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楼主: 高凉陈君
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[原创] 二十一世纪中国研制载人登月级火箭最佳的技术路径

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oaki911 发表于 2019-3-14 15:57 | 显示全部楼层
高凉陈君 发表于 2019-3-14 13:58
美国SLS巨型火箭现在就是典型的“落水(雨天)披麻孝,越湿越重”。

关键还是即使研制出来也是立即就过 ...

SLS 芯一级增加到7台RS-25E发动机并CBC-3,共计21台发动机提供4000吨级推力,足够强大了!
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-14 16:31 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
这样没有任何意义。

研制可重复使用火箭的唯一目标就是为了省钱。而大型氢氧发动机”研制难,生产难,操作使用又难“,在可重复使用火箭时代己经完全丧失了继续发展的必要性。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-14 18:12 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
粗略估计了一下,太空探索公司的猎鹰9,9H火箭的运载能力还有进一步增长的空间。

马斯克现在也应该意识到”一次性的猎鹰9H十猎户座载人飞船”的组合是一块大肥肉。

如果未来真的让马斯克将猎鹰9H火箭发射猎户座载人飞船的设想搞成功,这就非常搞笑与让某些人监尬了。波音公司与NASA马歇尔航天中心以后还有何面目见天下人?!

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 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-14 18:31 | 显示全部楼层
以现在的发展态势,太空探索公司完全可以为了发射猎户座载人飞船优化设计一款不可重复使用的猎鹰9H火箭,其LTO运力要做到25吨区间还是有把握的。

反正目前一次性的猎鹰9H火箭的市场采购价格才不过1点5亿美元1枚,因此那怕这一款猎户座载人飞船发射专用猎鹰9H火箭的市场采购价格未来上升到2亿美元1枚的程度,这都要比目前版本的SLS火箭高达10亿美元1枚的价格实在便宜太多了。

现在就看国会、白宫、NASA、波音与太空探索之间如何博弈了。

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 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-14 18:42 | 显示全部楼层
谁让你们总是磨洋工、进度一拖再拖,研制预算经费也是芝麻开花节节高、一再超支?!这下可好了,让马斯克先生抄了个“世纪大底”。以后波音公司们还有何话可说?!

 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-18 18:05 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
谁说伊拉克的宇航员没有用?!他作为阿拉伯人伊拉克国家的一个时代标志性人物,末来注定会被各种历史书反复提起的。

就象中国近代史上第一个取得博士学位(尽管最后也只能够依托教会来维生)的那个欧洲留学生一样,其个人命运的起落兴衰都注定是一个国家,一个民族发展命运在个人身上的浓缩投影。

因此伊拉克国家的那个宇航员的命运走向,未来那怕伊拉克国家崩溃灭亡了,但只要地球上还有同族的阿拉伯人存在,他的事迹都注定会在自己民族的各种书籍里被后世子孙们反复提起与思念回忆。

事实上政治正确才是最大的正确,政治追求才是最大的追求。

这十几年来高凉陈君一再指出,未来无论局势如何发展,美国政府都必然会再次提出上马载人重返月球的计划。最重要的原因就是来自中国嫦娥工程竞争压力的始终存在。

因为这十几年来中国政府“左一个嫦娥探测器,右一个嫦娥探测器(现在名字都排到嫦娥8,嫦娥9号了)”,连续不断地进行月球的探测任务。结果逼得美国白宫与国会的头头脑脑们根本就没有任何的退缩余地。


因此近十几年来美国政府每年在SLS火箭(早期是战神火箭)与猎户座载人飞船上的预算投资都达三,四十亿美元之巨。

从科学家的角度考虑,如果这些巨额资金能够投入于NASA旗舰探测器任务(木星伽利略,土星卡西尼探测器级别的太空探索工程)的执行,每年发射一次外行星的旗舰探测器都完全绰绰有余。如此《自然》与《科学》杂志上的研究论文都可以发表一万多篇了。

问题是这有可能吗?!当然不可能。

NASA近十几年来,能够每年顺利获得投入研制SLS巨型火箭与猎户座飞船的钱,只是美国政府与国会为了应付中国源源不断的月球嫦娥探测任务而讨来的。

就是由于中国嫦娥探月工程的长期存在,为了显示与维持美国依旧是人类末来灯塔的重大作用(这就是美国的政治正确,否则人类末来灯塔就变成中国了。美国政府能忍国会的大老爷都不能忍),这些钱最后就必须源源不断地流入NASA的月球载人计划。

