《讲武堂》第294期：印度重型火箭已领先中国？

源济

印度重型火箭已领先中国？

腾讯网·军事频道2014-12-18 16:27

起飞重量达到630吨的GSLV III火箭是个庞然大物。

12月18日中午，印度在南部安德拉邦沿海的萨蒂什·达万航天发射中心成功发射GSLV III重型运载火箭。这是GSLV III火箭的首次发射，搭载物为CARE宇宙飞船的模拟载人返回舱。

GSLV III运载火箭的起飞重量达到630吨，这个指标仅次于美国土星5号火箭、欧洲阿丽亚娜5火箭和俄罗斯的质子号火箭，位列世界第四。所以GSLV III火箭的首飞成功也令印度人津津乐道，印度的火箭终于比中国、日本的大了，但GSLV III的性能是否与其起飞重量匹配？

GSLV III之前的印度火箭运力低下

印度目前拥有PSLV和GSLV两种运载火箭，它们作为印度运载火箭的主力，发射了大量印度遥感和通信卫星，执行了月球和火星探测器的发射任务，还进军国际商业发射市场，取得不俗的成绩。其中一个鲜为人知的案例是，我国从英国萨里公司购买的北京2号卫星明年就将交由印度PSLV火箭发射。北京2号卫星是一颗分辨率达到2.5米的光学成像卫星，主要用于监测北京的水系、植被、土地使用等方面。

PSLV和GSLV火箭在小有成就的同时，也存在运力严重不足的问题。PSLV火箭的同步转移轨道运载能力仅有1吨出头，GSLV火箭也只有不到2.5吨，而印度自行研制的同步轨道通信卫星早已不乏3、4吨的质量了，它们不得不使用欧洲阿丽亚娜公司的阿丽亚娜5火箭发射。印度并不甘心在航天领域受制于人，于是积极启动并开展了新型大推力运载火箭的研制，也就是我们文章的主角：GSLV III重型运载火箭。

GSLV III火箭（LVM3）研制费用约5亿美元，它最终要具备将4吨重的卫星送入地球同步转移轨道，或是将10吨重的卫星送入近地轨道的能力。虽然4吨的同步转移轨道运力在今天实在不算多高，但它将使印度可以自行发射国产大型卫星，还首次具备进军商业通信卫星发射市场的能力，是印度航天发展新的里程碑。

印度之前的火箭都较小，最大的GSLV的GTO运力仅有2.5吨。

GSLV III火箭采用了大量新技术

根据印度空间研究组织的介绍，GSLV III火箭长度为42.4米，直径5米，起飞重量630吨。印度在研制GSLV III火箭的过程中广泛借鉴了研制PSLV和GSLV火箭的技术和经验，另外也发展了大量新技术。

GSLV III最引人注目的就是它的两个大型固体助推器，印度人称之为S-200，表示这是一个装有约200吨固体推进剂的大型助推器。S-200固体助推器是印度将PSLV火箭的S-139固体助推器放大发展的结果，它的长度为21.9米，直径高达3.2米，使用高强度钢作为壳体，全重232吨其中包括207吨固体推进剂，燃烧时间139秒。S-200的峰值推力达到了525吨，但它的燃烧室平均压强只有4兆帕，导致地面比冲只有227秒真空比冲也仅有274秒，外加沉重的钢壳体，总体性能并不出色，唯一值得称道的就是推力巨大了。

GSLV III的两个固体助推器非常巨大。

GSLV III火箭的4米直径芯一级使用两台并联的Vikas液体发动机，这是印度首次进行液体发动机并联的尝试，更是GSLV III火箭的重大技术突破。液体火箭发动机并联说起来简单，但做起来非常困难，考验一个国家的工业能力。伊朗、朝鲜包括印度，之前虽然都说发射了卫星，但他们的液体火箭发动机都不是并联的，GSLV III是将印度火箭技术与伊朗、朝鲜区分开来的标志。

GSLV III火箭的芯一级被命名为L-110，表示它装有110吨液体推进剂，与大多数火箭不同的是，它的芯一级并非在地面点火，而是发射110秒后在高空点火，由于S-200固体助推器从发射一直工作到130秒，和L-110形成了近似的一二级关系，从而获得了更高的运载效率。不过又与大多数火箭不同的是，S-200固体助推器居然要在第149秒才分离，也就说它工作结束后，无用、沉重的壳体还会被火箭携带飞行将近20秒，这会严重影响运载效率。总体来看，GSLV III火箭的设计和运载效率只能说是平庸。

