中国研制重型火箭必须高度关注可持续发展理念.docx
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中国研制重型火箭必须高度关注可持续发展理念
中国研制重型火箭必须高度关注可持续发展理念
本系列研究评论影响很广,现在集结在一起好让有兴趣的读者下载。
第一章,巨型火箭的研制与运营经济负担极为沉重。
巨型火箭发动机与巨型火箭都是"地球顶级国家"对人类文明的"赠礼".也是帝国主义推进人类文明的最好表现.
参考下欧洲研制阿里安五火箭.如果是沙特,文莱之类,他们会肯持续投入高达今天150亿美元的巨额资金来仅仅研制一款根本无法在商业市场赚到钱的阿里安五火箭?
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如果从纯商业角度考虑,以每年10发的年发射量计算,30年300枚总产量,150亿美元每枚摊上5000万研发成本(还不计芬奇低温上面级研制至少的20亿美元投入).
今天阿里安五火箭的市场价格什么也要3亿美元一枚才"不亏本",要知道"阿里安股份公司"目前一年的利润不过几百万美元而已.
因此,正是由于地球上的顶级国家不计成本地研制开发了一系列火箭,今天人类社会才能够得以"廉价"地进入信息时代.
事实上考虑到无论是阿里安五,H2A与长五都是投资100亿美元以上级别才最终开发出来的大型火箭,这些火箭开发的原始动机根本就没有考虑到"商业利益",如果纯粹出于赚钱利益,无论是阿里安五,H2A还是长五,EELV商业市场价格最起码都再番一番才合算.
因此,也可以说火箭工业是地球顶级国家对落后国家与穷国所提供的另一形式的最大"国家补贴".印尼,越南委内瑞拉之类国家每发射一颗大型通信卫星卫星,欧洲,中国俄罗斯就等于补贴了他们"每次1亿美元".
这就是运载火箭工业是顶级国家对人类文明的赠礼说法的根源,因为以目前的市场价格,地球上根本就没有商业运载火箭.只使用是美国的太空X公司的猎鹰火箭,美国政府也没有向猎鹰讨要其"仿制"阿波罗登月舱发动机的"知识产权"费用,如果NASA向猎鹰9火箭讨要每枚2000万美元的知识产权费用,猎鹰火箭的价格也要翻一番了.要知道美国纳税人当年为了实行阿波罗工程可投入了300多亿美元(不是今天汇率)的.
因此,从这一角度而言,讨论阿里安五,H2A与长五运载火箭的商业价值是没有太大意义的.
能够投入100多亿美元搞阿里安五,H2A与长五的国家或者集团,根本就是不以赚钱为出发点来研制火箭的.这不EELV就放弃了商业卫星的发射市场.
从上面仅仅阿里安五芬奇上面级的研制费用就要20亿美元计算,我们就可以大概估计到今天中国为研制长五火箭要投入多大的资金.
老实说,今天中国搞长五火箭所投入的钱,要绝对远远超过921工程,参考美国今天研制星座飞船,NASA预算投入飞船研制的钱也只有投入战神火箭研制的(今天已经改为SLS,实际都是一样的东西)一半.而YF77低温发动机的研制对于中国的基础工业体系完全是全新的挑战,难度更在美国基于J2基础上研制J2X要困难得多.
因此对照欧洲当年研制阿里安五火箭的150亿美元巨额投资,到2016年为止,100多亿美元巨额资金持续投入,中国能够最终研制出长五火箭已经是非常非常乐观的了.
如果从这一角度分析,中国近年来火箭工业的进步是极为巨大的,与LE7A,火神2,RD180比我们是不足的,因为我们是在补课.
但与我们自己过去的岁月相比,最近几年中国航天火箭技术进步完全可以说是大跃进.只是我们外人无法"感同身受"而已,因此,不必要莽自菲薄了.
我们外人是无法理解火箭研制的具体难度有多大的.
但我们却可以通过参照外国同类型火箭研制总经费的投入与流向来推测长五火箭研制的困难程度.