与之相反,如果不存在来自于中国月球嫦娥探索计划的持续竞争压力,这些钱甚至根本就不会流入NASA的预算盘子。最后也只会流入社会福利,养国外难民乃至军事对外干涉等等乱七八槽的项目上面去,胡乱挥霍完毕就OK了事(参考今天的欧洲,欧空局每年预算只有NASA的三分之一与四分之一。但欧盟各个成员国政府甚至比美国政府都要穷得多)。

反正就是不会流入到NASA行星科学家们的手上去的。

同样,对于未来其它中小型国家送宇航员到中国的空间站上进行“公务太空游”也是如此。这些钱花在这些国家宇航员的“太空公务游”上无论如何都是其国家,其民族的“历史一大步(典型的向上一小步,也是新高峰)了。

否则这些钱十有八,九也只会挥霍到更没有历史价值的领域上面去的。





 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-21 13:06 | 显示全部楼层
最具运营经济性的一种LTO运力达100吨级的长征九号火箭构型设计方案

早前,高凉陈君在评论中就已经谈及到这一种长征九号火箭的构型设想,现在决定再进行一次具体的设计方案细化。

第一,火箭各部分构成级段的设计参数(高凉陈君在此仅仅提供一条设想思路、具体设计参数则以专家们的专业论证为准)。

一,主芯级。

     主芯级火箭的直径达10米,长度为50米左右。使用9台缩短喷管的改进型YF460煤油发动机并联研制,合计起飞推力460*9=4140吨。持续工作时间为160秒左右。并且主芯级具备可重复使用的能力。

     主芯级合计起飞质量为2400吨左右。

二,        助推器。

1,使用目前921载人运载火箭的5米直径YF100K煤油助推器(具备可重复使用的能力)。推力为120*7=840吨,起飞质量为500吨左右。

       2,研制10米直径的YF460煤油发动机CBC助推器模块(具备可重复使用的能力)。推力为460*9=4140吨,起飞质量为2400吨左右。

3,使用直径为2点6米的500吨级推力的大型固体燃料助推器(2个分段组装而成)。推力为500吨级,起飞质量为200吨。

这一款火箭捆绑使用500吨级固体燃料助推器的核心目标是要微调与平滑运力曲线,优化“光棍版火箭”的起飞推重比。并满足中国固体燃料火箭研制机构在长征九号火箭上的“利益分享诉求(政府饭、大家赚,这也是没有法子的事)”。但由于无法重复使用,在经济上并无太多的可取之处,权当是“聊胜于无”。