GSLV MK III火箭还设计了名为C-25的第三级，从这个命名我们可以知道，这是一个使用装有25吨低温（氢氧）推进剂的第三级，它使用印度新研制的CE-20发动机。CE-20发动机使用传统的燃气发生器循环，真空推力180~200千牛，真空比冲约440秒，不过到2014年10月底CE-20发动机才进行首次地面冷流试验，目前尚无进行第一次热试车的报道，按照印度人一贯拖延的习惯，完成研制恐怕至少还需要两年时间。CE-20发动机研制进度的滞后，也是这次GSLV III火箭只能进行亚轨道试射、而非将物体真正送入太空轨道的根本原因。

GSLV III的芯一级采用2台并列的发动机，这是印度工业能力提高的标志。

GSLV III的效率远不及长征三乙

印度空间研究组织的官方网站提到，GSLV III型火箭的GTO轨道运力为4吨，部分印度资料称GSLV III火箭的同步转移轨道运力为4.5吨，未来有望改进增加到5~6吨。这么看来GSLV III火箭未来还会进一步增强，4吨的同步转移轨道运力可能只是基本目标。

中印同属发展中国家，在GSLV III火箭进行首次亚轨道试射前，我国长征火箭成功进行了第200次发射。中国长期处于世界航天第二梯队的领头羊位置，现在真被印度超过了？这不过是项目发展的时间差，我国正在研制的长征五号重型火箭无论是技术、还是运力都远超印度GSLV III火箭。实际上，GSLV III火箭只是起飞重量达到了世界四，它的运力甚至不如我国在1997年首次成功发射的长征三号乙运载火箭。

与GSLV III一样，长征三号乙火箭同样是三级运载火箭，第三级也使用低温氢氧燃料和发动机。长征三号乙火箭的起飞重量459吨，同步转移轨道运力5.5吨，而GSLV III火箭的起飞重量是630吨，同步转移轨道只有4吨，印度的GSLV III火箭处于绝对劣势，那么原因何在呢？

中国长征三乙火箭比GSLV III轻近一半，运载能力却比GSLV III多出近一半。

两种火箭的第三级发动机的推力和比冲相近，长征三号乙的YF-75发动机总推力167千牛真空比冲440秒，GSLV III的CE-20发动机推力是180~200千牛真空比冲440秒，GSLV III的第三级推力和重量还都更大一些，似乎应该更有优势才对。但C-25发动机使用了极为奇葩的储箱设计，它的氢氧储箱都是4米直径，氧箱几乎就是一个圆饼，导致C-25的结构质量过大，而长征三号乙的第三级是高效轻质的共底储箱。此消彼长之下，长征三号乙的第三级反而能提供更多的加速。

火箭第三级如此，前两级差距也很大，S-200大型固体助推器的比冲远低于长征三号乙的YF-20液体发动机。印度火箭结构质量，比起长征火箭还一直存在偏高的问题。这些都严重影响了GSLV III火箭的运载效率。很多人都认为GSLV III火箭和美国的Titian IIIE火箭类似，但Titian IIIE火箭固体助推器熄火到分离只有4秒，而GSLV III火箭的两枚S-200固体助推器从关机到分离要19秒，火箭要携带50吨死重飞行那么久，也带来了巨大运力损失。相比之下，长征三号乙火箭不仅箭体结构轻，而且助推器比第一级分离早，设计简洁高效，总体效率自然要高得多。

如果要说GSLV III火箭优势的话，那就只能说说它的5米直径复合材料整流罩了。它的整流罩长度约11米、直径5米，可以容纳大型通信卫星。但是由于它的同步转移轨道运力仅有4吨，远期能增加至6吨，但现在大型通信卫星的重量都在8吨以上，GSLV III火箭还是无法负载，这个巨大的整流罩颇有英雄无用武之地的感觉。

印度GSLV III的设计效率仍很低下。

结语

印度研制GSLV III火箭在技术有三大进步意义，1、首次尝试液体火箭发动机并联工作；2、首次自行研制技术含量最高的液氧液氢发动机；3、提高GSLV系列火箭的运载能力。

但话说回来，GSLV III火箭的巨大进步，是纵向对比印度之前PSLV、GSLV火箭而言的。横向对比其他国家，姑且不论美俄欧日的现役和下一代运载火箭，即使对比中国现役的长征三号系列运载火箭，GSLV III火箭在总体上仍存在至少20年的差距。（文/张雪松）

壮观的GSLV III火箭及发射厂房。