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帖子主题:[原创]一次性液体火箭的未来前景注定要江河日下

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[原创]一次性液体火箭的未来前景注定要江河日下

一次性液体火箭的未来前景注定要江河日下
第一节,研制超级长二捆火箭能够大大减轻长征五号火箭研制拖延的负面影响。
如果当年中国政府立项研制了“超级长二捆火箭(即长征二号[size=10.5]EA)”的话,最大的好处就是大大降低了目前长征五号火箭研制久拖不决、迟迟不能够成熟所带来的负面影响。[size=10.5]

当然,研制“超级长二捆火箭”也必然与目前的长征[size=10.5]7火箭项目产生直接的冲突。如果“超级长二捆火箭”在[size=10.5]2005[size=10.5]2006年能够研制成功,目前版本的长征[size=10.5]7号火箭即使要立项研制,时间也至少要推迟到[size=10.5]2025年、甚至[size=10.5]2030年之后才会上马进行。[size=10.5]

因为目前的长征三号乙火箭就已经明确要持续使用到[size=10.5]2030年左右,如果当年“超级长三捆火箭”研制成功,也一样会持续服役到[size=10.5]2030年前后才会考虑停产的可能。[size=10.5]

至于现在,超级长二捆火箭就完全没有研制的必要了。因为目前版本的长征[size=10.5]734火箭的[size=10.5]GTO运力也能够达到[size=10.5]7吨左右,要应急发射下[size=10.5]GTO轨道、[size=10.5]GEO轨道的[size=10.5]特殊大型卫星[size=10.5]也是可以的。[size=10.5]

总而言之,“超级长二捆火箭”都是一款非常有趣的火箭。其的命运起伏与长征[size=10.5]7号火箭项目高度相关,其之上马立项与否,也说不上对错。但至少能够为中国重型空间载荷(即[size=10.5]LEO运力[size=10.5]14吨左右、[size=10.5]GTO运力[size=10.5]6吨以上)的发射多争取[size=10.5]10[size=10.5]15年的时间优势却是一个重要的事实(具体内容详见《高凉陈君文集精选》一书,本书可轻易从互联网上下载到)。[size=10.5]

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由于“方方面面”早年都大大低估了长征五号火箭研制的复杂性与困难程度。结果长征五号遥[size=10.5]2火箭发射失败后,“方方面面”都首先从自己的身上去找原因,去总结教训。总之没有任何人去“为难”一线科技人员,这也是一个巨大的进步。[size=10.5]
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[size=10.5]2018-10-16
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第二节,研制直送GEO轨道的中间运力型火箭对于美、中、俄三大集团都非常容易。
固体燃料上面级火箭也一样有二级的,也一样能够进行2次点火。
美国波音公司当年研制的IUS固体惯性上面级火箭就具有2次的点火能力。航天飞机与大力神4H火箭当年就与IUS固体惯性上面级火箭相组合,执行了很多外星探测器(如尤利西斯太阳探测器与伽利略木星探测器)与直送GEO轨道的国防军事卫星(如导弹预警卫星、GEO电子侦察卫星)的发射任务。
事实上航天业在“懒人”当道的二十一世纪,加之NRHO深空站时代又需要大批火箭具有强大的LTO运载能力。
很多国家与民营商业化创新型航天公司又不想投入巨资研制具有34次点火能力的昂贵先进氢氧上面级火箭。因此未来象俄罗斯的布雷加特常温上面级、中国的YF40C常温上面级与美国IUS固体燃料惯性上面级之类“便宜货”注定还会大行其道的。
象下面的几款具有执行直送GEO轨道与LTO轨道发射能力的中间运力型火箭,迟早就会出现于人类的视野之中。
俄罗斯。
联盟5—布雷加特常温上面级火箭。
美国。
A

