未来的长征9号载荷，能不能追上最强火箭土星5号？

说到火箭，巅峰之作无疑就是土星五号重型运载火箭。在1967年-1973年间，美国共发射的13枚土星五号运载火箭，无一失败。除了最后一枚是实施天空实验室计划外，其他12枚都是为阿波罗计划服务的。共运送了24人前往月球，最终12人登陆月球。可以说，土星5号火箭是阿波罗计划得以实施的关键所在。

二战后美苏两个超级大国一直在对抗。虽然没有战争，却在技术层面碰撞出激烈的火花。上世纪60年代，随着苏联接连取得第一次进入太空、第一次太空行走等诸多成就，本想成为航天领域“领头羊”的美国焦虑万分，宣布实施阿波罗计划，要在十年内将宇航员送上月球。

登月确实比地球附近的载人航天复杂，在整个登月过程中，火箭的运载能力是至关重要。以美国的阿波罗登月飞船为例，指令舱、服务舱和登月舱三个部分加在一起就接近了45吨。早在阿波罗登月之前，NASA就已经做好了载人航天的准备，只剩下火箭技术。当时他们设计了四种火箭方案：

1.月球直接往返；2.月球表面集合，用重型火箭分两次任务发射；3.地球轨道集合，用大中型火箭多次发射，在地球附近组装后载人登月；4.月球轨道集合，飞船到月球后，一部分登陆，一部分留轨。考虑到可行性，他们最终决定在近地轨道建造一枚运载能力为140吨的火箭。美国最终把任务交给了冯·布劳恩团队，一个投降的德国纳粹火箭专家。

土星家族与土星五号

1961年登月计划公布后，他们获得天量的资金。当钱不是问题时，冯·布劳恩开始大展身手，他和团队设计了土星系列火箭，分别是土星A、土星B和土星C。而我们所说的土星五号实际上是土星C系列中的土星-C5。冯·布劳恩还提出过C8这个型号，理论上可以完成直接登月、直接返回，不过以当时的资源、甚至今天的资源都很难实现。

1962年，美国宇航局宣布建造C-5火箭。它的总重量约为2970吨，最大直径10.1米，高度110.6米，近地轨道运力140吨，地月转移轨道极限运力48.6吨。

火箭第一级总重约2290吨，其中壳体和发动机质量仅为130吨，2160吨都为燃料，为液氧煤油，发动机工作时间标准流程为165秒，发动机总推力达到了惊人的3510吨！

第二级总重约496吨，其中壳体和发动机质量仅为40吨，456吨都为燃料，为液氧液氢，发动机工作时间标准流程为360秒，发动机总推力为514吨；

第三级总重约123吨，其中壳体和发动机质量仅为13吨，110吨都为燃料，为液氧液氢，发动机工作时间标准流程为两次共计500秒，发动机总推力为100吨。

从1967年11月到1973年5月，土星5号火箭完成了13次发射任务（12次阿波罗，1次天空实验室），全部成功。而同时代的苏联登月火箭N1却遭遇反复失败，连续4次试射均在升空后不久爆炸，成为人类载入史册的最强人工（非核）爆炸，苏联最终退出登月竞赛，秘密开始载人空间站计划，也就是礼炮1-7号共计9个空间站（7个成功）。礼炮1号在1971年4月19日秘密升空，苏联在载人空间站领域终于实现超越。

美国随即搞了个天空实验室空间站（Skylab）。设计逻辑是“来不及了，咱把土星5号的最上级装大量仪器不就行了”。1973年5月14日，天空实验室升空，它由土星5号的第三级S-IVB改造而来。空重77吨，对接阿波罗飞船状态下超过了90吨。比较而言，苏联首个空间站礼炮1号重18.4吨，差了几个身段。美国在空间站领域赶上并超过苏联。不过在上世纪70年代，土星5号还是退役了。

美帝也觉得奢侈的土星五号

在太空竞赛以及冷战的特殊政治时期，美苏两国为了争夺航天领域地位，不计成本地投入资金和技术。从1964~1973年间，美国为土星5号的研发总共拨款64.17亿美元，刨去研发费用，平均下来每次发射需要1.8亿美元，每枚土星5号发射费用为12.3亿美元（2020年价）。

