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徐令予:“重型獵鷹”火箭難舉美國航天夢
關(guān)鍵字: spacex重型獵鷹再讓我們在空間軸上作個左右對比,表二顯示了重型獵鷹與各國重型火箭的主要性能指標(biāo)。從這張表上,不管是左看右看,無論哪里也看不出這枚捆綁有27只引擎的重型獵鷹有什么過人的優(yōu)勢,這真的不像是一枚超級重型火箭。重型獵鷹真的難以擔(dān)起登上月球飛向火星的重任,單看它三米多點的直徑,實際上已經(jīng)被判出局?,F(xiàn)代太空任務(wù)的載人飛船和太空望遠(yuǎn)鏡都是又重又大,三米多直徑作為重型火箭都不合格,“超級重型”的影子都沒有。
表二
正如馬斯克自己所說:“火箭引擎是目前SpaceX所面臨的最大短板?!边\載火箭與飛機汽車一樣,引擎是它的核心技術(shù)。為了把更重的載荷送到更高更遠(yuǎn)的地方,火箭不僅需要最好的引擎,而且一枚多級火箭需要不同類型的引擎。
通常中型以上的液體燃料火箭,它的初級都用大推力但效率略差的液氧煤油引擎,而最后一級都釆用效率高的液氫液氧引擎。這樣的高低搭配可以在火箭的性能和價格之間求得最優(yōu)化。而馬斯克手中只有一款液氧煤油引擎—梅林1D,而它的真空狀態(tài)改型則用來作火箭的第二級,兩者性能都極其平庸。表三是目前各國拿得出手的火箭引擎性能比較。
表三
表三數(shù)據(jù)顯示,SpaceX的梅林-1D引擎推力不足,比沖低下,在液氧煤油引擎排名單中是填底的。究其原因,主要是沒有核心技術(shù),缺乏技術(shù)積累。梅林-1D釆用燃?xì)獍l(fā)生器而不是中國、俄羅斯的高壓補燃循環(huán)引擎,燃燒室壓力太低,必然導(dǎo)致推力不足和效率低下。基于梅林-1D引擎的數(shù)據(jù),重型獵鷹火箭公布的載荷能力是值得懷疑的,唯一的解釋可能是把將來會使用推進劑交叉輸送技術(shù)(Cross-Feeding)的因素作了預(yù)估。從目前可靠的綜合性能分析,中國的長征五號要優(yōu)于重型獵鷹。
尺有所短、寸有所長,當(dāng)然SpaceX的火箭技術(shù)也有其獨特的優(yōu)勢。主要優(yōu)點可歸納為以下幾點:
1)火箭在結(jié)構(gòu)上有創(chuàng)新,又大量使用新型輕質(zhì)材料,大大減少了火箭的自重。所以盡管引擎不太給力,重型獵鷹的最終送入軌道的載荷仍有不俗的表現(xiàn)。
2)SpaceX只有一種型號的引擎,研制開發(fā)的資源可以集中,也便于大規(guī)模量產(chǎn)提高生產(chǎn)效率,后期的使用維護成本也可大幅降低。SpaceX一年可以生產(chǎn)400臺梅林引擎。在這一點上,應(yīng)該為其點贊。
3)SpaceX具有火箭第一級的發(fā)射回收技術(shù),再加上引擎大規(guī)模量產(chǎn),大大降低了運箭火箭的生產(chǎn)和發(fā)射成本。
省錢一直是馬斯克的主要賣點。馬斯克首先是個商人,商人在商言商,省錢對于嚴(yán)重缺錢的美國政府最有吸引力。宣傳資料是這樣說的:阿波羅計劃中的每次發(fā)射開支是12.3億美元,其中7.1億美元是火箭的生產(chǎn)成本(己折合成2016年美元的價格),而重型獵鷹把2.2噸載荷送入同步軌道的價格只要9千萬美元。
我一直對SpaceX的這種宣傳深感困惑。當(dāng)初土星五號花費12億美元可把50多噸的載荷送入同步軌道,假設(shè)發(fā)射開支與載荷重量成正比,那么重型獵鷹執(zhí)行土星五號相同任務(wù)的開支至少要20億美元。實施航天任務(wù)又不是買大白菜,多買有折扣,實際上價格與任務(wù)的難度遠(yuǎn)不是正比關(guān)系,常常是非線性增長的。只要想一想買平板電視的經(jīng)驗,隨著顯示屏尺寸的增加電視機價格是加速增長的。
“省錢”其實是SpaceX玩弄的把戲。他省錢的途徑是靠火箭回收利用,他的引擎本來就不給力,為了回收發(fā)射過程中必須把部分燃料留作它用,這就大幅降低了火箭的最大載荷能力,導(dǎo)致回收的重型獵鷹只能把2.2噸載荷送入同步軌道,這還是一枚超重型火箭嗎?連重型的資格都沒有。
更重要的是在重型和超重型火箭市場中,任務(wù)主要是載人登月和去火星,載荷的價值遠(yuǎn)超運載火箭的成本。例如,美國新一代太空望遠(yuǎn)鏡詹姆斯·韋伯(JWST)就要依靠重型運載火箭送上太空,該太空望遠(yuǎn)鏡價值80億美元,該項目會在乎在運載火箭上省幾千萬美元嗎?人家要的是一枚高性能高安全度的超級重型火箭,在這個舞臺上我估計馬斯克是沒戲可唱的。
“山中無老虎,猴子稱霸王。”這是今天馬斯克和他的重型獵鷹還站在舞臺上的原因。美國航天界的老虎消聲匿跡的原因多種多樣,其中有一條十分重要,那就是失去了前蘇聯(lián)這樣強勁的競爭對手。從大歷史角度看,在前蘇聯(lián)的崩潰中倒下的巨人實際上是兩個,只是一前一后而已,至少在航天界事實就是如此。冷戰(zhàn)之后,美國的航天事業(yè)再難續(xù)其過去的輝煌,因為:“做小生意需要朋友,成大事業(yè)要有敵人。”這大概也是美國在全世界到處找敵人的一個原因吧。
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