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[原创]二十一世纪人类NRHO月球空间站运营与载人登陆任务总经济成本的合理推测

二十一世纪人类NRHO月球空间站运营与载人登陆任务总经济成本的合理推测
未来国际NRHO月球空间站规模的估计推测是一个重要的课题。其对未来几十年人类载人登月工程的具体操作方式与走向也具有决定性的影响。因此高凉陈君决定就此一问题发表一下自己的看法,不足之处还恳请各位读者多多批评指正。
第一,基于国际空间站而构建起来的各国载人航天工业支持体系也必须得到继续的维持。
鉴于国际空间站最迟在2028年(目前参与的各国政府已经明确要维持到2024年)就要确定最终的去向,如果各参与国政府决定全面撤出国际空间站的运营。那么俄罗斯、美国、日本与欧洲的火箭与飞船工业生产商们就必须努力去寻找“下一顿大餐”了。
问题是维持总体重量规模只有60吨级的NRHO月球空间站的运营,对人类火箭工业的需求比较大(因为NRHO月球空间站距离地球的距离非常遥远,欧、日、俄、美四方均必须要拥有LTO运力达12吨以上的中间运力型火箭才拥有参与NRHO月球空间站载人、载货运输服务的入场券),但对载人飞船与货运飞船的需求却比近地轨道的国际空间站大大缩小。毕竟重量规模只有区区60多吨的NRHO月球空间站并无法常驻多少名宇航员(而且根据目前的运营方案,未来NRHO月球空间站每年至少有一半的时间是无人运行的)。
因此,如果不同时开展月面载人登陆工程,至少美国与俄罗斯的飞船工业产能就会出现严重的“过剩”现象。
象美国的猎户座与俄罗斯的联盟载人飞船生产线(俄罗斯未来的NRHO空间站载人飞船注定只能是总重1213吨级的“NRHO版联盟改进型载人飞船”,这是由俄罗斯国家的综合国力所决定的),在国际空间站停止运营之后仅仅从维持美、俄两国的载人飞船生产线的“可持续发展”的角度来考虑,未来美国与俄罗斯每年最少都要维持各自生产2艘猎户座与联盟载人飞船的最低工业规模才合算。
考虑到每艘猎户座载人飞船能够每次运载4名宇航员来执行NRHO月球空间站的人员运输任务,而每艘NRHO版本的联盟载人飞船也能够每次运载3名宇航员(加大联盟飞船的轨道舱,在飞船发射进入LTO轨道之后就可以让2名宇航员进入轨道舱来休息,仅留1名宇航员在指令舱“待命”就可以了,而待命宇航员则每8个小时轮换一次)来执行NRHO月球空间站的人员运输任务。如此每年合计就能够运输14名宇航员抵达NRHO月球空间站。
当然,为了更好的安全考虑,未来俄罗斯的NRHO版本的联盟载人飞船在执行每次NRHO月球空间站的运输任务时,也可以仅仅安排运载2名宇航员。那怕如此,全球每年也能够运输12名宇航员抵达NRHO月球空间站了。
因此,高凉陈君认为未来几十年里欧、日、俄、美四方的月球载人飞行任务就可以按每年运输1214名宇航员到NRHO月球空间站的“有限规模”来展开各种推演模拟,并分解细化出各种型号的运载火箭、货运补给飞船与载人登月飞船每年的产量规模。
第二,维持每年最低执行1次的载人登月活动规模(每次3人)对欧、日、俄、美四方各种型号火箭与飞船的需求推演。
由于未来每年都至少有1214名各国宇航员抵达NRHO月球空间站,再按每年至少安排执行1次月球表面的载人登陆任务来考虑。高凉陈君认为可以细化出以下各种运载火箭、货运补给飞船与登月载人飞船的产量需求。
一,美国。
美国无疑是NRHO月球空间站的最大投资方(即大股东),因此安排每年2次猎户座载人飞船、1次月面载人登陆飞船与至少1次的NRHO月球空间站的货运补给飞船的发射任务。如此可以得到如下的美国运载火箭与飞船的需求清单。
1SLS巨型运载火箭3枚,猎鹰9H(或者火神564)火箭至少1枚。
2,猎户座载人飞船2艘,月面载人登陆飞船1艘,NRHO版本的龙式货运飞船(或者NRHO版的天鹅座货运飞船)至少1艘。
二,俄罗斯。
俄罗斯则是NRHO月球空间站仅次于美国的二股东,原因无它,就是因为俄罗斯除美国外唯一能够独立发射NRHO版的联盟载人飞船到达NRHO月球空间站的国家。既可以作为美国猎户座载人飞船的安全备份,又可以象目前的国际空间站那样由联盟载人飞船独立支撑NRHO月球空间站的日常最低驻人运行需求。而欧洲与日本却完全没有此一能力。
按俄罗斯每年安排2NRHO版的联盟载人飞船与至少1次的NRHO版的进步货运飞船的发射任务。如此也可以得到如下的俄罗斯运载火箭与飞船的需求清单。
1LTO运力达1215吨的中间运力型火箭3枚,
2NRHO版本的联盟载人飞船2艘,NRHO版本的进步货运飞船1艘。
三,欧洲。
