。

所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物,如:

《俄罗斯液体火箭技术》

《大推力液体火箭发动机研究》

《兵器知识》,等等

本文引用了网上的所有图片,均归原作者所有,一并致谢!

本文为凤凰军事独家稿件,转载请注明出处,违者必究。响雷摘                   俄罗斯RD-180火箭发动机小传 - 响雷 - f16.cd的博客

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