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[原创]中国研制全新的中间运力型火箭其历史意义极其巨大

中国研制全新的中间运力型火箭其历史意义极其巨大

并联7YF100K煤油发动机来研制全新的5米直径主芯级火箭就根本“算不上是个事”。
按目前美国太空探索公司猎鹰9H火箭的市场价格建模估算(粗略),未来中国的这一款“长征五H火箭”的市场价格最高也不会超过2亿美元。因为美国现在的“一次性猎鹰9H火箭”的市场价格才不过15亿美元而己。
中国的这一款火箭在执行LTO发射任务时,尽管要增加一个YF75D氢氧上面级,其价格再增加04亿美元就已经完全“足够有余”。
再按阿波罗时代1枚土星五火箭的价格“等同”于一艘企业号核动力航空母舰来进行比较分析(即将核动力航空母舰当成“交换等价物”)。现在美国同样的一艘“福特级”核动力航空母舰的市场价格为140亿美元。
这样未来中国政府在实施执行载人登月工程时,按每年生产10枚“长征五号H”火箭来计算,载人登月火箭的总采购价格也才不过20亿美元(即2亿*10=20亿)而已。
也就是说未来中国政府按维持一个NRHO深空站的日常运营,与每年执行一次月面载人登陆考察任务来计算。其在火箭方面的经济采购支出成本也不过是阿波罗时代1枚土星5巨型火箭的七分之一而已(即15%)。
但这10枚“长征五号H”火箭却可以将高达270吨(即27*10=270吨)的载荷送入LTO轨道。这可要比1枚土星五火箭区区50吨的LTO运载能力大上5倍都不止了。
因此,中国政府现在上马研制长征五号H型火箭绝对是“势在必行”的事情。而且与研制目前版本的长征九号火箭所面临的巨大技术难关相比较,并联7YF100K煤油发动机来研制全新的5米直径主芯级火箭就根本“算不上是个事”。
而今天这一款火箭的研制设想之所以最终能够浮出水面,这与全球“一次性液体火箭”的全面大衰落关系极大。

如果未来中国需要更大运载能力的火箭,完全可以基于 YF480 煤油发动机今天的研制基础(即泵系),再参考美国的梅林 1D 煤油发动机的发展路径,也搞出一款推力 400 吨左右的“可重复使用的燃气发生器煤油发动机”来。

这样第一级并联 7 400 吨级的 YF400 发动机(直径 8 米),第二级并联 7 台高空版的 YF100K 煤油发动机(直径 8 米),第三级再并联 4 台具有多次点火能力的高空版 YF77 氢氢发动机(直径也是 8 米)。

如此:

1 CBC 推进模块起飞推力为 2800 吨(光棍芯级无法起飞、可以捆绑上 360 吨级的固体燃料助推器“数枚”), LEO 运力 90 吨, LTO 运力 30 吨。

3 CBC推进模块起飞推力为 2800*3=8400 吨, LEO 运力 250 吨, LTO 运力 80 吨。

5 CBC 推进模块起飞推力 2800*5=14000 吨, LEO 运力 430 吨, LTO 运力 170 吨。

以这一款火箭的强大运载能力,要实施中国的载人登陆火星计划都已经绰绰有余。而且研制的技术难度比目前版本的长征九号火箭都还要低得多,至少不存在 YF220 氢氧发动机与 YF25 膨胀循环氢氧上面级发动机这“两座大山”。

这款火箭如果中国政府未来决心建设“月球长期驻人科学考察站( 10 人以上规模)”,在 2040 年前后就会逐渐浮出水面的。

而且这款火箭的研制技术难度可要比目前版本的长征九号火箭还要低得多,第一级与助推级也能够“可重复使用”,运营的经济成本也非常低廉。

至于200吨级的甲烷发动机没有必要上马研制,核心的原因就是与YF100K煤油发动机无法成功拉开推力差距,有重复建设的怀疑。 政府的钱也是血汗,不是那么容易忽悠到的。
但研制400吨级燃气发生器煤油发动机(或者甲烷发动机)却能够与YF100K发动机成功拉开推力差距,立项上马就要容易得多。
而且燃气发生器煤油发动机(或者甲烷发动机)的燃烧室压力更低,也更为有利于改进为“可重复使用”。
更关键的是美国人的F1煤油发动机也早50多年就研制成功了。中国未来要研制一款400吨级的“缩水版”F1发动机并不存在“任何不可预知的技术陷阱风险”。因此只要决心去研制,就必然会获得成功。
很显然,未来目前版本的长征九号火箭已经不可能上马研制了。中国航天六院与北京11所未来都必须改变“预先研制方向”。
即航天六院必须改为主攻研制400吨级燃气发生器的煤油发动机或者甲烷发动机。
而北京11所的核心主攻方向则就是研制YF77氢氢发动机的“可多次点火的高空版本”。
这两个发动机未来(2050年之后)迟早都还会使用得到。