     三,第二级。

     直径7点5米,长度30米左右。使用9台高空版YF100K煤油发动机并联研制,合计推力120*9=1080吨。

     第二级合计质量为700吨左右。

四,氢氧上面级。

1,使用YF75D氢氧上面级发动机。

直径7点5米,长度20米左右。使用7台YF75D上面级氢氧发动机并联研制,合计推力9*7=63吨。

YF75D版本的氢氧上面级合计质量为140吨左右。

2,改为使用高空版本的YF77改进型氢氧发动机(未来升级目标)。

直径7点5米,长度为30米左右。使用2台高空版YF77上面级氢氧发动机并联研制,合计推力70*2=140吨。

YF77版本的氢氧上面级合计质量为200吨左右。

五,整流罩。
     
     1,使用7点5米直径的常规整流罩。长度为20米左右。重量为11吨左右。

     2,使用10米直径的巨型整流罩。长度为30米左右。重量为17吨左右。

第二,常用火箭构型的具体数据。

一,光棍版方案。

A,一次性版本。

起飞推力4140吨。起飞质量2400+700+140(使用YF75D氢氧发动机的版本)+11=3251吨(载荷重量未计算入)。推重比为1点27。

火箭长度为50+30+20+20=120米。

LEO运力估计为120吨左右,GTO运力估计为65吨左右,LTO运力估计为40吨左右。

B,可重复使用版本。

LEO运力估计为80吨左右,GTO运力估计为43吨左右,LTO运力估计为26吨左右。

二,捆绑2枚921载人运载火箭的5米直径YF100K煤油助推器的构型方案。

A,一次性版本。

起飞推力合计4140+840*2=5820吨。起飞质量合计3251+500*2=4251吨(载荷重量未计算入)。起飞推重比为1点369。

火箭长度也为120米。

LEO运力估计为166吨左右,GTO运力估计为90吨左右,LTO运力估计为55吨左右。

B,可重复使用版本。

LEO运力估计为110吨左右,GTO运力估计为60吨左右,LTO运力估计为36吨左右。

三,捆绑2枚10米直径的YF460煤油发动机CBC助推模块的超级巨型火箭方案。

A,一次性版本。

起飞推力合计4140+4140*2=12420吨。起飞质量合计3251+2400*2=8051吨(载荷重量未计算入)。起飞推重比为1点542。

火箭长度则为130米(使用直径达10米、长度达30米的巨型整流罩 )。此一款CBC巨型火箭的外形矮胖,与原苏联研制的能源M火箭将非常相似。

LEO运力估计为350吨左右(理论数据、LEO版本的专用火箭未来大概率不会研制),GTO运力估计为190吨左右,LTO运力估计为115吨左右。

B ,可重复使用版本。

LEO运力估计为233吨左右(理论数据、LEO版本的专用火箭未来大概率不会研制),GTO运力估计为126吨左右,LTO运力估计为76吨左右。

总结。

参考今天美国猎鹰9、9H火箭的构型演进发展历程,高凉陈君认为此一版本的长征九号火箭研制方案明显是“最具经济运营价值与研制技术风险最低”的中国巨型火箭研制方案了。而且中国的固体燃料助推器研制机构也可以在此一款火箭的研制过程中获得大量的使用机会。象“光棍版火箭”在发射时,如果能够捆绑上2枚500 吨级推力的固体燃料助推器,就能够大大优化火箭的起飞推重比不足的问题(起飞推重比将提升到1点4左右)。因此方方面面势力都能够接受。

同样,此一款火箭与目前版本的5米直径921载人运载火箭也成功地拉开了运力距离,不构成任何重复建设的浪费风险。

其顶配版火箭的LTO运力更是高达110吨以上,完全可以用于建设中国未来的月面长期驻人科学考察站(参考今天人类南极科学考察站的规模、也是常驻10至15人的级别)。

因此,高凉陈君认为这一款长征九号火箭研制方案,未来将能够象原苏联研制的著名R7-联盟火箭家族那样,完全可以满足未来100年中国的所有外星载人探索需求。

陈天(高凉陈君)

     2019/3/21

 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-24 09:46 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
按目前的发展态势来分析,六院末来上来研制一款推力为400至500吨区间的燃气发生器大单室煤油发动机的可能性正在进一步增长。

参考太空探索公司梅林发动机的发展历程,燃气发生器煤油发动机的低室压特点在可重复使用火箭时代显然是一个的优势而不是劣势。

而且大单室发动机在研制可重复使用火箭的主芯级时也非常好办置。研制技术风险与研发投资也非常低,因此方方面面也能够接受。


 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-24 10:10 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
反正YF460煤油发动机的研制还没有进行国家立项,现在还存在一切可能够。

而且目前的双室版YF460高压补燃煤油发动机研制方案明显不是为可重复使用而优化设计的。这也其的致命缺憾之处。

参考美国阿波罗时代土星5火箭所用的F1燃气发生器的现成设计方案,今天中国六院要搞个缩水版的400至500吨推力的大单室燃气发生器煤油发动机,其技术难度显然要远远低于研制目前版本的YF460高压补燃煤油发动机。这一点显然是勿容置疑的事情。

反正未来20年还有921载人火箭在前面撑着,上头现在也不什么着急。因此长征九号火箭的最终设计方案注定还存在极大的发展变数。

斗七摇光 发表于 2019-3-24 14:05 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
能不能把这帖子封了?就一航天民科毫无逻辑依据地自我臆想,别再污染版面了。
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tianlan 发表于 2019-3-24 14:24 | 显示全部楼层
斗七摇光 发表于 2019-3-24 14:05
能不能把这帖子封了?就一航天民科毫无逻辑依据地自我臆想,别再污染版面了。

就思路来讲,还是不错的,你不可能要求所有人都科学严谨,也许很多地方不合理,但是事业要发展还是要综合考虑各方面吧。
thincat2001 发表于 2019-3-24 15:37 | 显示全部楼层
斗七摇光 发表于 2019-3-24 14:05
能不能把这帖子封了?就一航天民科毫无逻辑依据地自我臆想,别再污染版面了。

高梁陈君关注航天板块超过十年了,期间有些想法还是挺有意思的,后来也有跟国家的规划有吻合的地方。既然是讨论版,我觉得多看看大家观点也是一种乐趣。
鱼肉百姓馆 发表于 2019-3-24 16:18 | 显示全部楼层
说那么多干啥,等BFR出来了直接抄BFR不就行了
oaki911 发表于 2019-3-24 17:32 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
斗七摇光 发表于 2019-3-24 14:05
能不能把这帖子封了?就一航天民科毫无逻辑依据地自我臆想,别再污染版面了。

贴主十年如一日坚持发帖回帖,没几个id有这么大热情,值得肯定和学习,当然如果去参加个火箭和发动机构型培训班再讨论那就成为光辉的榜样了!
斗七摇光 发表于 2019-3-24 18:48 | 显示全部楼层
tianlan 发表于 2019-3-24 14:24
就思路来讲,还是不错的,你不可能要求所有人都科学严谨,也许很多地方不合理,但是事业要发展还是要综合 ...

