德爾塔-4、長征五號、獵鷹-9號、阿麗亞娜-5、質子M、安加拉-A5這些經典的大型運載火箭近地軌道運力都可達20噸級，它們可以承攬當今世界任何一款近地軌道航天器發射業務，比大型運載火箭能力更強的則是重型運載火箭。

大型運載火箭長征五號

重型運載火箭並沒有十分嚴格的定義描述，但通常以2000噸起飛重量為界限劃分大型與重型。

2018年SpaceX公司首飛成功的獵鷹重型是一款以獵鷹9號為基礎打造的CBC通用芯級構型的“準重型火箭”，其近地軌道運力63噸、地球同步轉移軌道運力26。7噸，迄今為止共執行了3次發射任務，與運力更低檔的獵鷹-9號相比發射次數顯然要少得多，原因主要有兩點。

準重型火箭“獵鷹重型”

首先，綜合獵鷹重型兩次應用性發射以及後續訂單看，高軌發射是其主要業務定位，獵鷹-9號則聚焦低軌業務，而高軌發射作為高價值業務本身規模有限；

其次，獵鷹重型需要同步實施三枚助推段垂直回收任務，就目前任務表現而言仍然存在諸多技術不確定因素，因此星鏈星座當前仍然主要由運力較低的獵鷹-9號承擔，回收可靠性更高。

獵鷹重型雖然發射次數少但仍然是SpaceX公司佈局高軌業務不可或缺的重要運輸載具。

由獵鷹重型發射的高軌衛星“Arabsat-6A”

“火箭運力有多大，航天舞臺就有多大”，這是航天界口口相傳的一條金科玉律，隨著以天基網際網路星座為代表動輒規模達上萬顆衛星的批次入軌業務、以空間太陽能電站為代表的大規模高軌航天基建、以載人月球載人火星為代表的深空探測等一系列超大規模空間進入需求的出現，對火箭運力的要求也越來越高。

不論是大型火箭亦或者類似“獵鷹重型”的準重型火箭，當它們面向這些未來需求時也將力不從心，因此發展真正的重型火箭已經成為各航天強國的頭等重任。

重型運載火箭是綜合實力的全面考驗

，首先需要雄厚的資金支援，光有錢也不行，還需要完善的上下游產業鏈，有了產業鏈只是一個基礎，重型火箭面臨的重大瓶頸技術多達數百項，需要大系統協作攻關，再就是決策意志，即便上述要素皆具備也不夠，還要有可持續發展的應用需求，簡而言之就是

財力、上下游產業鏈、應用需求、技術協同攻關、決策意志，五位一體缺一不可

。

SLS重型火箭芯一級

以此五大要素對標全球來看，真正有能力玩轉重型火箭的玩家不超過3家，這三家目前正在推進的重型火箭有五款，分別是

波音公司的SLS重型火箭、SpaceX公司“超重-星艦”、航天科技一院新一代載人火箭、航天科技一院長征九號重型火箭、俄航天集團葉尼塞號重型火箭

。

波音公司SLS重型火箭是NASA“阿爾忒彌斯”載人重返月球計劃的主力火箭，也是大洋彼岸唯一有能力將獵戶座載人飛船發射至環月軌道的重型火箭，該型火箭有Block1、Block1B、Block2三個迭代型號（每個型號細分載人與貨運兩個版本），運力分別是近地軌道95噸/地月轉移軌道27噸、近地軌道105噸/地月轉移軌道40噸、近地軌道130噸/地月轉移軌道45噸。

SLS重型火箭型號演化

也就是說SLS的終極運力仍然無法超越昔日的土星五號，詩和遠方還得先放一邊，別說超越土星五號就連最基礎的Block1版本波音公司也是舉步維艱。

SLS重型火箭在歷經十年蹉跎，消耗超過200億美元之後，今年終於迎來了首次發射的時間視窗，但是天不遂人願

，在1月16日進行的485秒芯級試車過程中一臺發動機液壓系統觸碰飛行軟體限值，導致芯級試車僅持續了67秒。

按照正常任務時序SLS芯級也需要打滿8分鐘，也就是480秒，而67秒是什麼概念？此時起飛級兩枚助推器還沒有分離，NASA給出解釋說只要芯級試車持續250秒就可以滿足獲取火箭透過最大動壓區發動機推力水平調節、噴管擺動等關鍵資料，但這與正常飛行任務所需的480秒時間仍然相差甚遠，要知道這是一款高安全高可靠要求的載人型火箭。