当初长五火箭刚上马时有信息认为40,50亿美元可以搞定长五火箭,但以今天YF77进度考虑,100多亿美元都未必能够在2016年前搞定.
美国的EELV火箭是组装,发动机现成的.而欧洲的阿里安五,日本的H2A与中国长五却是正直的研发,难度根本不在一个层次之上.
因此,如果从投资角度考虑,在长五YF77还没有最终搞定之际,六院的300吨新煤油发动机能否在两三年内获得国家最终立项难度还是非常之大的.
与两蛋一星时代的举国体制不同,长五火箭是中国历史上第一次进行非全国总动员体制下研制一款新火箭,因此当初相关的方方面面对困难程度都估计不足.这也是今天的人们难以理解为何长五火箭研制需要这么多钱的核心原因.
也是出于行政管理人员的敏感性,我才能够一开始就能够准确估计到龙乐豪院士计划研制两款巨型发动机的登月方案是不可能立项实施的.
同样,从行政官员的角度,我也一开始就指出NASA星座工程所存在的重大缺憾.指出战神一火箭必死,而星座载人飞船却不能够死,还能够复活.
每一个都有自己的长处,技术官员的想法并不能够最终决定历史的未来发展方向.
奥巴马总统也不多懂航天技术,但他却能够决定星座工程的具体命运.因为预算决定权在他手上.
对于未来中国的载人登月工程而言,政治领导人所能够做的就是"我给你们N百亿美元,你们在N年内将中国的航天员送上月球",其它的他就不会太管了.
而这才是技术官员们最容易出大错的地方,领导层能够给的就是这么多钱,时间也限定,具体工程什么搞这就涉及太多的"妥协技巧"了.技术方案过于激进失败的可能性就更大,
如何平衡好预算与技术先进性的冲突,需要巨大的风险评估技巧与运作手段.
而苏联载人登月工程就是崩在这方面上.格里芬版的星座工程也一样崩溃于这一方面上.
如果不搞战神一火箭而是将投入于战神一的钱投入于德尔塔四H火箭的载人适应性改进与建设一个新的德尔塔四H发射塔,星座飞船的地球版载人飞行指日可待.
是谁最终搞砸了前苏联的载人登月工程?
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是谁又最终搞黄了美国星座工程?
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就是那些不深入懂得政治运行的"技术官员".
事实上我认为我关于中国载人登月的一系列评论非常值得未来中国具体策划中国载人登月工程的人员都细细一读,由其是关于前苏联载人登月失败反思那一部分.无论是具体的技术官员还是行政官员都是如此.
搞载人登月工程这一类巨型工程任何人都不能够"率性而为"与"意气用事".包括政治决策者与具体技术研发人员都必须如此.
因此,今天六院已经能够回归"现实"已经难能可贵了.
中国的航天人,还是静下心下好好搞好300多吨的煤油吧!
要搞载人登月工程也足够了.其它什么的200吨低温发动机,660吨煤油机从中国未来20年的"国情与政治"层面而言根本就是不靠谱的东西.
其它的东西我就不想多说了.让历史去见证未来.
第二章,中国载人登月级火箭研制一定要走中庸路线。
中国载人登月火箭研制必须“够用就行”,必须回避过于激进的技术路线,必须严控经济投入过重过大。
只要能够上马载人登月工程,对中国的技术进步都是大有帮助的.但是二十一世纪的中国载人登月更多是技术上"水到渠成"的产物而不是阿波罗时代仅仅是"为登月而不惜一切代价"的产物.
这就涉及到一个"度"的问题,如何平衡"有限预算与技术开发激进程度"是一个巨大的难题.而且载人登月又是一个预算达1000亿美元左右的"大蛋糕",方方面面都想来分吃一口,又如何平衡各方的利益,让方方面面都能够"利益均沾",不激化矛盾.这就需要高超的政治运作技术了.
老实说,未来决定中国登月火箭发动机推力大小的核心基点就在于如何与目前研制中的长征五号火箭"无缝对接"问题上.
