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对“重型猎鹰”首飞的再思考 精选

已有 7099 次阅读 2018-2-16 10:09 |个人分类:科普集锦|系统分类:海外观察| 重型猎鹰, 载人航天

对“重型猎鹰”首飞的再思考

“重型猎鹰”的首飞引起了轰动,它重新点燃了人们探索深空的热情,激发了关于航天事业发展方向的再思考,真是从这个意义上,我要为“重型猎鹰”的首飞成功点赞。在众多有关“重型猎鹰”的评论中有三条值得与读者分享。

1)英国卫报专栏作家——Nathan Robinson:“观看一个亿万富豪化费9千万美元把一部十万美元的汽车送入太阳系远端,没有比这更能体验二十一世纪全球不平等的悲剧了。”

【There is, perhaps, no better way to appreciate the tragedy of 21st-century global inequality than by watching a billionaire spend $90m launching a $100,000 car into the far reaches of the solar system.】

2)美国华人学者网“文学城”——yaowangshanhaiguan:“在人类进入载人航天时代后的第57个年头,丧失该项能力的美国打一个假人上去,真是凄凉得令人唏嘘。”

3)中国科学网——某某大学教授的博客(该博文被精选并置顶):

【国转民,军转民,契约精神,培育了来自民间的永不遏止的创新精神和进取动力。这几个方面最终集成在完善的市场经济的平台之上。正是这些因素,共同成就了马斯克“这个男人”,“这个男人以一己之力干翻了美俄中三个航天大国”。】

国内国外一些精英对“重型猎鹰”首飞成功的看法会有如此大的反差,真正是“令人唏嘘”。为什么同一事件会产生如此绝然不同的看法,背后的原因更值得深入的研究,这可能比研究事件的本身还要有意义。不过这是题外话了,我也是门外汉,还是把它留给社会学专业人士吧。

分析评价火箭必须先从火箭的引擎着手。重要的话要连说三遍,那么重要的数据至少也得连看二次吧?这里把俄中美的液氧煤油引擎的重要参数再次放在表中作一比较。从表中可以清楚看出SpaceX的“梅林1D”是推力小、比冲差、室压低,这无论如何不能算一款“干翻了”中俄的优秀引擎吧?无论怎样美化“梅林1D”,总也改变不了一个铁的事实:它的推力仅是中国YF100的百分之七十。

国家

型号

推进剂

循环方式

地面推力(KN)

真空推力(KN)

地面比冲(m/s)

室压(MPa)

中国

YF100

液氧煤油

分级燃烧

1224

1339

2942

18

俄国

RD-180

液氧煤油

分级燃烧

3800

4200

3051

25.6

美国

梅林1D

液氧煤油

燃气发生器

845

914

2770

9.7

仅有一款资质平庸的引擎,靠大量捆绑在一起就能造就出一枚超一流火箭,还“干翻了美俄中三个航天大国”,这不是痴人说梦话吗?按这些人的逻辑,中国豈不是也可以用十多只小推力引擎放在国产大飞机上了吗?省得一直被公知们冷潮热讽说中国只会造没有“心脏”的飞机壳子了。天下真有这样的好事,家家都可造越洋大飞机,波音空客早就去喝西北风了。

没有高效大推力航空引擎就不会有越洋大飞机,同理,没有高效大推力火箭引擎就造不出超级重型火箭。“重型猎鹰”不可能是一枚优秀的超级重型火箭,这是被他自己的基因——它使用的那款“梅林1D”引擎——所决定了的。梱绑难成夫妻,梱绑大量引擎难成一枚优秀的火箭。梱绑大量引擎的致命缺陷是:1)降低火箭的推重比影响整体效率;2)增加故障几率;3)火箭上升时的振动问题变得更为严重复杂,不适合用作载人航天。

尽管马斯克一再宣称“重型猎鹰”是除了土星五号以外最强大的火箭,但是这次首飞把一轮重不足2吨的小汽车送入绕日轨道,实在令人失望。就像衡量一个举重运动员的真实水平凭的是他究竟能举起多重的杠铃,而不是听他吹自己有多大的力气。

一般来说火箭首飞会使用配重,最合适的是放一罐子水进入太空,这即便宜、又安全、也不会污染太空。马斯克却偏不採用常规做法,送了轮他自己的樱桃紅色的特斯拉电动车进入太空,还美其名曰:“我喜欢汽车在星辰大海中无休止地漂流,或许它会在未来数百万年里被外星人所发现。”于是乎许多人被他的浪漫所感动,也有人指出这是为特斯拉汽车公司作的最好的商业广告。但极少有人能知道马斯克真正的苦衷。请从他的角度思考,首飞放配重,究竟放多少重合适?这是一道极难解的题,放多了他知道会出问题,放少又露了馅。马克思是绝顶聪明的商人,就送了轮二吨不到的小汽车上去,一招“瞒天过海”轻松地从两难困境中解脱了出来。如此一来,说他有浪漫情怀也好,认为是广告高手也罢,就很少有人会去质疑为什么首飞的载荷二吨多不到。

“重型猎鹰”的载荷究竟有多大,可能永远只能是个谜。SpaceX网站上的数据是他们自己算出来的,不是“重型猎鹰”举出来的。关于“重型猎鹰”63.8吨LEO和26.7GTO这组数据一直受到质疑,却从未见过公司有像样的回应。