美国政府今天之所以支持要搞基于NRHO月球空间站“集合与中转”的载人月球登陆工程,就是为了俄罗斯、欧洲与日本三方政府能够“方便”地参与。但本着“有钱出钱、有力出力”的游戏规则。在俄罗斯已经拿出了中间运力型火箭、NRHO版本的联盟载人飞船、NRHO版本的进步货运飞船的基础上,欧洲人指望要“白白”坐美国人的顺风车载人登陆月球那是不可能的事情。但可拿以下三个方案来进行“补偿”。
1,每年出钱购买1枚猎鹰9H(或者火神564)火箭来发射1NRHO版本的缩小型ATV货运飞船(也可以购买美国NRHO版本的龙式货运飞船或者天鹅座货运飞船来替代)。
2,每年为美国猎户座载人飞船免费提供2个服务舱。再每年为NRHO月球空间站提供至少1艘缩小型的NRHO版本ATV货运飞船(取决于每年执行月球载人登陆任务的具体次数)。
3,决心投资50亿美元研制一款LTO运力达1215吨的“阿里安6B”中间运力型火箭。既可单独执行NRHO版本的缩小型ATV货运飞船的发射任务,也可以作为美国猎鹰9H(或者火神564)火箭的另外一种安全备份。

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      2019/2/23 19:53:05

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      2楼 高凉陈君
      四,日本。
      与欧洲人一样,日本人也同样要为NRHO月球空间站的运营“有钱出钱、有力出力”,想白坐“顺风车”是完全不可能的事情。但由于日本政府现在已经公开要为NRHO月球空间站的长期运营提供一款月球版的HTV货运飞船。如此也可以得到如下的日本运载火箭与飞船的需求清单。
      1LTO运力达1215吨的中间运力型火箭每年至少1枚(取决于每年执行月球载人登陆任务的具体次数)。
      2NRHO版本的HTV货运飞船每年至少1艘(也取决于每年执行月球载人登陆任务的具体次数)。
      但根据目前日本政府的设想,日本现在并没有研制LTO运力达1215吨的中间运力型火箭的任何计划,而是指望要使用装有电推模块的HTV货运飞船来执行NRHO月球空间站的补给运输任务。高凉陈君认为这绝对是一条“异端道路”,核心的原因就是消耗时间极其漫长,这在高度强调“迅速反应能力”的载人航天领域是绝对行不通的。
      因此未来日本政府迟早会发现,要么立即上马研制自己的中间运力型火箭,要么改为购买美国的猎鹰9H(或者火神564)火箭来发射日本的NRHO版本的HTV货运飞船。否则日本迟早要在NRHO月球空间站的运营上被美国与俄罗斯彻底边缘化。因为仅仅使用电推转移推进模块(现在日本人痴迷电推已经有点走火入魔)的日本HTV货运飞船要花费将近1年的漫长时间才能够从LEO升轨到NRHO轨道(如此黄花菜都凉了),这在高度强调“快速反应能力”的载人航天领域绝对是难以接受的事情。
      最后,“所有人”都会下意识尽量避免使用(即“能够不用就尽量不去使用”)日本的HTV货运飞船来执行自己NRHO月球空间站的补给运输任务。如此,日本人在NRHO月球空间站中的地位就只会迅速边缘化。
      第三,每年维持NRHO月球空间站日常运行与执行1次月球登陆任务的经济成本推算。
      因此,未来那怕按每年运载1214名宇航员到达NRHO月球空间站,再按每年仅仅安排1次月球载人登陆飞行的规模来统计欧、日、俄、美四方经济投资的支出成本。在政府预算规模上都要比维持目前的国际空间站要大很多。
      一,需要SLS级别的巨型运载火箭3枚,每枚SLS巨型火箭按8亿美元来计算。合计需要3*8亿美元=24亿美元。
      二,需要猎鹰9H级别(LTO运力1215吨)的中间运力型火箭6枚(美国1枚、俄罗斯3枚、欧洲1枚、日本1枚),按平均2亿美元每枚火箭的价格来计算。合计需要6*2亿美元=12亿美元。
      三,需要猎户座载人飞船2艘,每艘按10亿美元计算,合计需要2*10亿美元=20亿美元。
      需要NRHO版本的联盟载人飞船2艘,每艘按5亿美元计算,合计需要2*5亿美元=10亿美元。
      四,需要月面载人登陆飞船1艘,每艘按10亿美元计算,合计需要1*10亿美元=10亿美元。
      五,需要NRHO版本的龙式、ATV、进步、HTV、天鹅座货运飞船4艘(美国1艘、俄罗斯1艘、欧洲1艘、日本1艘),每艘价格按3亿美元计算,合计需要4*3亿美元=12亿美元。
      因此,未来每年维持NRHO月球空间站的日常运营与仅仅执行1次月球载人登陆飞行任务的总经济投资成本就高达88亿美元了(即24+12+20+10+10+12=88亿美元)。这已经超过今天欧、日、俄、美四方政府维持运营国际空间站的总投资成本达2倍以上。