我主要是觉得楼主想法中的槽点实在太多,而且太自以为是。在之前我指出过错误,既然他不当回事,我也没必要好言相劝了。
hyperion 发表于 2019-3-24 20:48 | 显示全部楼层
oaki911 发表于 2019-3-24 17:32
贴主十年如一日坚持发帖回帖,没几个id有这么大热情,值得肯定和学习,当然如果去参加个火箭和发动机构型 ...

肯,每次脑洞构型后丢带入火箭方程算算实际运力就好了。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-24 21:42 | 显示全部楼层
第二,走CBC构型300吨发动机完全能够实现载人登月目标。

计划并联5台煤油发动机研制主芯级主要是为了降低研究更大推力发动机所面临的经济压力与技术风险,因为LEO运力80吨是发射月面载人登陆舱的“最低红线”。如果新一代煤油发动机推力为350吨,4台并联推力就达1400吨,走CBC构型,三个模块总推力4200吨,完全能够保证LEO运力80吨底线目标的轻松实现。但如果新一代发动机推力定位为300吨,4台并联总推力只有1200吨,走CBC构型,三个模块总推力只有3600吨,就只能勉强达到LEO运力80吨的红线要求。因此综合各方面因素权衡考虑,学习美国人土星五火箭的技术发展路径,使用5台煤油机并联研制主芯级也是无奈之举。

至于新火箭的芯级直径,高凉陈君估计在7米到7点5米之间。即必须实现“光棍”型号就能够使用发射的基本条件。新火箭“光棍”型号起飞推力不过1500吨左右,LEO运力40吨左右,能够发射下大型空间站舱段;GTO运力20吨左右,能够一箭双星发射下东方红五号重型通讯卫星,GEO轨道“巨型航空母舰直播侦察卫星”与大型空间天文望远镜等等,即不搞载人登月也至少“饿不死”。并联5发,搞CBC构型可能面临的燃气干扰问题,高凉陈君不是火箭专业人士,就无法回答。但考虑到有美国人目前搞猎鹰 9H重型火箭在前面开路。这一难题中国人也是可以解决的。

但高凉陈君坚决反对六院研究员目前抛出的计划搞240吨级煤油机的方案。原因就是这一款发动机搞载人登月火箭推力过低了点。要搞就搞大点,起码也要300吨级以上,绝对不能病急乱投医。反正YF100对于长五火箭也完全够用,再搞240吨级推力这样“不上不落”的发动机型号完全没有历史意义。未来中国要研制新一代煤油发动机,基于载人登月LEO运力80吨的最低“红线要求”;最低推力也必须从300吨起低。但为了防止载人登月工程中途落马,仅仅依赖长五火箭的升级改进也能够存活下来,其推力最高又不应该超过360吨,即可用于3点35米直径助推器的研制。因此未来中国新一代煤油机的推力范围目前就已经限制于300至360吨之间。这也是步步为营,没有法子的事。美国的星座工程上上落落,争吵不断就是最好的例子。简单而言搞载人登月之类特大工程,政治领导人换届变动的风险要远远大于技术上所面临的风险,没有持续不断的充足资金供应支持,一切想法都注定还是空想。

至于是不是高压补燃还是选择简单的燃气发生器循环。上策还是搞高压补燃与大单室的方案最好,起码也有足够的技术挑战性;中策就是搞缩小版本的RD180,推力只有300多吨,但保留并发展了高压补燃技术;下策则就是仅仅研制大单室的燃气发生器循环煤油机,推力只有F1的一半,也是300多吨,能够支持起中国的载人登月工程,但技术挑战性就差很多,好处就是研制预算成本与技术风险也要少很多。这就只能够取决于政治领导层与具体执行科学家们如何“权衡”了。

第三,中国新一代煤油发动机最低推力不能够低于300吨的原因。

并联5台发动机研制主芯级,再走CBC构型来大幅度扩展运力覆盖区间。这样做能够大大降低载人登月级火箭的发动机研制难度,也能够大大降低搞载人登月工程的经济投入总成本。问题是这样做并不利于相关发动机研制部门“捞取”更多的研制经费。因此六院从一开始就先抛出660吨方案,无结果再缩小回480吨方案,现在大环境不明朗,则又不得不抛出240吨方案。钓鱼的心态也太露骨了点。坦率而言抛出240吨煤油发动机研制方案是一大败笔,六院必须要有自己的底线,新一代煤油发动机的推力必须不得小于300吨级。再小了就干脆不如不搞。免得日后搞载人登月时又必须重新搞一款发动机。其实如果国家投入经费过小,退一步搞个300多吨级燃气发生器煤油机也是能够接受的。但推力底线无论如何都必须要坚守住。