网上有人对猎鹰9号的载荷能力作过分析。迄今为止猎鹰9号火箭发射的最重载荷是2016年3月5日执行的SES-9任务。在该任务中,载荷重5271千克。该任务的结局卫星是顺利入轨,执行回收任务的火箭第一级在回收试验中因燃料耗尽而坠毁在着陆平台之上。此次任务其实在很大程度上已经向外界泄露了猎鹰9FT版运载能力的极限。如果放弃华而不实的回收操作,拆除用于执行该任务的设备,并且不预留用作回收的额外燃料,猎鹰9号最大GTO运力当在6吨以下[1]。

因为 重型猎鹰 = 猎鹰9号+猎鹰9号+猎鹰9号,重型猎鹰的最大载荷一定小于三只猎鹰9号的总和,估计它的GTO当在15吨左右。SpaceX官网所宣称26吨的GTO运力,无论从哪个方面看都是匪夷所思。估计公司方面也意识到了这点,为了支撑其数据的真实性,宣称重型猎鹰将使用“推进剂交叉输送技术”(Cross-Feeding)。

但是这次“重型猎鹰”并未使用所谓的“推进剂交叉输送技术”,究竟何时使用,只有天晓得。马斯克的真真假假、假中有真、真中有假的手法玩得可谓炉火纯青,他把重型猎鹰宣传成为世上最强的运载火箭,而且还是可回收的成本最低的火箭。给人们的印象是重型猎鹰是枚兼具以上两个优点的完美的运载火箭。事实上,重型猎鹰作回收时同步轨道运载能力仅2吨多,连重型火箭都算不上;而为了达到最大运载能力,则什么回收也谈不上。

马斯克的话都只能当故事听听,当不了真。他说过,要放4千多颗卫星组成全球WIFI,让全球人可以高速接入互联网;他又说过,他要用他的火箭以27000公里时速把旅客从纽约送到上海,仅需39分钟;他还说过,他要建造真空管道(高速胶囊列车)把旧金山到洛杉矶的通行时间缩短到35分钟。他描绘的图景一幅比一幅动人,但绝大多数都是镜中花水中月。奇怪的是有关他的一些故事都变成了大众的心灵鸡汤,不少人还喝得美嗞嗞,中国的公知们功莫大焉。

就在“重型猎鹰”首飞的第二天,在美国商业空间会议(annual Commercial Space Conference from February 7-8, 2018)上的一些专家尖锐指出:这辆重型车辆(指重型猎鹰)似乎太小,无法运送乘员或将大件货物运送到深空;与此同时,为今天这一代小型卫星服务似乎又太大了。

这段评论确实击中了“重型猎鹰”的软肋。我在前文中也反复强调,“重型猎鹰”根本无力担当起未来深空探索的重担,它不能为重登月球和火星之旅作出任何有价值的贡献。这一点实际上也为马斯克最近的表态所证实。去年秋天,马斯克公布了重型猎鹰的替代计划——BFR(Big Falcon Rocket)。马斯克说,SpaceX的所有资源都将投入到BFR的研制过程中,接着在佛罗里达州他再一次表示,公司决定放弃猎鹰重型的载人计划,会将这些任务转移到BFR。原定在2018年的某个时候使用重型猎鹰发送两名付费游客去绕月轨道的计划已被取消。

重型猎鹰用作一般卫星发射又太大了一点。近年来,电子技术的飞速发展使得卫星越做越小,卫星发射市场需求已经发生了很大的变化,大型重载卫星的发射任务明显减少。商业卫星运营商越来越追求通信和遥感卫星小型化。五角大楼和国家安全部门的客户也担心,数十亿美元的大型卫星将面临中俄攻击的潜在威胁。美国战略司令部负责人约翰·海登说,我不会支持购买多用途的大型卫星。在过去的几年里,五角大楼只发射了一两颗超重的卫星。重型猎鹰又能去哪里找合适它的市场?

“重型猎鹰”就像一个三流大学刚毕业的大学生,高不成低不就,在航天领域进退两难处于十分尴尬的境地。就这样一枚火箭,却在中国国内出尽了风头,在这一点上,马斯点确实创造了奇迹。难怪国外有人评论,SpaceX是三流的技术,二流的财务,一流的公关。

一个企业,无论私企国企,没有长期基础研究的投入,没有过硬的技术,它就不可能有真正意义上的创新。靠一流公关泡制出来的创新其实与忽悠仅一层纸,这种创新不要以罢。如果说一定要在“重型猎鹰”首飞中找到什么经验教训的话,那就是中国的航天业界更应坚持自己的道路,练好内功、夯实基础,打造出有中国特色的大推力液氧煤油和液氧液氢火箭引擎。祝愿中国航天人砥砺奋进、行稳致远,为人类的深空探测作出贡献。

[1]数据更新:中新网2017年7月5日报道,当地时间7月5日7点37分,该公司搭载Intelsat 35e通信卫星的猎鹰--9号运载火箭佛罗里达卡纳维纳尔角航天基地的LC-39A成功发射,据悉,这次任务发射的卫星是Intelsat 35e地球同步轨道通信卫星,猎鹰-9火箭负责将卫星送入同步转移轨道(GTO),然后由卫星依靠自身动力完成同步轨道定点。Intelsat 35E卫星是基于波音BSS-702MP平台的通信卫星,重6.76吨,这也是太空探索首次发射IntelSat公司的卫星。这次猎鹰9号火箭就搭载了其有史以来最大的一颗卫星。




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