文/ 松堂

韓國(guó)經(jīng)濟(jì)的“漢江奇跡”是從引進(jìn)西方技術(shù)起步，航天技術(shù)的發(fā)展也無(wú)法脫離這樣的桎梏。但西方對(duì)韓國(guó)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓有相當(dāng)大的偏重，衛(wèi)星技術(shù)方面的合作與轉(zhuǎn)讓比較寬松，火箭技術(shù)轉(zhuǎn)讓卻極為苛刻。這在很大程度上是為了避免韓國(guó)研制出射程太遠(yuǎn)的彈道導(dǎo)彈，從而刺激到周邊國(guó)家。

但是韓國(guó)絕不肯放棄。1989年，韓國(guó)成立了國(guó)家航空航天研究所，簡(jiǎn)稱(chēng)KARI。它是負(fù)責(zé)航空航天研究和開(kāi)發(fā)的政府研究機(jī)構(gòu)，還包括促進(jìn)與工業(yè)界和大學(xué)的合作。到2011年，KARI的規(guī)模已經(jīng)超過(guò)700人。自成立以來(lái)，KARI一直在設(shè)法研制運(yùn)載火箭。按照這家機(jī)構(gòu)的說(shuō)法，火箭研發(fā)的目的是純粹的科學(xué)和民用，但這種話(huà)也就是說(shuō)說(shuō)而已，至少韓國(guó)運(yùn)載火箭承擔(dān)著發(fā)射軍用衛(wèi)星的重大期望。

▲ 比較矮的模型是KSLV- I火箭模型

從KSR-I火箭起步

早在1993年，韓國(guó)就發(fā)射了單級(jí)固體火箭KSR-I。1997年和1998年，韓國(guó)又先后發(fā)射了二級(jí)固體火箭KSRII。這兩代火箭的主要任務(wù)目標(biāo)都是觀(guān)測(cè)平流層和臭氧層。此后韓國(guó)研制了KSR-III液體推進(jìn)劑火箭，KSR-III是韓國(guó)第一枚使用液體推進(jìn)劑的火箭，于2003年發(fā)射。從KSR-III開(kāi)始，韓國(guó)走上了低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的道路。這種火箭采用煤油和液氧燃料，采用了高壓氣瓶作為推進(jìn)劑供給系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力為13噸。在發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)的早期階段，KSR-III曾遭遇過(guò)燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，KARI為此開(kāi)發(fā)了隔板技術(shù)，解決了問(wèn)題。2002年11月28日KSRIII首次發(fā)射。火箭長(zhǎng)14米，直徑1米，起飛時(shí)總重量約6噸，飛行時(shí)間是231秒、飛行距離為80千米。這個(gè)型號(hào)讓韓國(guó)初步掌握了液體推進(jìn)劑等航天運(yùn)載火箭的基本技術(shù)，以及低溫地面支持、推力矢量控制（TVC）、使用復(fù)合材料的加壓罐和發(fā)射架，驗(yàn)證了包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的電子系統(tǒng)技術(shù)。

韓國(guó)認(rèn)為，自己通過(guò)上述項(xiàng)目，獲得了運(yùn)載火箭所需要的各種基礎(chǔ)技術(shù)，如電子技術(shù)、地面支持系統(tǒng)、發(fā)射操作技術(shù)等，因此啟動(dòng)了KSLV-I羅老號(hào)運(yùn)載火箭的研制。但實(shí)際上，韓國(guó)當(dāng)時(shí)并沒(méi)有能力研制真正的大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，因此“羅老號(hào)”只能選擇從俄羅斯進(jìn)口第一級(jí)的辦法。俄羅斯為此索取了高價(jià)，卻沒(méi)有轉(zhuǎn)讓技術(shù)。即使如此，“羅老號(hào)”的研制也不順利，第一次和第二次發(fā)射均以失敗告終，到2013年的第三次發(fā)射才算把衛(wèi)星送入軌道。但是KARI對(duì)這段歷史往往是一筆帶過(guò)。

自2010年起，也就是KSLV-I第二次發(fā)射失敗的第二年，KARI啟動(dòng)了韓國(guó)第二種運(yùn)載火箭的研制。KSLV-II并不是KSLV-I的國(guó)產(chǎn)化型號(hào)或者后續(xù)型號(hào)，而是一個(gè)全新的型號(hào)。

KSLV-II的韓語(yǔ)發(fā)音是“努里”，意思是“世界”。韓國(guó)政府的偶像是美國(guó)太空探索技術(shù)公司，希望自己也能培育出一個(gè)企業(yè)來(lái)，用相對(duì)廉價(jià)可靠的火箭，滿(mǎn)足國(guó)際商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)的需求。KSLV-II目前的目標(biāo)是將1500千克的有效載荷送入600-800千米的低地球軌道（LEO），或者將2600千克的有效載荷送入300千米的低地球軌道。