在猎鹰9H未获得足够的发射成功率之前(20发连续成功),一级起飞发动机数量必须控制于12台之内才比较合适,象猎鹰9H那样就极端了点。还有就是出于升级长五火箭的考虑,240吨推力发动机用于长五3点35米助推器的升级还是远远没有“用尽”助推器的使用升级潜力。出于要将大改进版本的长五火箭GTO运力一举提高到18至20吨的关键节点目标(即足够发射神舟飞船的载人月球版),研制300吨级以上的煤油发动机也更为合理。

其实搞240吨高压补燃煤油机与搞300多吨燃气发生器煤油机相比技术难度相差并不大,但燃气发生器煤油机低室压的好处对搞载人登月火箭却更为有利,因为安全更有保障。就是比冲与运载系数差了点。但出于确保LEO运力80吨关键节点的可靠实现,高凉陈君还是认为中国新一代煤油机最底推力都必须300吨起底。发动机留有足够的推力余量日后搞载人登月火箭就不会受“减重”方面太多的干扰限制。至于新主芯级直径的大小,考虑到CBC构型横向跨度更大的特点,并联5台发动机,直径定位于7米多还是能够接受的。采用月球轨道对接方案,3个CBC也足够搞搞载人登月工程了。当然,如果猎鹰9H火箭进展一切顺利,并且成功率远超想象之外。那么有样学样,未来中国300吨级煤油机并联9台直接搞个10米直径的新芯级,3个CBC模块玩下载人绕火星也是完全可行的。由于现代火箭CBC构型的大发展,前面又有猎鹰9H在做开路先锋,今天的中国要搞载人登月工程其实技术难度已经远远低于阿波罗时代。但六院与11所却屡次搬出搞载人登月工程就必须要先研制660吨级煤油机与220吨级氢氧机的“大卫星”,搞不好就已经吓坏了政治领导层。结果连累了中国载人登月工程迟迟无法上马立项,这就未免搬起石头砸自己的脚。

总结,如果投资有限又追求高可靠性研制300吨燃气发生器煤油机也是可行的。

美国安塔纳斯火箭最近就爆炸了一发,并连带发射台也一起爆炸掉了。高压补燃煤油机在发射之初,只要一出事,就是典型的“发射台终结者”。N1、天顶再到今天的安塔纳斯火箭都莫能够例外。搞不好富氧高压补燃煤油机就是“点错科技树”的经典例子。阿特拉斯五火箭一路幸运,但谁又能够长久保证RD180就不会出事?!但猎鹰9却依赖燃气发生器的先天安全性逃过几次灭顶之灾。因此YF100搞不好就成为中国最后一款富氧高压补燃煤油发动机也说不定。

要大幅度提高煤油机的安全性,富氧高压补燃之路是走不通的。而且CBC构型又非常讲究发动机的安全冗余性。或者中国下一代煤油发动机就没有富氧高压补燃的技术方案也未定。研制300多吨燃气发生器煤油发动机技术难度低,又有土星五F1成功的例子在前面,中国没有理由搞不成功。同样,基于长五火箭平台,大幅度延长主芯级长度,并使用4台YF77并联研制主芯级,再捆绑上4枚、6枚3点35米助推器,GTO运力要提升到20吨以上易如反掌。300多吨煤油发动机是能够与长五火箭平台共存的,3点35米助推器全面升级也没有无法克服的大难题。

现在最大的问题就是政治领导层到底是选择猎鹰9的技术路径方案还是苏联的能源火箭技术路径方案。如果政治领导层更重视低成本与高性价比,那么富氧高压补燃煤油发动机估计就无法上马。但无论如何,只要载人登月工程能够上马,无论是研制缩小版F1还是缩小版RD180,100亿人民币的投资什么也是跑不了的,这对六院而言无论如何都是一个巨型的蛋糕。

陈天(高凉陈君)

于广东茂名

2014-10-29

高凉陈君是一位有身份的人,从来都是严谨行事的。

本文写于4年半之前,足以见证历史。本文也来自于《高凉陈君文集精选》第782页。

“上策还是搞高压补燃与大单室的方案最好,起码也有足够的技术挑战性;中策就是搞缩小版本的RD180,推力只有300多吨,但保留并发展了高压补燃技术;下策则就是仅仅研制大单室的燃气发生器循环煤油机,推力只有F1的一半,也是300多吨,能够支持起中国的载人登月工程,但技术挑战性就差很多,好处就是研制预算成本与技术风险也要少很多。这就只能够取决于政治领导层与具体执行科学家们如何“权衡”了。 ”