未来随着 BFR 之类超巨型可重复使用火箭的大量出现,人类进入太空与前往月球、火星、木卫二等等外星世界的经济成本会迅速呈“指数下降”的。

未来一百年内,起飞质量高达 10000 20000 吨级的超级液体火箭将会注定越来越多的。反正地球上的石化燃料还非常丰富,一次太空飞行所花费的那 10000 20000 吨煤油、甲烷与液氧才值多少钱?!

火箭做到可重复使用才是真正的“康庄大道”。

按目前人类的工业生产技术能力与现成的火箭发动机水平(如 RD170 煤油发动机与航天飞机级巨型 SRB ),要研制起飞质量达 10000 20000 吨的液体火箭都已经是完全可行的事情了。

高凉陈君认为,石油价格的涨落将决定人们前往月球、火星与木卫二旅行的价格的那一天很快( 50 年内)就会到来的。

太空探索公司、蓝色起源与中国蓝箭之类创新型商业航天公司才是未来地球人类走向外星世界的主力运营商。

陈天(高凉陈君)
2018-10-27

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      2018/10/28 16:29:39

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      补充一下:

      在“可重复使用”火箭发动机领域,影响火箭发动机重复使用的最大问题就是烧蚀,为此梅林发动机采用了富燃燃烧以“积碳”的代价来抗衡富氧燃烧带来的烧蚀问题——其实还有几个思路,更换部分零件,这是最简单的,听说也是梅林以及替代者猛禽,正在采用的,以及高端点的,开发抗烧蚀的涂层,以及索性开发抗烧蚀的材料来制作燃烧室,喷管等部分。

      去罗马的路那么多,何必死盯着更换技术路线一条道走到黑??液氧煤油带来的高推比大推力是已经证明的事实,小修小改就能做到“可重复使用”与大推力兼顾(就是不知道技术条件能不能达到),何必再去另起炉灶??

      梅林和猛禽如果真的性能这么好,SSME早就另起炉灶了

      2018/10/28 18:21:11
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      在老兄嘴里技术路线变更似乎就是去隔壁家串个门的事儿?

      即使作为“可重复使用”的发动机,梅林的燃气发生器循环在能量利用效率上也比不过分级循环,结果就是梅林除了“可重复使用”能拿得出手,真正作为发动机的使用性能反而不怎么样——小马拉大车这种尴尬,兔子受制于“心脏病”的时候吃亏吃够了吧?

      大家都有车,“发动机积碳”想必不是个陌生的词儿——燃气发生器循环是富燃燃烧,好处是减少了对发动机的烧蚀,问题就是积碳,作为一款可重复使用的发动机。。。而高压补燃循环的优劣点恰好与它相反。

      马克斯自己都吐槽“火箭引擎是目前SpaceX所面临的最大短板”,不然还会去搞猛禽?PS:如果马克斯有SSME的技术,你觉得他会选梅林?

      还有,不论什么火箭发动机,除了问题都是一颗炸弹,猎鹰回收失败的爆炸视频又不是没有,如果不是海上,你觉得场面会有多壮观??

      顺便说,氢氧发动机作为真空比冲最高的发动机,本来就是在真空中使用的,不存在什么“退守”的问题。。

      2018/10/28 17:59:29
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      [size=10.5] [size=10.5]这样第一级并联[size=10.5]7[size=10.5]台[size=10.5]400[size=10.5]吨级的[size=10.5]YF400[size=10.5]发动机(直径[size=10.5]8[size=10.5]米),第二级并联[size=10.5]7[size=10.5]台高空版的[size=10.5]YF100K[size=10.5]煤油发动机(直径[size=10.5]8[size=10.5]米),第三级再并联[size=10.5]4[size=10.5]台具有多次点火能力的高空版[size=10.5]YF77[size=10.5]氢氢发动机(直径也是[size=10.5]8[size=10.5]米)。[size=10.5]

      [size=10.5]如此:[size=10.5]

      1[size=10.5]个[size=10.5]CBC[size=10.5]推进模块起飞推力为[size=10.5]2800[size=10.5]吨(光棍芯级无法起飞、可以捆绑上[size=10.5]360[size=10.5]吨级的固体燃料助推器“数枚”),[size=10.5]LEO[size=10.5]运力[size=10.5]90[size=10.5]吨,[size=10.5]LTO[size=10.5]运力[size=10.5]30[size=10.5]吨。[size=10.5]