猎鹰9HIUS固体燃料上面级火箭(当然,想省钱的话太空探索公司也可以自己研制固体燃料上面级火箭或者常温上面级火箭)。

B

新艾伦—IUS固体燃料上面级火箭(当然,想省钱的话蓝色起源公司也可以自己研制固体燃料上面级火箭或者常温上面级火箭)。

中国。
超级长征五号—YF40C常温上面级火箭。
反正氢氧上面级火箭的价格很贵,发射场整备又非常复杂麻烦,大家又都想省下巨额的研发费用。最后也就只能够学习大力神—IUS固体燃料上面级火箭的技术演进路径,在各国火箭工业界的现成“货架”上,将布雷加特常温上面级、IUS固体惯性上面级与YF40C常温上面级拿出来“胡乱拼凑”下就交差了事。
而且在NRHO深空站时代中,由于LTO运力1020吨区间的中间运力型火箭需求量很大,“便宜”的上面级火箭的未来市场需求将会非常旺盛,这一发展趋势也非常值得全球航天界高度关注。
新艾伦BE3U+IUS固体上面级已经有4次点火能力了,理论上最后一次IUS点火时就能够执行进入墓地轨道的任务。
因为一般性的执行GEO轨道直送任务的火箭,上面级具有3次的点火能力就足以承担发射任务。
如此一计算起来,猎鹰9H+固体IUS上面级、新艾伦+IUS固体上面级、长征五号+YF40C常温上面级都已经事实上拥有4次的点火能力了。
早年高凉陈君还设想了三级版质子(质子火箭第三级的发动机要具有2次点火能力)+IUS固体上面级的方案,用于代替俄罗斯人可靠性不佳的微风M常温上面级来执行直送GEO与外星轨道的发射任务。
当然,固体燃料上面级性能垃圾也是真正的死穴,美国大力神4H+IUS固体燃料上面级火箭的GEO运力只有25吨,而大力神4H+半人马座氢氧上面级火箭的GEO运力已经高达到55吨。
但对于俄罗斯人可靠性不佳的微风M常温上面级,质子+IUS固体燃料上面级应该要好很多。至少美国的IUS固体燃料上面级出现故障的次数就要比微风M要少很多。
第三节,猎鹰9H与新艾伦火箭要实现GEO运力67吨的水平非常容易。
核心的关键是直送GEO轨道的任务实在太少。那怕是在美国,直送GEO轨道的发射任务每年也不过三、四次而已。因些除了传统的EELV两款使用RL10氢氧上面级发动机的火箭外,象猎鹰9H与新艾伦之类新锐火箭都完全是为了“可重复使用”而进行优化设计的,对执行直送GEO轨道的发射任务的兴趣严重不足。
不仅对执行GEO轨道直送任务兴趣不足,太空探索公司目前的猎鹰9火箭甚至对直送标准GTO轨道的发射任务也是抱着“能省则省”的心态。象最近发射的那几次劳拉卫星公司的重型通讯卫星,猎鹰9火箭也是采取送入“亚GTO轨道”就了事的技术解决方案。
但猎鹰9火箭却一样要进行回收复用,而通讯卫星就让它使用自带的燃料进入GTO轨道,然后再变轨道到GEO轨道就大功告成。事实上由于发射价值低廉,商业客户对猎鹰火箭以这种方式执行发射任务也完全没有意见。
当然,未来如果猎鹰9H与新艾伦火箭“决心”要参与竞争美国政府的直送GEO轨道的发射合同。这两款火箭再搭配上一个“廉价”的固体燃料上面级或者常温液体燃料上面级就是再好不过的解决办法了。
反正猎鹰9H与新艾伦火箭“大力出奇迹”,使用廉价上面级“随便弄弄”,要达到GEO运力67吨的区间也完全没有任何不可克服的技术难题。
象美国首富的那个新艾伦火箭,如果能够使用4BE3U氢氧发动机并联研制个巨型第二级,再胡乱搭配上一个“廉价”版上面级火箭(即罩内上面级)。以新艾伦火箭巨大的“体量规模(总起飞质量高达1400吨以上)”,GEO运力要“堆”到89吨的级别也完全是没有任何难度。

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      2018/10/18 23:25:32

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      有个问题不知道作者菌考虑了没有:可重复使用的火箭在后续使用中的安全保障,以及由此带来的成本上升的问题。

      本质上,这个问题就和航天飞机类似,然并卵的是,很多人似乎把可重复使用的火箭理解成了家用汽车?开车上班,开车回家,中间扔停车场不用检修?

      当年航天飞机的画饼也是这么理解的。。。结果航天飞机项目黄了。

      商业项目不光要计算物资成本,人工成本,时间成本这些都是成本(工科生,想到的就这么多了。)

      所以我认为可重复使用火箭本质上和航天飞机没什么区别,导致航天飞机项目从满怀期待到不堪重负,最终停止的问题,依然是可重复使用火箭的问题。

      当然,这个问题单独看是个问题,但是对于猎鹰系列是没这个问题的——Space X是一家以卫星服务为主的公司,按照它的发展蓝图,火箭成本是必然付出的成本,火箭项目的亏损,可以从别的比如卫星项目来补贴——毕竟卫星总是要上天的,别人家的火箭还要盈利,而自己家的火箭,只需要支付成本。