      第四,美、俄、欧、日四方政府未来的具体投资分摊成本则列表如下:
      一,美国,59亿美元。
      SLS火箭3枚(24亿美元)、猎鹰9H级别的中间运力火箭1枚(2亿美元),猎户座载人飞船2艘(20亿美元)、载人月球登陆飞船1艘(10亿美元)、NRHO版的龙式级别的货运飞船1艘(3亿美元)。
      二,俄罗斯,19亿美元。
      猎鹰9H级别的中间运力型火箭3枚(6亿美元),NRHO版本的联盟载人飞船2艘(10亿美元)、NRHO版本的进步货运飞船1艘(3亿美元)。
      三,欧洲,5亿美元。
      猎鹰9H级别的中间运力型火箭1枚(2亿美元),NRHO版本的缩小型ATV货运飞船1艘(3亿美元)。
      四,日本,5亿美元。
      猎鹰9H级别的中间运力型火箭1枚(2亿美元),NRHO版本的HTV货运飞船1艘(3亿美元)。
      由此统计列表可知,美国政府明显占据了未来每年维持NRHO月球空间站日常运营与实施载人月球登陆任务总投资成本的“大头”。因此,未来如何向欧洲与日本这两个盟友“转移摊派”NRHO空间站与实施载人登月飞行任务的开支成本,就绝对是美国白宫与NASA的重要思考课题。
      通过外交与经济方面的种种“施压途径”之后,高凉陈君认为未来美国政府的投资数目会降低为每年49亿美元的区间,而欧洲与日本政府各自的投资数目则会上升到每年10亿美元的区间。
      [size=10.5]
      [size=10.5]
      [size=10.5]同时,与欧洲日本极其被动的地位相比较,在[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站时代,俄罗斯的二股东地位要相比国际空间站时代反而更为牢固。因为俄罗斯“烂船还有三斤钉”,现在的联盟载人飞船与进步货运飞船稍微升级下就能够立即用于执行[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站的人员与货物的运输任务。而且现在俄罗斯人的野心还太大,一心想要研制[size=10.5]LTO[size=10.5]运力高达[size=10.5]20[size=10.5]吨以上的中间运力型火箭,以图日后能够绕开美国的[size=10.5]SLS[size=10.5]火箭独立发射俄罗斯人自己的月球载人登月舱。如果俄罗斯人能够甘于仅仅研制一款[size=10.5]LTO[size=10.5]运力只有[size=10.5]12[size=10.5]至[size=10.5]15[size=10.5]吨区间的中间运力型火箭,以目前俄罗斯人现成的火箭生产技术能力而言,还真是易如反掌的事情。[size=10.5]
      [size=10.5]
      [size=10.5]如基于质子火箭的[size=10.5]4[size=10.5]点[size=10.5]1[size=10.5]米直径搞个[size=10.5]RD170[size=10.5]发动机版的主芯级,使用[size=10.5]3[size=10.5]个[size=10.5]CBC[size=10.5]模块(或者捆绑[size=10.5]6[size=10.5]枚直径[size=10.5]2[size=10.5]点[size=10.5]9[size=10.5]米的安加拉[size=10.5]5[size=10.5]火箭所用的[size=10.5]RD191[size=10.5]煤油发动机液体燃料助推器)就完全可以满足发射[size=10.5]NRHO[size=10.5]版本的联盟载人飞船与进步货运飞船的所有需求。但欧洲与日本则不同。与国际空间站时代欧洲还拥有阿里安[size=10.5]5[size=10.5]火箭与日本还拥有[size=10.5]H2B[size=10.5]火箭的有利条件相比较,在[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站时代,欧洲与日本没有独立自主的[size=10.5]LTO[size=10.5]运力达[size=10.5]12[size=10.5]至[size=10.5]15[size=10.5]吨的中间运力型火箭,就绝对就是一个致命性的硬伤缺憾。这就象在大舰巨炮的战列舰称霸海洋的一战、二战帝国风云时代中,一个列强如果连主炮口径至少达[size=10.5]14[size=10.5]英寸的战列舰都没有一艘,就“完全不好意思出去见人”的道理一模一样。[size=10.5]
      [size=10.5]