KSLV-II火箭

KSLV-II是一種三級(jí)火箭。第一級(jí)采用四臺(tái)KRE-075型發(fā)動(dòng)機(jī)，總推力為266.4噸，比沖289.1秒。第二級(jí)采用一臺(tái)真空型KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)，噴管的直徑更大，比沖可以達(dá)到315.4秒。第三級(jí)火箭則使用一臺(tái)比沖為325.1秒的KRE-007發(fā)動(dòng)機(jī)。所有這些發(fā)動(dòng)機(jī)都采用液氧煤油燃料，其中航空煤油的牌號(hào)是A-1型。

KSLV-II采用這樣的構(gòu)型，并不是KSLV-I的第一級(jí)在設(shè)計(jì)上有什么問(wèn)題。實(shí)際上，這種采用RD-191發(fā)動(dòng)機(jī)作為核心的火箭級(jí)段，是世界上最先進(jìn)的構(gòu)型之一。韓國(guó)沒(méi)有仿造，僅僅是因?yàn)榉略觳怀鰜?lái)而已。但不管怎么說(shuō)，KSLV-II也算是韓國(guó)靠自己的力量邁向宇宙的第一塊階石。

▲ 測(cè)試中的KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)

▲ 韓華公司準(zhǔn)備測(cè)試KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)

▲首枚KSLV-II火箭前往發(fā)射場(chǎng)

▲ 為KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)門(mén)修建的試車(chē)臺(tái)

KSLV-II的開(kāi)發(fā)分為3個(gè)階段。第一階段為2010年3月至2015年7月，進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和火箭初步設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了多次測(cè)試，完成了發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)子系統(tǒng)和系統(tǒng)測(cè)試設(shè)施的建設(shè)，并開(kāi)始了7噸級(jí)液體發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)測(cè)試。第二階段從2015年8月到2018年3月，實(shí)施了運(yùn)載火箭關(guān)鍵設(shè)計(jì)、75噸級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)地面試驗(yàn)和（TLV）試飛。目前這種火箭的研制處在第三階段，也就是正式研制和發(fā)射。

▲ 為KSLV-II火箭修建的 LC-2發(fā)射工位

KSLV-II長(zhǎng)47.2米，最大直徑3.5米，起飛質(zhì)量200噸。火箭的設(shè)計(jì)基線(xiàn)在初步設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確立，關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審（CDR）計(jì)劃在2017年進(jìn)行，此后并未發(fā)生大的改動(dòng)。KSLV-II是一種比較規(guī)矩的火箭設(shè)計(jì)，第一級(jí)包括推進(jìn)系統(tǒng)、推進(jìn)劑儲(chǔ)箱和燃料供給系統(tǒng)、防火系統(tǒng)、航電系統(tǒng)和推力矢量控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第一級(jí)的總質(zhì)量為143噸，真空推力約為300噸（2940千牛），真空比沖為298.5秒，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間為126秒。二級(jí)火箭包括火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、推力矢量控制系統(tǒng)、滾動(dòng)控制系統(tǒng)、級(jí)間段，總質(zhì)量42.3噸，真空推力80噸（784千牛），真空比沖315.9秒，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間為144秒。第三級(jí)包括推進(jìn)系統(tǒng)、航電設(shè)備、慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)單元（INGU）、TVC系統(tǒng)、衛(wèi)星適配器、反作用控制系統(tǒng)等，總質(zhì)量12.6噸，真空推力7噸（68.6千牛），真空比沖326.6秒，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間約為500秒。整流罩長(zhǎng)7米，重700千克，包括結(jié)構(gòu)、分離系統(tǒng)、隔音毯和熱控制系統(tǒng)等。

KSLV-II GLSV-G（C35） 長(zhǎng)征四號(hào)子級(jí)數(shù)量 3 4 3高度 47.2 44 45.6起飛重量 200噸 320噸 250噸一級(jí)推力 2940千牛 4800千牛 2961.6千牛700千米太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力 1.5噸 1.75噸 1.9噸發(fā)射日期 計(jì)劃2021年10月 2016年9月26日 1999年5月10日（首次發(fā)射）

從總體參數(shù)上說(shuō)，KSLV-II和印度的PSLV-G、中國(guó)的長(zhǎng)征四號(hào)乙比較接近，但是運(yùn)載能力卻要差很多。特別是KSLV-II的起飛重量和起飛推力相差100噸之多。推測(cè)這是因?yàn)镵ARI第一次自己搞運(yùn)載火箭，為了確保成功，在很多地方留了太多余量。如果能逐步成熟起來(lái)，估計(jì)會(huì)逐漸把這些余量“吃掉”，有效提高運(yùn)載能力。

KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)