      2018/10/20 12:49:10
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      洛马与及其旗下的ULA公司一直就是个火箭研制领域的“系统集成商”,因为他们从不生产液体发动机,也不生产固体燃料助推器。
      如冷战时期著名的大力神3H4H火箭就是如此。洛马与ULA在美国火箭生产领域是典型的“朋友多多、敌人少少”,美国航天工业界总是有着一大班势力是“扯着”洛马与ULA的衫尾为生的。因此ULA的势力影响在国会与白宫都一直非常深厚,轻易动摇不了。
      现在的火神火箭也是如此,洛克达因、诺格系统、蓝色起源都是火神火箭的核心部件供应商,这三家现在与ULA就是“一荣俱荣、一损俱损”的密切关系。因此美国国会与白宫,那怕仅仅是为了“养活”洛克达因与诺格系统公司(毕竟失业问题大于天,而且固体燃料火箭维持正常生产对国家安全影响巨大,也必须包养),都不会让ULA公司的火神火箭项目完蛋。
      至于现在诺格系统的欧米加与火神火箭的“同业竞争问题”的彻底解决,未来ULA最好的解决方案就是重新回归大力神4H年代的技术演进路径。
      即也让诺格系统公司为火神火箭研制一款1000吨级推力的巨型固体燃料助推器,再基于现在的5米直径的BU4发动机主芯级平台(捆绑2枚或者4枚固体燃料助推器),搞一款LEO运力达4080吨、GTO运力达2540吨,GEO运力达813吨,LTO运力达1420吨的中间运力型火箭来。
      想想下大力神4H火箭时代美国的固体燃料火箭生产商、液体火箭发动机生产商与洛马公司的关系是多么的和谐?!政府大锅饭“人人有份”,自然矛盾冲突就少了很多。
      但冷战时代美国火箭工业界的这种“和谐局面”,在EELV时代却被打破了,德尔塔4H火箭由于改走捆绑CBC液体推进模块的技术发展路径,加之航天飞机后来又停飞。ATK集团的大型固体燃料助推器生产线“无米下锅”。最后ATK不得不搞了战神1这款怪物火箭来“救亡图存”,而现在的欧米加火箭也不过是战神1火箭“借尸还魂”而已。
      当然,从未来全球火箭工业的发展趋势分析,一次性火箭的经济性已经完败于“可重复使用”的液体火箭。在猎鹰99H火箭的运力能够覆盖的领域,火神火箭都无法与之比拼“经济性”了。
      但火神火箭也不是没有“绝招”,由于捆绑使用了固体燃料助推器,加之最后又决定继续使用洛克达因公司的RL10低温氢氧发动机。未来美国政府“包养”了火神火箭,就等于间接“包养”了诺格系统公司与洛克达因公司。
      从美国政府的角度而言,“包养”火神火箭明显要比“包养”欧米加火箭要合算得多。毕竟包养火神火箭就能够同时“摆平”洛马、蓝色起源、波音、诺格与洛克达因五家公司的利益诉求。但“包养”欧米加火箭则只能够“摆平”诺格系统与洛克达因两家公司的利益诉求,而以洛马、波音公司在美国的巨大影响力,这显然是万万不可能“善摆甘休”的事情。因此ULA公司的火神火箭,未来显然没有停产的任何风险。但为了尽力“拉平”与猎鹰9H、新艾伦等新锐火箭的使用成本差距,一次性的火神火箭走“重型化、深空化”显然是唯一的出路。毕竟越是“高速”的任务,火神火箭与可重复使用火箭的经济成本的差距就越小,象GEOLTO与外星轨道的发射任务,火神火神的经济性还是能够让人接受的。
      因此,未来全球火箭将会进化为“固体燃料一次性火箭”与“液体可重复使用火箭”这两条科技树。
      由于固体燃料火箭对国家安全影响极大,液体可重复使用火箭无论价格什么下降,都难以影响到固体燃料一次性火箭的未来持续生存空间。否则固体燃料火箭的生产商将会在生产固体燃料洲际弹道导弹时,以大涨价的方式“变相补回来”。
      而一次性的“全液体”火箭的命运显然已经注定要每况愈下。这一发展趋势对中国的长征五号、长征九号火箭的未来演进发展方向将具有决定性的深远影响
      至于ULA的火神火箭,未来改走大力神4H火箭的“重型化”发展演进路径之后,如果BE4液体主芯级发动机再改进为“高空点火”型。最后也实际上演变为另一种形式的“固体燃料一次性火箭”了。