美国靠着土星五号，登上月球，在太空竞赛中制霸苏联，在东西方两大阵营对抗中出尽风头。1975年前后，苏美签订了一系列协议，双方中止了太过烧钱的太空竞赛，砍掉了大量航天项目，尤其是重型火箭的任务。土星5号在空间站发射后失去了“用武之地”，干脆直接废掉相关生产线。有些人认为美国遗失了土星5号的图纸，实际上图纸还保存着，只是许多供应商早都关门了，制造生产组织不起来了。再说半个世纪以来，航天电子设备、火箭飞行控制系统都跟原先的不同了，过去的图纸放到今天也落伍了，还是需要去重新研发的。

NASA在研的新一代重型火箭太空发射系统和猎户座飞船同样昂贵，对于波音和诺格公司这种航天承包商来说，研发新火箭可是门赚大钱的生意，但抄图纸不是。整个SLS的预算为180亿美元，有20亿美元是用于改建发射台及肯尼迪航天中心；60亿美元是用于“猎户座”飞船的研究和制造。火箭本身的预算是100亿。在2019年，NASA不得不将SLS火箭的总投入增加到360亿美元，发射费用另算（里面有多少油水我们就不细研究了）！

目前，世界各航天大国都在“慢慢来”，NASA的太空发射系统、SpaceX的大猎鹰火箭、蓝色起源的新阿姆斯特朗、俄罗斯的新联盟和安加拉、中国长征9号都处在在研或论证阶段，它们的最终设计目标都可达到土星5号的级别。

长征系列与长征九号

1970年4月24日，酒泉卫星发射中心。寂静的夜晚突然被一阵轰鸣声打破，紧接着，一枚长30米、直径2.25米、80吨起飞质量的火箭，用炽热的火焰划破了夜空，向南方飞去。

15分钟之后，来自太空的我国第一颗人造卫星“东方红一号”，播放着“东方红”乐曲向世界宣告：中国人也有能力进军太空。而承载着“东方红一号”进入太空的，正是我国第一枚运载火箭——“长征一号”。

在我国运载火箭设计之初，新成立的七机部第一研究院，为表达实现革命目标不畏艰辛、顽强奋斗的决心，提出将我国运载火箭命名为“长征”的构想，获得上级批准。

长征一号（CZ-1）运载火箭脱胎于1965年3月钱学森提出的“八年四弹”计划发展出来的中远程导弹东风4型，在导弹的二级上面加装了一枚用于入轨的固体燃料三级。先后将“东方红一号”卫星和“实践一号”卫星成功送入了预定轨道，实现了中国火箭与卫星从无到有的历史性突破。

虽然长征一号是中国运载火箭历史性的突破，但要发射更重的载荷，例如重达1.8吨的返回式卫星，就有些力不从心了。航天人们又从“八年四弹”计划中找出了比东风4更粗更大的洲际弹道导弹，也就是东风5型洲际导弹，以它为蓝本，改进发展出了长征二号（CZ-2）运载火箭。

长征三号（CZ-3）火箭则是我国最早采用液氢液氧作为推进剂的火箭。随着后续技术的进步和需求的提升，卫星越来越重，基本型CZ-3已难将更重、更大的卫星送入同步轨道了。后来在CZ-3基本型的基础上，拉长燃料箱，重新设计出一个直径3米的三级（更换了性能更先进、推力更大的氢氧发动机）——金牌火箭“长三甲”系列就此诞生。

长征四号（CZ-4）运载火箭原先是一个与长征三号竞争的方案，这款火箭是在风暴一号（也就是东风5）的基础上加装一个常温液体燃料的第三级，用于发射同步轨道卫星的。

随着卫星小型化、微型化技术的发展，火箭技术也在迭代。到了002年，为了解决“老长征”火箭的一系列历史遗留问题，中国开始研究新的火箭。经过努力，开发出了长征五号大型火箭，主打近地轨道大载荷，兼顾月球、火星等深空探测。到了2009年与2010年，再把长征五号系列中衍生型号的小、中型火箭分别独立出去，形成了长征六号与长征七号两个新系列。