KRE-075是一種采用開(kāi)放式燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)獍l(fā)生器需要消耗大約4%的推進(jìn)劑來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪泵。燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪后，通過(guò)熱交換器和排氣管排出，能產(chǎn)生約1%的推力。

KRE-075有兩種型號(hào)，海平面型和真空型。KRE-075沒(méi)有控制發(fā)動(dòng)機(jī)推力和燃料混合比的功能，但在地面試驗(yàn)中，可以通過(guò)3個(gè)控制閥來(lái)控制和保持發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。

為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能，KARI在羅老航天中心建造了幾個(gè)測(cè)試設(shè)施，包括燃燒室試驗(yàn)裝置、渦輪泵試驗(yàn)裝置、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)裝置、高空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)備。有了這些設(shè)施之后，韓國(guó)終于可以獨(dú)立自主開(kāi)展火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制了。

▲ 組裝完成的KSLV II一級(jí)

▲KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)四機(jī)聯(lián)合點(diǎn)火試驗(yàn)

按照韓國(guó)方面的說(shuō)法，燃?xì)獍l(fā)生器是KRE-075的研制重點(diǎn)。用在這種發(fā)動(dòng)機(jī)上的型號(hào)被稱(chēng)為75tGG。這個(gè)型號(hào)并不是憑空研制的，在開(kāi)發(fā)KSLV-I火箭期間，KARI為30噸級(jí)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)一種燃?xì)獍l(fā)生器，稱(chēng)為30tGG，獲得了一定的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。30tGG從2002年開(kāi)始研制，是一種富燃料型燃?xì)獍l(fā)生器（也就是為渦輪泵供應(yīng)超額的煤油，實(shí)現(xiàn)不完全燃燒）。到2008年KSLV-I起飛前，KARI共生產(chǎn)8個(gè)小尺寸和11個(gè)全尺寸樣機(jī)。這11個(gè)全尺寸樣機(jī)，進(jìn)行了21次燃燒試驗(yàn)，累積時(shí)間為470秒。韓國(guó)還利用俄羅斯試驗(yàn)設(shè)施，對(duì)30噸級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成與30tGG渦輪泵進(jìn)行了聯(lián)用試驗(yàn)，據(jù)說(shuō)取得了滿(mǎn)意的燃燒特性、燃燒穩(wěn)定性和耐久性。

75tGG的結(jié)構(gòu)與30tGG幾乎相同，只是把推進(jìn)劑流量擴(kuò)大了約3倍。在30tGG技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)氣缸式燃燒室、同軸渦流噴射器和蓄熱冷卻燃燒室加以改進(jìn)。75tGG開(kāi)發(fā)項(xiàng)目可分為4個(gè)階段：全尺寸技術(shù)演示模型（TDM）、子尺寸TDM（STDM）、開(kāi)發(fā)模式第一階段和第二階段（DM）以及發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)模型。

▲ KSLV-II 的未來(lái)大推力型，低軌道運(yùn)載能力可以達(dá)到4噸

為了開(kāi)發(fā)75tGG，KARI摸索出了一套試驗(yàn)方法、建立了試驗(yàn)設(shè)施，也遇到了很多次故障和事故，包括試驗(yàn)設(shè)施的收縮應(yīng)力和緊固件因注入液氮而泄漏、推進(jìn)劑供應(yīng)程序不佳導(dǎo)致頭部面板焊接部分開(kāi)裂、燃料泄漏導(dǎo)致點(diǎn)火期間發(fā)生爆炸、燃燒器的燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題需要返工，等等。但經(jīng)過(guò)幾年的努力，KARI還是解決了上述問(wèn)題，把75tGG造出來(lái)了。

韓華科技公司于2016年1月25日與KARI簽訂了141億韓元（1177萬(wàn)美元）的合同，為KSLV-II生產(chǎn)兩種類(lèi)型的液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。2016年1月8日，為攻克燃燒室燃燒不穩(wěn)定和液體發(fā)動(dòng)機(jī)油箱焊接技術(shù)難題，開(kāi)展了二期工程，并對(duì)KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了幾秒鐘的燃燒試驗(yàn)。2016年5月3日，KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了1.5秒長(zhǎng)的火花點(diǎn)火試驗(yàn)。后來(lái)在2016年6月8日燃燒了75秒。在這些成功之后，2016年7月20日下午1:39，成功實(shí)現(xiàn)了145秒（147秒）的最終目標(biāo)燃燒時(shí)間。在燃燒試驗(yàn)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)名義上運(yùn)行，燃燒安全性和燃燒推力等所有數(shù)值均在預(yù)期誤差范圍內(nèi)。在實(shí)際發(fā)射過(guò)程中，第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒127秒，第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒143秒。從2016年10月開(kāi)始，第二臺(tái)KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了200多次燃燒試驗(yàn)，性能基本上穩(wěn)定下來(lái)了。