      [size=10.5]通过上面的详细数据分析,俄罗斯在国际[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站的运营上还真是一个份量十足的重要角色。如果俄罗斯政府一旦决心要全面退出国际[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站的运营(中国的[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站欢迎你),那么未来国际[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站就完完全全沦落为美国人自己的独角戏了。因为欧洲与日本那两个家伙现在在[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站的运营上才真真正正是无足轻重的“拖油瓶”角色。[size=10.5]
      [size=10.5]
      [size=10.5]因此,高凉陈君认为末来美国政府不仅不敢将俄罗斯从国际[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站的建设与运营过程中全面排挤出去。与之相反,为了拉拢俄罗斯政府(否则俄罗斯人一怒之下全面退出国际[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站,再跑到中国那边去,对于美国政府而言就真正“大事不好了”),反而还不得不对俄罗斯参与[size=10.5]NRHO[size=10.5]月球空间站进行大幅度的让利巴结。[size=10.5]
      陈天(高凉陈君)
      2019-2-23

      2019/2/24 8:34:14
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      总结,与阿波罗时代相比人类载人登月飞行的经济成本的确实现了大规模的下降。
      根据上面的统计列表推演(具体数据会有争议,仅仅用于建模分析使用),未来仅仅美国政府每年3枚的SLS巨型火箭与2艘的猎户座载人飞船的采购投资成本合计就高达44亿美元(已经吃掉了88亿美元总投资成本的一半份额)。因此如果美国政府能够将NRHO月球空间站的载人运输任务“转包”给太空探索公司与波音公司的商业火箭与商业载人飞船来执行,44亿美元的经济成本下降为22亿美元是完全可以做得到的。
      对于俄罗斯政府也是如此,生产与发射NRHO版本的进步货运飞船还有大幅度降低投资成本的空间。
      因此,综合起来计算,未来美、俄、欧、日四方政府每年维持1NRHO月球空间站的运营(并且运载1214名宇航员到NRHO空间站)与执行1次的月球载人登陆飞行任务(每次3人),其总计经济投资成本就能够缩小到60亿美元区间。
      按目前美国福特级核动力航空母舰高达140亿美元的造价来分析计算,每年60亿美元的月球载人任务总投资成本也才仅仅占航空母舰总造价的42%而已。但今天通过NRHO月球空间站实施“集合与中转”,未来人类每实施1次载人登月飞行的总体规模(每次任务至少3人登陆月球表面)都要比阿波罗时代单次的登月飞行任务要庞大得多。
      同样,参考国际NRHO月球空间站的运营与载人登月经济投资数据建模推算结果。如果中国政府未来要单独维持运营一个小型的NRHO月球空间站(重量为25吨左右,即礼炮号空间站的规模级别),并每2年实施执行1次月球载人飞行任务,那么每年的总经济投资成本也可以控制于20亿美元以内。
      因此,未来欧、日、美、俄四方政府在月球的载人任务中分摊60亿美元的经济投资成本与中国在月球的载人任务中单独承担20亿美元的经济投资成本,相对于各国政府今天庞大的军费开支体量而言,也不过是真正的“毛毛雨”级别水平而已。
      陈天(高凉陈君)
      2019-2-23

      2019/2/23 19:57:07
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      四,日本。
      与欧洲人一样,日本人也同样要为NRHO月球空间站的运营“有钱出钱、有力出力”,想白坐“顺风车”是完全不可能的事情。但由于日本政府现在已经公开要为NRHO月球空间站的长期运营提供一款月球版的HTV货运飞船。如此也可以得到如下的日本运载火箭与飞船的需求清单。
      1LTO运力达1215吨的中间运力型火箭每年至少1枚(取决于每年执行月球载人登陆任务的具体次数)。