SLS芯一級試車提前關機

SLS重型火箭真的很難嗎？對於全球大多數玩家而言這當然是難以企及的高度，但對於波音而言顯然不是。因為該型火箭的動力系統全面繼承了太空梭專案遺產，芯級RS-25型200噸級氫氧發動機是太空梭軌道器主動力，五分段1500噸級固體助推器則是太空梭四分段固體助推器升級版，甚至芯二級使用的RL-10 B-2也是一款有著二十多年飛行經驗的成熟上面級動力。

然而即便有如此優秀的貨架產品託底SLS仍舊是步履蹣跚，有成熟動力加持的重型火箭還有俄航天集團的葉尼塞號。

葉尼塞號重型運載火箭

葉尼塞河號是一款三級半火箭，芯級直徑4。1米配置一臺RD-180液氧煤油發動機，捆綁6枚助推器，每枚助推器配置一臺RD-171MV液氧煤油發動機，起飛級總推力約5200噸，近地軌道運力103噸，地月轉移軌道運力27噸。

從構型上看葉尼塞河號仍然沒有擺脫多級堆砌的影子，它雖然是一款三級半火箭，實際分離時序卻相當複雜

，大致流程是這樣：起飛級動力全部點火起飛、4枚全工況執行助推器分離、兩枚節流工作的助推器分離、芯一級分離、芯二級分離、器箭分離，重大分離時序動作多達5次（整流罩分離除外），幾乎與上世紀六十年代的N-1重型火箭5級結構如出一轍。

4次發射未嘗一勝的N-1重型火箭

5次分離還沒有完，待葉尼塞號火箭成熟後他們還計劃再增加一級，使得分離次數達到6次，運力略有上漲，地月轉移軌道運力由27噸提升至33噸，這一資料與同時期其他重型火箭相比仍然相差甚遠。

葉尼塞號與SLS太空發射系統都有成熟的貨架動力產品可供選擇，但進展都極為艱難。

進入2021年，俄重型火箭專案又來了一個360度大轉彎，受限於拮据的預算情況葉尼塞號火箭被迫暫停

，最終他們選擇使用安加拉A5系列火箭執行2028年載人環月飛行任務，這一方案類似我們基於長征五號拓展型實施載人月球任務的早期計劃。

SpaceX公司星艦SN-9原型機測試

到頭來放眼世界切實推進重型火箭研製的玩家只有太平洋兩岸的兩大玩家，大洋彼岸有波音的SLS太空發射系統，以及SpaceX公司的“超重-星艦”，前者是成熟穩妥的技術路線，後者風險更大，因此NASA也是兩手準備。

我國同樣有兩款重型運載火箭，分別是新一代載人火箭與長征九號。進入今年以來針對這兩款火箭發展的明確訊號越來越多，先是航天科技一院總體設計部總體室主任牟宇披露在新的五年規劃中持續推進新一代載人火箭和重型運載火箭的研製。

接著是國防科工局副局長吳豔華確認，

現在已經確定將研製重型運載火箭長征九號，它最主要的目的就是為了下一步如果有載人登月和載人登火這一些超大型的航天工程，是一個必備的運載工具。

載人月球探測初步方案設想

“九”在華夏古代文化中是“至尊之數”，表示無限高遠或者深不可測，長征九號以“九”冠名可謂是實至名歸，在航天愛好者圈子裡有一句話叫做“

長九之下皆螻蟻

”，通俗直白地表示了長征九號力拔山兮之偉力。

長征九號渲染圖

長征九號在譽滿天下的同時也有謗滿天下的一面，有人說它構型落後，還沒出世就落後，那麼真相究竟是怎樣的呢？

在談長征九號之前先把時間倒回到2016年11月3日夜，那一天長征五號遙一發射任務取得成功，實踐十七號衛星在遠征二號上面級託舉下成功進入預定軌道。當晚長征五號大火箭發起人龍樂豪院士在慶功宴上寫了一首詩：

《長五首飛有感》

詩作第三句點題長征五號奠基長征九號，兩款火箭也的確有著千絲萬縷的內在聯絡。

長征五號不僅是新一代無毒無汙染火箭的奠基之作，同時也是我國航天徹底擺脫彈道導彈式運載火箭的開局之作，是第一款專門針對航天運輸業務研製的運載火箭，凸顯專業性。它的成功首先得益於YF-100液氧煤油發動機、YF-77氫氧發動機、YF-75D膨脹迴圈氫氧發動機三型主動力的研發成功，