上面这一段话是具有历史价值的。高凉陈君当时认为的“上策”就是要搞大单室的高压补燃煤油机的,但今天YF460发动机却明显选择了“中策”,能奈其何?!
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-24 22:15 | 显示全部楼层
第二节        纵谈中国现在立即上马研制360吨级液氧煤油发动机的重要性
      
没想到这个话题在网络上引发如此激烈的争论,高凉陈君觉得还是有必要就此问题再作一次全面的论述,力求为后世子孙在回望中国载人登月工程的决策过程时不会指责今天我们目光的短浅与没有足够的前瞻性与长远战略思维。
      
第一  现在立即上马研究360吨液氧煤油发动机是补课而不是赶超。
      
高凉陈君在先前分析苏联载人登月工程流产失败与美国重返月球的深层根源时就已经明确指出,今天全球之所以掀起重返月球热潮的核心根源就是因为自阿波罗时代以来一直阻碍人类重返月球的巨型火箭发动机瓶颈,得益于自二十世纪七十年代以来由世界大国们所推进的航天飞机研制工程而被意外地彻底解决。尽管美苏日欧的航天飞机工程莫不是轰轰烈烈上马、凄凄惨惨落幕收场。但由于借助航天飞机工程的研制,美国的SSME、RS68与巨型固体燃料助推器,苏联的RD170、RD0120与RD180,欧洲的火神,日本的LE7A等几种大型火箭发动机却由此得以研制成功,这给人类未来空间探测方向的转变带来了决定性的影响。

        但是对于中国而言这却演变成一个重大的空缺,原因就是中国没有选择航天飞机作为自己空间载人工程的实施工具,因此导致到今天中国在大型火箭发动机项目上出现严重的发展滞后。众所周知,中国现在正在加紧研制长征五号新一代大型火箭。但由于我国目前最大的氢氧火箭发动机推力只有50吨,最大的液氧煤油发动机推力也只有120吨;这就导致到今天基于这两种发动机平台研制的中国长征五号火箭起飞推力极限版也只能勉强达到1060吨,近地轨道运载能力最高不过25吨。即使日后如今天美国的阿瑞斯五型火箭那样研制出5芯版(即并联5台YF77发动机研制主芯级)的长征五号火箭,其最大起飞推力也只能达到1210吨(捆绑太多助推器的版本由于不论技术风险还是政治风险都很大,在此不作推荐),还是无法支持中国未来必然实施的载人登月工程。但同作为人类空间技术五巨头的美、欧、日、俄,由于拥有现成而且高度成熟的大型火箭发动机优势,美欧日俄四巨头都可以在短时间内(十年内)研制出起飞推力高达2000吨级以上的巨型火箭来。

      这就是今天的中国不得不直面的严酷现实。当然,中国今天研制120吨液氧煤油发动机并非是错误的选择,事实上这一种发动机的研制成功与技术成就已经成为中国火箭工业可持续发展的里程碑。如果没有经过120吨液氧煤油发动机的研制全程,中国未来要想研制全新的360吨级巨型发动机将会更为艰难。但是中国未来要想成功实现载人登月工程,并发展美国早期式基于载人登月飞船舱段平台,实现技术共享、核心舱段平台(如服务舱、指令舱)共享与及共线生产的“天空实验室”级别的“粗壮型空间站”,没有巨型火箭万万不可。要想按时研制成功巨型火箭,360吨液氧煤油发动机又是必须尽早攻克的核心控制性关键节点。因此为了后世子孙,为了中国未来的全球历史声誉,一旦120吨级液氧煤油发动机研制任务完成,立即接着研制360吨级液氧煤油发动机将是一项必须实施的历史性任务。

        第二  指望购买俄罗斯的RD180发动机来取代中国自研的360吨液氧煤油发动机要冒巨大的风险。

       毫无疑问,俄罗斯的RD180发动机的确是一种极为优秀的火箭发动机,而且也极为适合中国未来巨型火箭的研制生产。因此中国政府做梦都想购买RD180及其生产技术。但是以目前的状况来看要想按时搞到RD180及其生产技术希望渺茫。如果再为等待购买俄罗斯RD180生产技术拖上十年八年时间,可就耽误了中国巨型火箭的研制大事。而且俄罗斯作为一个不讲信用、反复无常的国家早已在国际上臭名远扬(搞竹杠的事例数不胜数),将事关国家前途与历史定位核心利器的供应来源寄托于俄罗斯的身上这实际上是作茧自缚,政治风险极大。相信任何头脑清醒的中国政治领导人都不会有此念头并作出如此愚蠢的决策。

       即使日后中国成功获得俄罗斯RD180的生产技术,由于中国有着前期对360吨级液氧煤油发动机技术的深入研究,在此基础上也会大大加快RD180国产化的时间进度,也为日后的升级改进积累了技术经验。因此“两条脚走路”的传统策略还是必须要继续坚持下去。