      3[size=10.5]个[size=10.5]CBC[size=10.5]推进模块起飞推力为[size=10.5]2800*3=8400[size=10.5]吨,[size=10.5]LEO[size=10.5]运力[size=10.5]250[size=10.5]吨,[size=10.5]LTO[size=10.5]运力[size=10.5]80[size=10.5]吨。[size=10.5]

      5[size=10.5]个[size=10.5]CBC[size=10.5]推进模块起飞推力[size=10.5]2800*5=14000[size=10.5]吨,[size=10.5]LEO[size=10.5]运力[size=10.5]430[size=10.5]吨,[size=10.5]LTO[size=10.5]运力[size=10.5]170[size=10.5]吨。[size=10.5]

      [size=10.5]以这一款火箭的强大运载能力,要实施中国的载人登陆火星计划都已经绰绰有余。而且研制的技术难度比目前版本的长征九号火箭都还要低得多,至少不存在[size=10.5]YF220[size=10.5]氢氧发动机与[size=10.5]YF25[size=10.5]膨胀循环氢氧上面级发动机这“两座大山”。[size=10.5]

      [size=10.5]这款火箭如果中国政府未来决心建设“月球长期驻人科学考察站(10[size=10.5]人以上规模)”,在2040[size=10.5]年前后就会逐渐浮出水面的。

      高凉陈君认为2040年之后,上马研制这一款巨型火箭更具价值意义。研制的技术难度也要比目前版本的长征九号火箭要低很多。

      2018/10/28 16:34:38
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      总结,航天六院与北京11所未来再也不能够点错科技树。
      高凉陈君现在主要的忧虑是目前中国的YF100YF460高压补燃煤油发动机本身都不是为“可重复使用而优化设计的火箭发动机(美国猎鹰9火箭的梅林发动机则是从一开始就设计为可重复使用)”。
      而使用梅林燃气发生器煤油发动机研制猎鹰99H火箭的发展路径已经被事实证明“可行”。因此在当前“一次性全液体火箭”已经逐渐走向未日黄昏的历史关头,高凉陈君才主张中国航天六院也应该改为研制一款“专门为可重复使用而设计优化的400吨级煤油发动机(或者甲烷发动机)”。
      这一款400吨级“专业可重复使用液体发动机”未来到底是“高压分级燃烧循环”合适、还是“低压燃气发生器循环”合适,高凉陈君不是专业人士也无法进行分析回答。
      但俄罗斯的NK15NK33系列煤油发动机(富氧高压补燃煤油发动机始终就是一个安全大隐患、一出事故就是一颗大炸弹)已经“成功终结了两个发射台(一个是原苏联N1火箭的、一个是美国安塔纳斯火箭的)”,而猎鹰9火箭的梅林煤油发动机却已经成功经受了”事实的考验(即发射过程有一台发动机出现故障,依旧成功将主载荷送入目标轨道)”。所以高凉陈君才主张中国研制400吨级可重复使用煤油发动机(或者甲烷发动机)时应该改为走美国梅林发动机的技术发展路径而已。
      当然,现在蓝色起源公司的可重复使用的BE4甲烷发动机也是采用分级燃烧循环的方案。如果BE4发动机的技术路径日后也被证明完全可行,中国航天六院就改为走BE4的技术演进发展路径也是可以的。
      按目前的发展态势分析,这一款400吨级烃类燃料发动机即使研制成功,也必须要等到中国政府决定上马建设“月球长期驻人科学考察站(即今天南极洲驻人科学考察站的月球版)”时才能够使用得上。时间就什么也要拖到公元2050年之后了。因此“可以慢慢来”,还有充足的时间进行深入的跟踪、分析与深入对比研究。
      至于北京11所最后到底研制的是YF77氢氧发动机的“高空版”,还是膨胀循环的YF25低温发动机。这就只能够取决于投资力度的大小。
      如果投资的钱多,搞膨胀循环的YF25低温发动机没有问题;如果投资的钱少,就基于现在的YF77搞个“高空版”来胡乱应付下也能够了事。
      反正氢氧发动机未来已经注定只能够退守“上面级专用发动机”领域了。只要这两个研制项目有一个能够成功上马,未来几十年内北京11所也“有事可干、饿不死”。
      陈天(高凉陈君)
      2018-10-27

      2018/10/28 16:31:53

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