      2NRHO版本的HTV货运飞船每年至少1艘(也取决于每年执行月球载人登陆任务的具体次数)。
      但根据目前日本政府的设想,日本现在并没有研制LTO运力达1215吨的中间运力型火箭的任何计划,而是指望要使用装有电推模块的HTV货运飞船来执行NRHO月球空间站的补给运输任务。高凉陈君认为这绝对是一条“异端道路”,核心的原因就是消耗时间极其漫长,这在高度强调“迅速反应能力”的载人航天领域是绝对行不通的。
      因此未来日本政府迟早会发现,要么立即上马研制自己的中间运力型火箭,要么改为购买美国的猎鹰9H(或者火神564)火箭来发射日本的NRHO版本的HTV货运飞船。否则日本迟早要在NRHO月球空间站的运营上被美国与俄罗斯彻底边缘化。因为仅仅使用电推转移推进模块(现在日本人痴迷电推已经有点走火入魔)的日本HTV货运飞船要花费将近1年的漫长时间才能够从LEO升轨到NRHO轨道(如此黄花菜都凉了),这在高度强调“快速反应能力”的载人航天领域绝对是难以接受的事情。
      最后,“所有人”都会下意识尽量避免使用(即“能够不用就尽量不去使用”)日本的HTV货运飞船来执行自己NRHO月球空间站的补给运输任务。如此,日本人在NRHO月球空间站中的地位就只会迅速边缘化。
      第三,每年维持NRHO月球空间站日常运行与执行1次月球登陆任务的经济成本推算。
      因此,未来那怕按每年运载1214名宇航员到达NRHO月球空间站,再按每年仅仅安排1次月球载人登陆飞行的规模来统计欧、日、俄、美四方经济投资的支出成本。在政府预算规模上都要比维持目前的国际空间站要大很多。
      一,需要SLS级别的巨型运载火箭3枚,每枚SLS巨型火箭按8亿美元来计算。合计需要3*8亿美元=24亿美元。
      二,需要猎鹰9H级别(LTO运力1215吨)的中间运力型火箭6枚(美国1枚、俄罗斯3枚、欧洲1枚、日本1枚),按平均2亿美元每枚火箭的价格来计算。合计需要6*2亿美元=12亿美元。
      三,需要猎户座载人飞船2艘,每艘按10亿美元计算,合计需要2*10亿美元=20亿美元。
      需要NRHO版本的联盟载人飞船2艘,每艘按5亿美元计算,合计需要2*5亿美元=10亿美元。
      四,需要月面载人登陆飞船1艘,每艘按10亿美元计算,合计需要1*10亿美元=10亿美元。
      五,需要NRHO版本的龙式、ATV、进步、HTV、天鹅座货运飞船4艘(美国1艘、俄罗斯1艘、欧洲1艘、日本1艘),每艘价格按3亿美元计算,合计需要4*3亿美元=12亿美元。
      因此,未来每年维持NRHO月球空间站的日常运营与仅仅执行1次月球载人登陆飞行任务的总经济投资成本就高达88亿美元了(即24+12+20+10+10+12=88亿美元)。这已经超过今天欧、日、俄、美四方政府维持运营国际空间站的总投资成本达2倍以上。
      第四,美、俄、欧、日四方政府未来的具体投资分摊成本则列表如下:
      一,美国,59亿美元。
      SLS火箭3枚(24亿美元)、猎鹰9H级别的中间运力火箭1枚(2亿美元),猎户座载人飞船2艘(20亿美元)、载人月球登陆飞船1艘(10亿美元)、NRHO版的龙式级别的货运飞船1艘(3亿美元)。
      二,俄罗斯,19亿美元。
      猎鹰9H级别的中间运力型火箭3枚(6亿美元),NRHO版本的联盟载人飞船2艘(10亿美元)、NRHO版本的进步货运飞船1艘(3亿美元)。
      三,欧洲,5亿美元。
      猎鹰9H级别的中间运力型火箭1枚(2亿美元),NRHO版本的缩小型ATV货运飞船1艘(3亿美元)。
      四,日本,5亿美元。
      猎鹰9H级别的中间运力型火箭1枚(2亿美元),NRHO版本的HTV货运飞船1艘(3亿美元)。
      由此统计列表可知,美国政府明显占据了未来每年维持NRHO月球空间站日常运营与实施载人月球登陆任务总投资成本的“大头”。因此,未来如何向欧洲与日本这两个盟友“转移摊派”NRHO空间站与实施载人登月飞行任务的开支成本,就绝对是美国白宫与NASA的重要思考课题。
      通过外交与经济方面的种种“施压途径”之后,高凉陈君认为未来美国政府的投资数目会降低为每年49亿美元的区间,而欧洲与日本政府各自的投资数目则会上升到每年10亿美元的区间。
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      2019/2/23 19:54:51

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