        第三   360吨级液氧煤油发动机是中国能够以最低成本代价就实现巨型火箭发动机研制历史性突破的最佳方向。

         以中国今天的国力水平,我们只能够同时支持一种巨型发动机的研制,目前各方对于到底是选择巨型氢氧发动机、液氧煤油发动机还是巨型固体燃料助推器为突破方向还存在争论。但高凉陈君始终认为研制巨型液氧煤油发动机才是现阶段中国最经济、最能按时完成突破的方向。由于我国目前正在研制120吨级液氧煤油发动机,而且技术起点又相当高,加之煤油又是常温推进剂,经济实惠,研制成功之后即使中国未来不立即上马巨型火箭,也可用于制造现有长征五号火箭的助推器(长征五号捆绑4台360吨级煤油助推器起飞推力就达1540吨)与3.35米直径火箭的芯级。实用性与经济技术优势都非常明显。氢氧发动机由于我国目前最高推力型号也只有50吨,要想在此基础上研制出推力达300吨美国RS68级别的巨型火箭发动机,难度要比研制同样推力的液氧煤油发动机要高得多,而研制150至200吨级别区间的又显得推力不足。如果没有同时研制更大推力的煤油发动机或者固体助推器,也无法实现将巨型火箭的起飞质量提升到2000吨以上的区间;但只要360吨级液氧煤油发动机研制成功,中国就可以轻松研制出起飞推力达2880吨(芯级4台外加捆绑4台助推器)乃至3600吨(芯级4台外加6台助推器)的巨型火箭来。因此仅仅研制巨型氢氧发动机的经济性与技术优势远远没有研制液氧煤油发动机来的明显。

至于大型固体燃料助推器,由于我国民用火箭在这一领域长期空白,没有先天的技术优势与经验积累。而且要使中国火箭起飞推力达到2000吨级以上就至少要研制起飞推力高达500吨级别的巨型固体燃料助推器,技术难度不会小但拖延的政治风险却很大。对此一方案政治领导人也许很难感兴趣。

        第四   现在立即上马还能够拥有充足的时间回旋空间。

        由于美国阿瑞斯火箭计划进展神速,已经逐渐唤醒了欧洲、日本与及俄罗斯研制巨型火箭的雄心与兴趣。由其是欧洲日本,钱财不是大问题,商业卫星发射市场又一缩再缩,火箭工业已经处于破产饿死边沿。又拥有现成高度成熟的大型火箭发动机,要研制2000吨级起飞推力的巨型火箭不存在任何技术难题。因此仅仅为了养活本国的火箭工业与相关空间工业系统,上马大型空间工程也只是时间迟早的问题。

至于俄罗斯,要巨型火箭根本就不是问题,而且随着俄罗斯经济与政治局势的“可以遇见性”大为增强。乘美国刮起重返月球的东风再来一次载人登月尝试也是可以设想的。因此高凉陈君认为在2025年前后全球将会掀起一波远比阿波罗时代要庞大得多,而且持续时间也要漫长得多的载人登月狂潮。大国间或者联合、或者单独都会纷纷向载人登月工程发起冲击。面对这种局面,作为人类空间五巨头之一的中国根本无法置身事外、不闻不问。这可是一个重大的政治问题,只要中国还想作为一个大国立足于地球,中国就必须要对这一波载人登月狂潮作出“有力”的回应,道理就如同正常的男人(所以说做男人很累,做大国也同样很累,很多小国可以不闻不问的事大国就绝对不能。实力有差距就要有所为有所不为,但绝对不能一切无所作为)就必须要找老婆一样。否则的话就会严重动摇中国在未来人类文明史中的核心基石定位。今天离2025年还有18年的时间,如果现在立即上马研制360吨级液氧煤油发动机,在未来十年内可以搞得出来,之后再用三、五年时间发展成熟。再投入于研制巨型火箭,可以确保赶在2025年前后搞出巨型火箭。一旦如此,中国就要主动得多,要上马接着搞载人登月工程,手中已有关键王牌;迟点搞载人登月工程,又由于拥有了巨型火箭,也没有人能够怀疑中国的实力与全球地位。道理如是雄狮的就要有一头长毛(流浪公狮没有地盘但也长有长毛),而没有长毛的狮子就绝对不是雄狮的道理是一样的;谁叫中国天生就是一个世界大国呢。  