打通了我國航天液氧煤油與氫氧兩類高比衝動力研製的任督二脈，為長征九號的乘勝追擊創造了條件。

長征五號三型發動機：YF-100、YF-77、YF-75D（從左至右）

長征九號與長征五號一樣同樣需要攻克三型主動力，分別是YF-130型480噸液氧煤油發動機、YF-90型220噸氫氧發動機、YF-79型25噸膨脹迴圈氫氧高空發動機。

長征五號研發涉及的大直徑箭體設計與製造、全尺寸模態試驗、大推力發動機試車、三垂測發等專案攻關也為長征九號衝擊更高目標開闢了通路。

長征五號模態振動試驗

航天大運載型號是戰略專案，特點是研製週期長、耗資巨大、投入人力物力大，因此設計方案與技術路線選擇通常是慎之又慎。以長征五號為例，它最早於1986年列入863計劃中“大型運載火箭和天地往返運輸系統”作為重大探索專案，從那時開始預研工作就已經啟動，至長征五號遙一首飛前後歷時三十年，型號立項研製時間則是十年。

長征九號正式啟動論證工作始於2010年，歷經五年論證後於2015年啟動關鍵技術攻關及方案深化論證階段研製工作，次年“關鍵技術攻關及方案深化論證階段正式立項”。

在長達五年論證過程中誕生了多達數十種組合的型號設計方案，最具代表性的有兩級半與三級半兩類構型，起飛質量介於3000噸至4200噸之間。

長征九號早期3000噸級構型設計

早期3000噸級最大起飛質量版本為三級半構型，芯級直徑均為10米，助推器直徑3。35米，芯一級配置4臺480噸液氧煤油發動機，4枚助推器各1臺480噸液氧煤油發動機，芯二級2臺200噸級氫氧發動機，芯三級2臺72噸氫氧發動機，火箭全長接近100米，該構型近地軌道運力100噸，地月轉移軌道運力35噸。

二級半老構型中則分為固體助推與液體助推兩種，固體助推版芯級直徑均為9米，芯一級5臺200噸級氫氧發動機，十字軸對稱配置4枚3。5米直徑五分段千噸級固體燃料助推器，芯二級1臺200噸級氫氧發動機，火箭全長101米，此構型設計深受大洋彼岸戰神-5號火箭影響。

老長九二級半固液兩種構型

二級半構型液體燃料助推版則是固體助推版競爭方案，芯一級4臺650噸液氧煤油發動機，捆綁4枚3。35米直徑助推器，助推器各1臺650噸液氧煤油發動機，芯二級則是2臺200噸級氫氧發動機。

在固液兩種助推方案競爭中固體助推版處於下風，因為固體燃料通常是燃料耗盡關機，關機時間難以同步，對芯級姿態控制要求更高，同時固體燃料助推難以實現推力調節，而液體燃料可以調節，後者更有利於降低火箭飛行載荷提高效能。例如，去年年底首飛的長征八號就首次運用了推力調節技術，火箭運載效能顯著提高。

早期3000噸級老長九地月轉移軌道運力僅有35噸，二級半構型雖然運力有所提升，但仍然無法滿足載人月球工程需要。

長征九號對地月轉移軌道運力要求高

著眼載人月球基地專案需求，重型運載火箭需要具備50噸級地月轉移軌道發射能力，因此另一款三級半構型長征九號設計方案脫穎而出：

芯一級配置4臺YF-130型液氧煤油發動機，四枚助推器由老長九的3。35米直徑升級至5米直徑，每枚助推器各配置2臺YF-130型液氧煤油發動機，起飛級總推力5873噸，芯二級配置兩臺YF-90型220噸氫氧發動機，芯三級則是4臺YF-79型25噸膨脹迴圈氫氧高空發動機，火箭全長93米，芯一級直徑9。5米，芯二級液氫燃料貯箱段直徑9。5米，液氧貯箱段箭體直徑7。5米，芯三級箭體直徑7。5米，最大起飛質量4137噸。

長征九號分級效果圖

後來此一構型又有了“新三化”設計構型，火箭全長由93米升級至103米，箭體直徑、起飛質量、起飛推力、運力指標未變，該構型被認為是長征九號關鍵技術攻關與方案深化論證階段立項研製工作中的重要成果。

長征九號最終的真實運力存在宣傳口徑差異，140噸近地軌道運力、50噸地月轉移軌道運力、44噸地火轉移軌道運力是經常被提及的運力資料，然

長征五號主任設計師何巍也曾披露長征九號近地軌道運力在150噸以上

，也有人計算長征九號近地軌道運力甚至可以達到180噸。

長征九號近地軌道運力在150噸以上

綜上所述，長征九號確信可以達到的運力是近地軌道運力不低於150噸、地月轉移軌道運力不低於50噸、地火轉移軌道運力不低於44噸，這意味著長征九號一旦問世毫無疑問將成為人類有史以來最強運力火箭