而与300多吨煤油发动机相比,650吨发动机最大的不利在于5米长五芯级使一台推力过小,天顶的RD170发动机800吨推力,芯级也没有5米;这样研制助推器就又要研制4米左右直径的新箭体.但研制300多吨的发动机,长五目前版本的助推器就可以使用,内陆发射场也可以直接使用,走安加拉构形,内陆发射场也能够发射LEO30多吨的重型载荷,这样军方比较容易接受.
而650吨发动机不仅仅要研制新芯级,研制了4米左右新芯级内陆发射场也无法使用,运输始终是个大难题.
总之,研制300多吨发动机与650吨发动机相比,在国家经济处于下行周期时"抵抗经济预算冬天"的能力,项目持续生存能力也更优越.
而对于载人登月之类以十年,甚至二十多年为时间周期计算,而且又必须经历多届政治领导更替的巨型项目而言,政治更替风险也是一个不容轻视的问题.而对于政治领导人而言,花钱事小,迟迟不能够出成果更是让人无法容忍.而一个前途无法确定具体"时间节点"的工程很容易就会在政治领导人的正常更替换代中受到致命打击.
总之,未来中国的载人登月工程更多是一个政治工程,因此就必须更多地从政治方面进行预测与策划才能够精确撑握具体脉动与发展趋势.
330吨补燃发动机的上马研制也是极具技术挑战性的.
日后只使研制了一半,但由于技术问题搞不下去了,再利用为330吨高压补燃煤油机研制的涡轮泵为基础搞一个推力400多吨的开式燃气发生器中国缩水版的F1发动机来"应付载人登月火箭的研制任务",在技术上也是可行的.
美国就是利用SSME的技术基础搞了便宜的RS68.
总之,研制330吨煤油发动机远远要比一步到位就研制650吨煤油机无论在"技术,经济还是政治"上都存在太多的回旋空间.
而研制成功之后,载人登月工程不能够按时上马也一样能够找到适合的生存空间.这些优势都是必须公认的.
以YF100为基础搞200吨级的燃气发生器发动机,推力对于登月火箭还是非常有限.
但如果基于330吨高压补燃发动机的基础,假如搞了一半,最终由于技术难题搞不下去了,"废物利用"再用于搞400多吨的燃气发生器发动机还是极有可能的.
因此,从这一"备份设想"出发,一开始就上马650吨高压补燃煤油发动机的想法更没有希望.如果巨型补燃煤油中途下马,要基于650补燃发动机技术基础搞燃气发生器煤油发动机,推力大小就比较难控制了,如果与F1一样强大,登月之后如何生存又是个大问题,用于长五火箭升级还是推力太大了.而无论是330吨高压补燃煤油机还是450吨燃气发生器煤油机,用于长五火箭升级还是极可行的.
一句话,必须充分吸取阿波罗时代土星五悲剧的教训,载人登月火箭的"善后"必须从"娃娃时代抓起".
第三章,在登月火箭的研制问题上技术官员与行政官员的出发点必定有所不同。
因此双方“妥协拆中”不可回避
在官场混了这么多年,可以说所有的行政与政治官员都有“少花钱,多办事”,满脑子“多,快,好,省”的通病。
对于载人登月工程,只要330吨高压补燃煤油机项目上马与研制成功,政治领导人有99。
9999%的理由绝对不会再容许中国的航天部门再研制一款推力相差不远的660吨高压补燃煤油。
原因就是要使用4台660吨发动机完成的发射任务,改为使用8台330吨发动机就能够同样完成任务,那么仅仅为了减少4台发动机的使用量,却要国家不得不再投入巨量资金重新研制一款巨型发动机,有可能吗?
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与之相反,如果330吨高压补燃发动机最终研制失败,那么基于330吨补燃发动机的研制技术基础与涡轮泵平台改而搞一款500,600吨的燃气发生器煤油机的机会与可能性反而要大得多。
因为美国同推力的F1发动机已经早几十年就搞成功,中国要做就是依葫芦再“画”一个了事,没多少“不可预见”的技术风险。
不就是以二十一世纪的技术“复制”一个中国版的土星五的F1发动机?