       但是如果今天中国政府还不作出立即上马研制360吨液氧煤油发动机的决策,一旦时间拖到2015年之后再作出决定就要非常被动了。原因就在于巨型火箭发动机的研制周期很长,即使是冷战高峰期处于全国总动员状态的美国在搞土星五号火箭的F1发动机时也花费了好几年才获得成功。尽管今天人类的材料技术、工程设计与工业制造能力要比阿波罗时代提高不少。但由于已经没有冷战时期所存在的巨大政治压力,中国政府在研制360吨液氧煤油发动机时已经无法如美国政府在研制土星火箭那样获得近乎无限的实时财政、人力、物力与工程技术支持。因此研制周期必然要比土星五号火箭的F1发动机要漫长得多,甚至要分阶段进行(当年长征三号甲火箭的研制就走走停停搞了八年多),遇上技术难关还得等到有钱支持之后才能进行攻关试验。因此从现在开始上马研制,到2025年时间虽然还很长,但具体到工程项目的实际研究与及受相关预算额度(将整个工程预算分15年期限划拨,即使总额300亿人民币每年也不过20亿)的限制,综合计算起来时间周期也是仅仅够用而已。事实上中国现在的120吨液氧煤油发动机的研制周期(从蓝图具体构思开始)就已经长达十几年,到现在还在不停地试车,难度可见真的不是一般的大。主要原因就因为中国是在“补课”,谁叫人家美国、俄罗斯、日本与及欧洲早的在冷战时期,最迟的也在二十世纪晚期就已经完成了我们因为种种原因才拖至今天执行的这一系列工程呢?!这也是没有办法的事。事实上欧洲的火神、日本的LE7(包括改进型)的研制过程也很累,也很费周折。前前后后也用了十几年时间,耗费了几十亿美元,欧洲的火神低温发动机现在还在不停地改进完善之中,这就是“大国之累”最佳的经典例子。

本文发表的历史更为遥远,写于遥远的2008年之前,同样来自于《高凉陈君文集精选》第605页。当年高凉陈君提出的中国必须研制的360吨级煤油发动机就是大单室的高压补燃煤油机设计方案。

事实上本文在超级大本营论坛发表之时,就有资深读者认为推力达360吨级的大单室高压补燃煤油发动机的研制技术难度实在太大了,如果能够研制成功绝对就是领先全球的顶级煤油火箭发动机。

当年太空探索公司的猎鹰9火箭还安全没有踪影,但高凉陈君从11年前开始就主张中国搞巨型煤油发动机就必须要走大单室的技术演进路径了。

我当时如此坚持的核心原因就是认定研制大单室煤油发动机“有足够的技术挑战性”,而且美国人在阿波罗时代研制土星五火箭时所用的F1巨型煤油机就已经成功攻克了大单室煤油发动机技术,因此“中国没有理由不行”。

遗憾的是后来中国六院研制YF460煤油发动机时,却依然选择了RD180的双室方案。这在可重复使用火箭时代就明显带来了主芯级发动机难以布局的巨大麻烦。因此高凉陈君也提出了必须研制改进型“喷管缩小版”的YF460煤油发动机的设想计划。

一句话,高凉陈君对中国载人登月工程思考研究远远超出一般人的想象之外,所带来的广泛历史影响力也是非常深远的(如著名的中间运力型火箭概念)。

而且高凉陈君关于载人登月的这一系列评论在互联网上的流传也极其广泛,各式各样的转载不计其数,100年后都注定还会有人反复回忆提起高凉陈君的某些思想与观点。因此也不是现在的某些人与某些势力想“无视”就能够无视得了的。
高凉陈君关于载人登月的研究思想成果现在就是一座大山摆在那里了,你可以视而不见,但它在未来漫长的历史岁月中却始终都会存在着。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-26 19:08 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
YF460煤油发动机是为长征九号火箭而研制的配套产物,这是勿容置疑的事情。

现在最大的困难是如何在10米直径的长征九号火箭主芯级里布置7台(或者9台)YF460双室版巨型煤油发动机,以让长征九号火箭主芯级真正具备可重复使用的未来升级改进潜力。

现在这个问题想起来就非常让人头痛。

当然,如果国家能够咬咬牙下决心正式上马研制推力高达460吨的大单室高压补燃巨型煤油发动机就再好不过。

目前人类真正研制成功,并投入使用的大单室火箭发动机。第一名的是F1煤油发动机(推力670吨),第二名的是RS68氢氧发动机(推力330吨),第三,第四则是BE4甲烷发动机与AR1煤油发动机(推力250吨),通通都是美国人的产业。

很显然,大单室火箭发动机在可重复使用火箭主芯级上的布局方便性是明确无误地存在的。


因此,如果中国末来能够搞出个推力高达460吨的大单室高压补燃煤油发动机,其在人类航天史的深远意义什么说也不为过了。



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 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-3-26 19:12 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
AR1未来恐怕不会投入使用了,列入有误,特此删去。
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