      2018/10/20 10:30:05
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      事实上以上的这些演进解决方案,对中国的长征五号火箭的未来改进升级也具有重大的启发价值意义。
      现在中国的YF75D低温上面级发动机升级改进为具有34次点火能力的公开消息已经越来越少了。如果未来中国要发射重达78吨级别(如基于东方红五号卫星平台来研制)的“GEO轨道航空母舰全球直播监视卫星”,超级版长征五号火箭搭配上YF40C常温上面级(同样是罩内上面级),也一样能够执行直送GEO轨道的重型载荷发射任务。
      反正都是为了“省钱(至少能够节省高达10亿美元的研制开发费用)”,加之直送GEO轨道的重型载荷发射任务的次数各国也实在不多。因此象美、中、俄这样的世界大国,要研制直送GEO轨道运力710吨区间的中间运力型火箭,在各自庞大的火箭备件仓库中“随便找找、胡乱拼凑”下也是很容易就能够解决问题的。
      大力出奇迹,回收复用火箭真的是个好东西。
      通过猎鹰9H与新艾伦火箭实现GEO运力67吨的技术路径演进分析,猎鹰9H与新艾伦火箭“有多种便宜的方案办法”来解决直送GEO轨道的问题。而ULA的火神火箭与诺格的“欧米加”火箭却必须使用价格昂贵的RL10氢氧上面级火箭来解决问题,根本就没有任何的回旋余地。
      因此,高凉陈君对使用7YF100K煤油发动机来并联研制超级版长征五号火箭的5米直径的“全新可重复使用液体助推器”持强烈的支持态度。
      因为传统火箭对“可重复使用火箭”的降维打击,真的没有什么有效的应对办法。现在美国的猎鹰9H与新艾伦火箭“有一百种办法”虐死传统的火神火箭与“欧米加”火箭,而火神火箭却没有什么有效的反击办法(欧米加由于是固体火箭,美国政府必须要包养)。
      这一发展趋势务必引起中国航天界的高度重视与警醒之。
      总结,一次性液体火箭的未来前景注定要江河日下。
      高凉陈君粗略计算了一下,以猎鹰9H火箭为例。未来增加的那一个常温上面级其价格那怕是按3000万美元来计算(显然不会要那么多钱),猎鹰9H+常温上面级火箭执行GEO轨道的直送任务时,其“总价格”尽顶也不过是13亿美元+03亿美元=16亿美元而已。
      但今天ULA的德尔塔4H火箭的市场价格却高达37亿美元,而未来的火神564重型火箭的市场价格也不会低于2亿美元。
      因此,只要美国政府完全放开政府载荷的发射市场,让各大宇航公司的火箭完全按“商业化、市场化的游戏规则”来竞争政府的空间发射合同,未来猎鹰9H与新艾伦这两款“可重复使用”火箭的价格竞争优势绝对是压倒性的。
      与之相反,ULA火神火箭现在唯一的“重大优势”就是捆绑使用了固体燃料助推器。鉴于未来一百年内固体燃料火箭在国防领域的作用依旧极其巨大,美国政府也不得不全力“包养”好诺格系统公司与阿罗吉特公司的固体燃料火箭生产部门。
      否则美国将来要研制洲际弹道导弹时,固体燃料火箭发动机的生产价格就会直接上涨45倍(即“三年不发市、发市就必须一次性吃饱三十年”),到时候就再问你美国政府“还怕不怕”?!
      因此,未来几十年内只要ULA的火神火箭依旧还在大量使用固体燃料助推器,那怕火神564火箭的价格再贵,美国政府也必须“分”出一部分发射采购合同来喂饱ULA
      同样道理,未来ULA公司的火神火箭要研制LTO运力达1525吨区间的中间运力型火箭来竞争美国NRHO深空站的人员运输与货运补给发射合同,也注定必须与诺格系统、阿罗吉特公司的固体燃料推进部门“捆绑在一起”才能够获得成功。
      即火神火箭的BE4主芯级发动机也必须象大力神4H火箭那样改为“高空点火”的型号,然后再捆绑上2枚(或者4枚)1000吨级推力以上的巨型固体燃料助推器。
      这样改进后,“超级版火神火箭”的价格那怕再贵,美国政府也一样必须购买使用。就权当是为了养活美国的固体燃料推进工业部门就了事。
      至于商业卫星的发射市场,有猎鹰9与新艾伦火箭的存在。未来“大概率”与火神火箭没有关系了。
      一句话,未来“一次性液体火箭”如果不与固体燃料助推器捆绑,再一齐来使用,就注定是死路一条。
      陈天(高凉陈君)[size=10.5]
      [size=10.5]
      [size=10.5]2018-10-18

      2018/10/18 23:26:53

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