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搞得成功是必须的,搞不成功可要打屁股。
政治领导人反倒能够放手让航天部门上马搞之。
总而言之,越是深入分析探讨,我们就越来越有理由坚信未来中国载人登月火箭的补燃发动机推力区间定位于300多吨(事实到低是300吨,330吨还是360吨仅仅是一个“技术问题”)的设想是完全正确的。
问题的关键是330吨的高压补燃煤油机与660吨高压补燃煤油机两个发动机研制项目绝对不可能“共存”,有330吨就没有660吨的,有660吨的就没有必330吨的。
未来中国研制了330吨发动机就绝对不会再研制660吨的发动机,反之也一样。
中国绝对不是俄罗斯,有了RD170还会研制RD180与RD191。
重复建设是空间事业的大罪,为什么就不能够在项目开工之前就做好充足的规划工作以减少未来不必要重复建设的浪费?
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这也是我这么多年来为什么坚决支持中国要搞就搞300多吨高压补燃煤油机,而不是其它推力区间煤油机的核心原因。
俄罗斯搞了RD170又搞RD180与RD191那是俄罗斯的事,我所要做的就是坚决不能让俄罗斯所犯的错误再在中国的身上重演。
无谓的重复建设在所有的工程领域与行政领域都是让人深恶痛绝的。
而我也一直认为,美国的土星五的F1与J2发动机同时被放弃掉也一样是不可原谅的重大错误,“现货”都眼看保不住,还想着遥远的“期货”根本就是一种重大的思想错误。
阿波罗时代的F1与J2,无论是那一个最终能够保留下来,并持续维持生产线运转到今天都可以为美国人节省几十亿美元的巨额资金。
今天中国在再做阿波罗时代同样的事,我们为什么就不能够从一开始规划时就想尽各种办法,推演各种可能风险与应对预案,无论如何都要来“保住”中国的F1(330吨高压补燃煤油机)或者J2(YF77)的命脉?
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如果中国单纯要搞LEO25吨与GTO14吨的火箭,根本就不必要搞YF77。
使用YF100走长二捆的路线即可。
但国家却不惜花那么多钱,宁让长五火箭进度拖延这么久还坚决持续研制YF77,这就说明了在这YF77低温发动机上寄托了国家太多的期望(这个东东就是为登月而生)。
由于长五的YF77绝对无法抛弃不用,死保YF77的持续生存发展是“政治任务(登月火箭上面级没有巨型低温上面级绝对不行,如果土星五使用常温上面级,GTO,月球轨道运力下降40%左右”)。
因此沿着“死保YF77”这一思路考虑,未来中国载人登月火箭芯级发动机推力区间的规划就必须受到目前长征五火箭芯级的制约。
即只使载人登月工程不能够按时上马,新煤油发动机也至少能够与目前版的长五芯级相匹配使用而不是浪费,更绝对不能是“互为竞争关系”。
因此如果未来上马的是650吨高压补燃煤油机,硬是要用来研制5米直径的巨型煤油助推器来“匹配”目前版本的长五芯级并非不是不可以,但运力区间的调节就远远没有330吨煤油机那么容易与宽广了,这就会让未来维持660吨补燃发动机生产线持续运转的成本导常高昂,产生巨大的经济压力,成为国家沉重的负担。
而仅仅是研制阶段,660吨煤油机所面对的技术挑战也更为巨大,所要投入的研制资金也更为高昂;技术与资金存在的巨大压力就会让为上马研制660吨补燃煤油发动机带来政治上太多的“不可预知风险”。
这些不利因素都是从现在开始就能够预见到的,因此单纯从政治策略上分析,我也觉得六院现在已经退一步提出330吨方案之后根本就不必要再“捆绑”提出进一步再研制660吨补燃发动机的想法了。