至于第三級(jí)火箭用的KRE-007發(fā)動(dòng)機(jī)，2014年3月7噸級(jí)燃燒室首次燃燒試驗(yàn)順利完成，2015年7月開(kāi)始進(jìn)行KRE-007總裝和首次點(diǎn)火試驗(yàn)，該項(xiàng)目的第一階段已經(jīng)完成，增加了一個(gè)三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒試驗(yàn)設(shè)施和一個(gè)燃燒室燃燒試驗(yàn)設(shè)施。

一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的TLV火箭

為了確保KSLV-II火箭的研制成功，特別是為了確保KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)妥可靠，KARI專(zhuān)門(mén)研制了“測(cè)試發(fā)射火箭”，簡(jiǎn)稱(chēng)TLV。這是一種單級(jí)火箭，只裝了一臺(tái)KRE-075發(fā)動(dòng)機(jī)。它的長(zhǎng)度為25.8米、直徑2.6米，發(fā)射質(zhì)量52.1噸，干質(zhì)量38噸。有些研究者在美國(guó)宇航局論壇上發(fā)表推測(cè)說(shuō)，這個(gè)重量意味著火箭攜帶了一定的有效載荷，并且認(rèn)為可能是某種大氣研究設(shè)備。然而KARI研究人士竟然專(zhuān)門(mén)跟帖回復(fù)說(shuō)，TLV整流罩里不是什么設(shè)備，僅僅是配重而已。

▲ KSLV-II起豎的連續(xù)動(dòng)作

▲ KSLV-II一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型

TLV原本打算在2018年10月25日發(fā)射，但由于在火箭推進(jìn)劑加壓系統(tǒng)中檢測(cè)到異常讀數(shù)，只好推遲到2018年11月28日。當(dāng)天下午4點(diǎn)，火箭從韓國(guó)全羅南道高鄉(xiāng)的羅老航天中心發(fā)射升空。原計(jì)劃是火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒140秒，達(dá)到100千米的高度，然后在濟(jì)州島和沖繩島之間的海面上濺落。

但實(shí)際上，它的主發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒了151秒，實(shí)際達(dá)到了209千米，最后在濟(jì)州島東南429千米的太平洋上濺落。

由于TLV的目的是作為一種試驗(yàn)飛行器，并且飛行以成功告終，因此不會(huì)有第二次TLV發(fā)射。

KSLV-II火箭對(duì)韓國(guó)的經(jīng)濟(jì)、國(guó)家戰(zhàn)略都有重要意義。2020年7月28日，韓國(guó)國(guó)家安全事務(wù)副顧問(wèn)金賢聰在記者會(huì)上說(shuō)，韓國(guó)軍方需要“睜大眼睛”監(jiān)視朝鮮半島。他說(shuō)韓國(guó)“不久將擁有許多低軌道軍事衛(wèi)星，這些衛(wèi)星具有出色的監(jiān)視能力”，可以對(duì)該地區(qū)進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測(cè)。

▲ KSLV-II進(jìn)入LC-2發(fā)射工位

KSLV-II將用于發(fā)射多顆地球觀(guān)測(cè)衛(wèi)星，如韓國(guó)多用途衛(wèi)星、低軌道偵察衛(wèi)星。它計(jì)劃支持韓國(guó)的月球探測(cè)任務(wù)，發(fā)射軌道飛行器和著陸器。KSLV-II還將是韓國(guó)第一枚進(jìn)入商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)的火箭。發(fā)射成本估計(jì)在3000萬(wàn)美元左右，比亞洲同行便宜。這將使韓國(guó)能夠?yàn)闁|南亞國(guó)家提供廉價(jià)的發(fā)射服務(wù)。

地球靜止軌道型KSLV

韓國(guó)方面考慮，在KSLV-II項(xiàng)目成功后，進(jìn)一步將KRE-075的推力從75.9噸（743.82千牛）增加到86.6噸（7848.68千牛），比沖從261.7秒增加到315.4秒。另外，還打算減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，例如取消點(diǎn)火器和降低結(jié)構(gòu)重量，這樣可以把KSLV-II的有效載荷能力從1.5噸增加到2.8噸。

還有一種用于地球靜止赤道軌道的KSLV-II的升級(jí)型號(hào)正在研制中。它將在核心級(jí)集合四臺(tái)KRE-090發(fā)動(dòng)機(jī)，四臺(tái)側(cè)面助推器各配備一臺(tái)KRE-090發(fā)動(dòng)機(jī)。第二級(jí)將采用真空優(yōu)化的KRE-090發(fā)動(dòng)機(jī)（KRE-090V）。第三級(jí)將采用新開(kāi)發(fā)的KRE-010V富氧化劑分級(jí)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。