。

即便是SpaceX公司正在攻關的“超重-星艦”也在長征九號之下，生動詮釋了“長九之下皆螻蟻”這句戲謔之言的真諦。

長征九號發射效果圖

前文提到有人說長征九號開局即落後，那麼真相究竟是什麼呢？

面對世界第一的運力指標，落後一詞顯然是有色眼鏡作祟，然而他們還會說SpaceX“超重-星艦”代表的箭體全複用才是未來趨勢。

星艦貨運版效果圖

首先“超重-星艦”的主要任務是數萬顆近地軌道星鏈衛星組網業務，而長征九號則是瞄準高軌深空，前者雖然也有超百噸近地軌道運力，但地球同步轉移軌道運力卻僅有21噸，長征九號則是其三倍有餘，碾壓之勢顯而易見，至於軌道高度更高的地月轉移軌道、地火轉移軌道更是同樣的邏輯。

另外沒有人否認“超重-星艦”應用的火箭箭體全複用與燃料在軌補加兩大技術的長遠優勢，長征九號也早已為此埋下了伏筆，該型火箭的定位仍然從屬於我國航天新一代無毒無汙染火箭型號序列之中，目的是補齊深空軌道大運載空白。

長征-9、長征-9A、長征-9B（從左至右）

首先

長征九號是系列化火箭

，根據助推器數量增減確定了三個型號，分別是四助推最大運力版長征-9號、兩助推長征-9A、無助推光桿版長征-9B，近地軌道運力分別對應不低於150噸、不低於100噸、不低於50噸三個運力檔次，瞄準深空任務的長征九號也可以發展兩級光桿或兩級半構型的近地軌道版重型火箭。

長征九號也將具備起飛級垂直回收複用能力，而按照運載火箭技術路線圖要求，到2035年我們也將實現運載火箭的完全回收複用，也就是說“超重-星艦”具備的箭體全複用能力我們也將具備。

YF-130型480噸液氧煤油發動機等比例模型

另外，長征九號攻關的三型發動機更是殿堂級動力裝置，YF-130型高壓補燃液氧煤油發動機基於多機並聯需求採用泵後搖擺方案，一臺渦輪泵供應兩個推力室的設計更是國內航天動力前所未有的情況，

500噸級推力指標不僅重新整理國內紀錄，也重新整理了世界雙噴管發動機推力紀錄

，此型動力研製成功標誌著我國在大推力液氧煤油發動機領域躋身世界第一梯隊，芯二級220噸YF-90氫氧發動機更是如此。

YF-90型氫氧發動機氧渦輪泵與預燃室聯動試驗

芯三級YF-79型25噸膨脹迴圈氫氧發動機屆時將是投入實際型號應用的全球最大推力高空氫氧發動機，該型動力還可以應用於其他火箭型號大幅提升運力。

YF-79型膨脹迴圈氫氧發動機

長征九號在動力領域裡的價值不僅是補課，同樣極具開創意義，形成的產業能力將為以後發展其他燃料動力打下堅實基礎，從而

進入航天動力自由王國，意思是指我們需要什麼就可以在很短的時間裡造出來，按需供應。

長征九號為什麼非要不可？

長征九號的發展總體劃分為三大階段，第一階段是完成系列構型模組研製，實現首飛，滿足載人月球基地建設需要；第二階段進一步完善火箭型譜，並投入應用性飛行任務，拓展可重複使用能力；第三階段，利用新材料、新動力進一步提高運載能力和技術水平，

滿足載人登火

、空間太陽能電站為代表的超大規模空間探索工程與空間基礎設施建設的任務需求。

助力月面科研站工程的“月宮365大型密閉實驗”

大洋彼岸自土星五號以來，包括太空梭、SLS太空發射系統、超重-星艦在內投入的資金高達數千億美元，而長征九號預計的一千億人民幣投資在它們面前是小巫見大巫，但透過該型號得到的收穫必然是物超所值。

去年嫦娥探月工程繞落回三步走戰略已經勝利收官，嫦娥五號圓滿完成11個節點任務獲取了大量月球樣本，嫦娥四號月背探測也已經打響嫦娥探月四期工程開頭炮，下一步人機協同探月需求下的載人月球工程也已經進入深水區。