与之相反,改而“捆绑”提出,“日后如有必要”,还可以基于330吨高压补燃发动机平台研制一款“低成本”的F1级别,600多吨燃气发生器反而更能打动政治领导人的心。
关于未来中国的大型煤油机到底是330吨好还是660吨推力好,这基本就是一个公说公有理,婆说婆有理的问题。
而最终起决定性作用的只有“钱”一个字。
想当年NASA大局长格里芬评论为什么不选择EELV的德尔塔四H作为星座飞船的发射平台时。
他说,“EELV已经完成了它们的任务,而新任务(即星座工程)需要新火箭”。
说白了格里芬就差没有赤裸裸说出“我说EELV不行就是不行,行也不行”。
NASA当然有大量的顶级技术人员,但局长说EELV不行就是不行,什么“技术可行性论证”全敌不过局长一句话。
问题是钱并不是无限供给的,在经济下行周期奥巴马上台,立马就砍了战神一,格里芬局长也一样无话可说。
说来说去还一个钱字问题,没钱NASA局长改用德尔塔四H来发射星座飞船的试验版今天美国也没一个人能够阻止,波音的“商业飞船”基于宇宙神五火箭来发射也再没有那一个人出来说“EELV的安全性不行”。
没有钱就要降低标准,张就下就算了,吃块臭豆腐就算过年,这在全世界也是没办法的事。
说到中国,是上马330吨发动机还是660吨发动机,关键就是国家能够持续投入多少钱的事。
如果有100亿美元预算,上马660吨发动机无须要担心任何问题,但如果只能够投入30,40亿美元,上马330吨项目就更为可行了,最终能够搞成功才说硬道理。
如果国家仅仅能够投入30多亿美元,硬是要上马660吨项目,搞了一半后,由于“种种原因”,后续由于无钱不得不中止下马,问题就大件事了,你让未来的中国人如何按时登陆月球?
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而330吨发动机搞成功,捆绑多几枚助推器搞载人登月火箭也一样能够成功,就涉及到如何准确评估预算可行性的问题了,这已经不是我们身外的人能够做的事了,我们所能够做就是将这些可能的风险全部放置于阳光之下,让后人来深入研究与分析而已。
至于说到研制500,600多吨的燃气发生器发动机更不是我的第一设想。
不要误解我的意思。
我只是说,如果3330吨高压煤油机在研制遇上无法攻克的技术难题,项目不得不中途下马,六院还可以基于330吨补燃机的基础搞一款研制难度更底的500多吨或者600多吨的燃气发生器煤油机来应付中国未来的载人登月火箭的研制而不是“颗粒无归”。
毕竟美国早几十年就搞出了600多吨燃气发生器的F1,而330吨单室煤油机全球还没有那一个国家搞过。
中国可是第一个先行者,搞不成功可以原谅。
因此基于风险评估的原则,我,高凉陈君认为六院在坚持上马330吨高压补燃机的前提下,再做好“两手抓的准备”,如果高压补燃机搞崩了,搞砸了,无法研制成功了,那么就转而基于330吨高压机研制的涡轮泵之类技术基础,将研制500多吨(或者600吨,具体多少吨只是一个“技术问题”而已,我不懂多少发动机技术)燃气发生器发动机列为接着上马研制的“备份方案”。
如此而已。
高压补燃机真的由于技术原因搞不下去了转而研制500吨(或者600多吨)燃气发生器中国版F1只是“不得已”的第二选择而已。
如果能够搞成功330吨补燃机,500吨燃气发生器煤油机自然就没有再研制的必要了。
330吨补燃机研制成功之后再搞660吨补燃机这只是六院自己的想法而已。
这种设想在中国获得政治层面通过的可能性完全为零,因为这根本就是不懂政治的表现。
否则921中国搞的早就是航天飞机了。
当然330吨高压补燃机搞成功,装火箭飞行。
时间什么都到2020年,甚至2025年之后了,太遥远的东西说多了也无作用。
想当年上马长五火箭,谁也想不到那个YF77低温发动机会卡壳得那么久;而这个330吨高压补燃机日后再拖延进度5年,6年也完全是有可能的。