长征八号是首个火箭一级可回收技术的火箭，负责一些长2、4、6、11做不到的，长5、7又浪费的中型载荷的近地轨道、极地轨道、太阳同步轨道的任务。

还有利用新型固体燃料弹道导弹技术改进的长征11号运载火箭。最大的亮点在于其超短的发射准备时间，只需要24小时就可以完成星箭技术准备和发射任务，实现卫星的快速组网和补网，可以满足在发生突发事件时应急快速发射的需求，这在商业卫星领域的诱惑力是巨大的。目前已进行13次发射，包括3次海上发射，全部取得成功。

从长征一号到长征十一号，中国航天事业历经了50年的艰难长征，取得了一系列辉煌的成就。“实践”、“风云”、“神舟”、“北斗”、“嫦娥”、“天宫”、“天舟”、“悟空”、“墨子”……这些熟悉的名字经由“长征”系列运载火箭的托举，进入了广阔的太空之中。可以说，一代代“长征”火箭，是一代代中国人艰苦奋斗、自力更生的回忆。

至于长征九号，则是我国正在研制的新一代重型火箭，运力超过当年的土星5号（弥补当年计划实施，又因各种原因下马的长征十号重型火箭）。长征九号重型运载火箭一级芯体内部计划安装4台YF-130液氧没有高压补燃发动机，而在芯体外部还外挂有四个助推器，每个助推器上还安装了两台YF130液氧没有高压补燃发动机，这一共就是12台，所以长征9号的总推力高达5873吨。由于捆绑构型的火箭要承担更多的结构重量，长征九号的运载系数有所下降。

土星五号的造价非常高，如果不是载人登陆外星球这种航天大任务，运力就会被白白浪费。而长征9号采取的是捆绑构型的设计，近地轨道运载能力可覆盖50吨到140吨。而且长征9号还有潜力可挖。如果我们480吨级的YF130液氧煤油发动机能研发成功，乐观一点，是足够保证2030年实现载人登月的了。

鸽王SLS登月火箭

当今世界航天界有三大鸽王，“科学”号实验舱在地面“鸽”了14年，于2021年7月21日发射成功，随后与国际空间站顺利对接；“韦伯”太空望远镜也在地面“鸽”了14年，于2021年12月25日发射升空，并在一个月后顺利抵达拉格朗日L2点；而第三个“鸽王”，就是美国新一代登月火箭SLS，不知什么时候可以顺利上天？

SLS全称“空间发射系统”，是美国继“土星”5号之后又一登月重型运载火箭。SLS并非是全新设计的火箭系统，它的技术是在已停运的美国航天飞机的固态助推器的版本基础上改进而来的。

美国上一次的重返月球“星座计划”，NASA计划同时开发两型登月火箭，“战神一号”用于载人，“战神五号”用于将“牵牛星”登月舱和其他货物发射到月球轨道，完成对接之后再登月。

2010年，由于“星座”重返月球计划的下马，“战神一号”和“战神五号”合并。2011年连绰号都没有的“空间发射系被推到前台，而另一个主角“猎户座”登月飞船，则从“星座”计划继承而来，连名字都懒得去改。

SLS火箭虽然是NASA的亲儿子，但受到马斯克SpaceX公司“星舰”的严重挑战。“星舰”2021年的8月7日就矗立在发射台上了。今年2月9日，“星舰”第二次合体。虽然只是展示摆拍，并不能用于真正的发射，但显然是NASA在向SLS施压。原先NASA做预算时，都尽量往大的报，可没想到SLS的发射费用还是一涨再涨，发射一次火箭的费用达到了令人目瞪口呆的41亿美元，连壕惯了的美帝也大呼吃不消。

反观“星舰”，号称LEO近地轨道的每公斤发射费用，只要区区10美元，比SLS低了好几个数量级。虽然不知道里面有多少水分，但确实性价比更高。也正因为如此，“星舰”才在去年击败了蓝色起源和Dynetics公司，赢得了重返月球的落月飞船项目。而现在，NASA越来越倾向将整个“阿尔忒弥斯”计划都交给SpaceX公司做。

对SLS火箭来说，还有三四年时间的追赶期，如果在这期间它能将可回收技术搞定，并将发射成本给降下来，与“星舰”的最终竞争“鹿死谁手”，还未可定。