新一代載人飛船試驗船

去年旨在服務載人登月任務的新一代載人飛船試驗船圓滿完成首飛任務，與長征九號同步發展的

新一代載人運載火箭是載人登月一期工程的主力運載工具，該型火箭基於成熟貨架產品研製，進度相較於長征九號更快，目前定下的時間表是2026年前實現首飛，它也是新一代載人飛船與登月艙的標配火箭

。

新一代載人火箭高效傳力全尺寸樣機（重型火箭）

使用新一代載人火箭可以更早實現載人登月零突破，而後續人機協同探月需求下建設的月面科研站，就需要運力更強的長征九號。

為什麼說月面科研站非長征九號所不能？因為月面科研站需要的發供電、溫控、生命保障系統等都是大規模載荷，以長征三號乙、長征五號、新一代載人火箭、長征九號四型火箭為例，月面到達能力分別是，不足1噸、2噸、9噸、15噸，長征九號運力優勢十分突出。

長征九號月面到達能力可達15噸（圖為嫦娥四號）

前景如此美好，那麼長征九號專案的具體進展如何？

自2016年長征九號關鍵技術攻關及深化論證階段立項以來累計投入資金

15億人民幣

，在重型運載火箭總體、大推力液氧煤油發動機、大推力液氧液氫發動機、25噸氫氧膨脹迴圈發動機、大直徑箭體設計製造及試驗、增壓輸送及大口徑管路閥門、大型結構連線分離、動特性獲取和環境預示、大型運載器先進GNC及電氣應用、大功率伺服、重型運載火箭大型地面試驗、重型運載火箭發射地面支援，

合計12類關鍵技術、940項領域細分專案中收穫了大量成果

。

480噸液氧煤油發動機全工況半系統試車

480噸液氧煤油發動機半系統試車

具有代表性的成果有，

起飛級與芯二級配套研製的YF-130型480噸液氧煤油發動機與YF-90型220噸液氧液氫發動機兩型動力目前已經完成發動機整機裝配

，YF-130發動機也已經實現全工況半系統試車，用於整機試車的大規模試車臺專案也相繼公開。

需要指出的是YF-130型480噸液氧煤油發動機並非首次進行半系統試車，所謂全工況半系統試車是指發動機按照額定100%燃料供給試車，除噴管外發動機所有系統參與試車，表明至少90%的技術關卡已經打通。

航天科技一院披露YF-130與YF-90兩型動力已實現整機裝配

重型火箭新試車臺專案公開

長征九號關鍵技術攻關部分成果

其他成果還有，世界最大火箭整流罩分離氣囊、9。5米級直徑燃料貯箱設計與製造等等。

長征九號用兩種大直徑貯箱已經攻克

眾所周知長征五號大火箭是由天津航天長征火箭製造有限公司進行總裝及測試工作，爾後由遠望21與遠望22兩船走海路運輸至海南清瀾港，再經陸路機動至文昌發射場，可謂是舟車勞頓。那麼，屆時長征九號還要走長征五號的老路嗎？如果是這樣，它需要更大的遠望運輸船，且遠端運輸過程中存在諸多難以控制的技術風險。

長征五號火箭海路運輸

去年年底航天科技一院正式簽約在海南文昌國際航天城設立“海南分院”，新院區佈局了包括創新研發區、商業航天區、航天重大工程總裝總測基地、綜合保障區、文化產業區總計五大功能區。其中

航天重大工程總裝總測基地就是長征九號與新一代載人火箭的總裝測試基地

，該功能區還配套有服務長征九號的大型地面試驗設施。

文昌國際航天城

這意味著長征九號不會再走長征五號遠距離運輸的老路，而是

就近總裝總測，與文昌發射場無縫對接

。長征九號還將沿用久經戰陣的垂直總裝、垂直運輸、垂直測試的三垂測發模式。

長征九號總裝總測基地

長征九號在深空探測領域有兩隻眼睛，一隻眼盯著載人月球，另一隻眼則盯著載人火星工程。

我國火星探測是二步走戰略，即一步實現繞落巡、二步完成取樣回，2028年將是火星取樣返回探測器的發射視窗，屆時長征九號還不足以承擔應用性發射業務，因此將選用一枚長征五號+一枚長征三號乙執行此項發射任務，到2031年火星取樣飛船返回地球后，載人火星任務亦可提上日程。

載人火星研究早已展開

長征九號也將為此做好準備，在其第三階段發展過程中將更換新型動力與一系列新材料新技術，進一步提升運力，近地軌道運力有望突破200噸，屆時它將有能力與資格向載人火星任務發起挑戰，進而

成為我國在遙遠深空構建人類命運共同體的最佳實踐

。