因此,只要中国的330吨煤油机能够按时立项上马了,中国的载人登月工程就真正有奔头了,进入实质运作阶段了,其它的东西就由它们远去吧。
这就是历史,美国的星座工程也一样一波三折,从2004到2014星座飞船试飞,也跌跌撞撞将要走上十年,这也是没法子的事。
第四章,中国登月火箭研制必须步步为营,做好多种预案。
中国搞330吨巨型煤油机的同时又要搞500吨甚至1000吨大固体燃料助推器只是两条脚走路的问题。
由于可能用于研制主芯级的YF100与YF77的推力有限性,只使用5台YF100研制主芯级,总推力也只有600多吨,再捆绑上4枚700吨大固体燃料助推器(阿里安五,大力神四H级别),LEO运力也只有60,70吨的规模,用于实施载人绕月工程无压力,但采用月球轨道对接方案,要用于发射登月舱到月球轨道与月球版神舟飞船对接再来进行中国的载人登月工程,运力水平还是极为勉勉强强的。
要知道阿波罗时代美国佬的登月舱水平也是极为原始的,在月球表面停留时间也极为有限。
因此我认为要发射中国版登月舱必须要LEO至少80吨以上的火箭,这样中国的登月舱才能够做得比美国的鹰号登月舱更大些,让宇航员在月面持续停留的时间也才能更长些,停留时间至少要达到4,5天以上,否则一旦登月舱出故障,挽救的余地就太小了。
而今天已经不再是冷战时代,蛮干既不必要也不再能够受到社会大众的容许,阿波罗时代的原始登月舱已经无法适合今天的世界了。
综上所述,无论中国是否研制500吨还是1000吨级大固体燃料助推器,对于六院上马研制330吨煤油机并不能够构成竞争关系,330吨煤油机对于中国载人登月级火箭的研制是不可缺泛的(而200吨低温发动机倒是没有非研制不可的压力)。
当然,如果中国不实行载人登月工程,别说330吨煤油机,就算是500吨固体燃料助推器与YF77的研制都是多余的。
有YF100在手,中国要研制LEO30,40吨的火箭没有任何压力。
因此,中国将要实行载人登月工程已经是司马昭之心,路人皆知。
什么500吨固体燃料助推器,330吨煤油机与YF77,这些东东的研制都是冲着载人登月工程而去的,当这些东西准备得七七八八,国家再正式宣布实施载人登月工程就万事具备只欠东风了。
事实上美国人也是知道的。
因此美国的载人绕月工程已经定于2017年实施了。
而只要SLS研制成功,美国想登陆月球再研制一个新登月舱就完事了。
不要认为奥巴马能够彻底取消得了星座工程,他能够砍掉的只有战神一,SLS也只不过是战神五的新名字,要搞的东西一点也不曾停滞,要来的始终还是要来的。
只要星座飞船搞成功(没任何理由搞不成功),今天到2020年的时间还长着呢,只要SLS再按时搞成功,未来美国新总统再宣布新登月工程也是顺理成章的。
因为只要星座飞船与SLS搞成功了,美国佬再上马登月舱项目所要花的钱已经不多了,不要再花太多的钱就可以成功在望的工程,政治领导人们可是最喜欢搞的了,因为政绩可以手到拿来。
因此,从2015年到2025年之间,美国,中国在新载人登月竞赛之中什么都会有一番明争暗斗的。
由其是时间节点到了2017年之后就会越来越明朗,越来越精彩的。
因为那时中国的无人绕落回工程已经差不多搞完了,而无论是500吨,700吨大固体助推器还是330吨煤油机,都会有一个进度完全明朗的,而到时中国基0于长五与神舟飞船上马中国的载人绕月工程也水到渠成。
而美国的载人绕月工程也一样已经能够开始执行了(这可是洛马NASA自己说的,不是高凉陈君一派胡言)。
只要中国美国各自的载人绕月工程搞成功,登月竞赛余下的项目就是拼谁的登月舱研制进度快了。
奥巴马现在说要探索的是小行星,但到时形
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