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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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hyperion 发表于 2019-6-25 12:32 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
郭夫子 发表于 2019-6-25 12:11
8发并联直径要5.8米,9发得6米以上,现有设施设备都用不了。

像早期F9一样上九发棋盘布局,是不是尺寸(算边长而非对角线)就小了?
郭夫子 发表于 2019-6-25 12:54 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-6-25 12:32
像早期F9一样上九发棋盘布局,是不是尺寸(算边长而非对角线)就小了?

9发5米径的话,箭体长度就很难控制了。
hyperion 发表于 2019-6-25 12:56 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
郭夫子 发表于 2019-6-25 12:54
9发5米径的话,箭体长度就很难控制了。

参考3.7m的F9,九发921也不过分长吧?
1134615818 发表于 2019-6-25 13:07 | 显示全部楼层
能不能象重鹰那样发动机是机盖大一点的,,,,
郭夫子 发表于 2019-6-25 13:33 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-6-25 12:56
参考3.7m的F9,九发921也不过分长吧?

F9长径比接近20,差不多到极限了。
hyperion 发表于 2019-6-25 13:54 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
郭夫子 发表于 2019-6-25 13:33
F9长径比接近20,差不多到极限了。

按长径比放大的话,那么细长的921能达到1200t了。但实际上九发也就八百吨不到呗,长径比应该不到15吧
1134615818 发表于 2019-6-25 15:11 | 显示全部楼层
是罗,为什么不能九发,,高良君可以聊下这个,,对这个有何见解
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-6-25 15:53 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
祝贺马斯克先生的猎鹰9H火箭3号机发射再次获得成功。

这也明确证明人类的猎鹰9H与921H重型火箭技术发展路径己经完全走通了。

历史影响将极其深远。

还有,采用猎鹰9/921构型设计方案路径的火箭,具体是选择5芯方案,7芯方案还是9芯方案,都仅仅只是个”技术性问题”。


而技术性问题是没有必要去钻牛角尖的。





郭夫子 发表于 2019-6-25 16:05 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
这世界上就没有猎鹰9H这种叫法,要么是猎鹰重型要么是Falcon Heavy,简称FH。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-6-25 16:11 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
未来随着走猎鹰9与921构型技术路径的火箭的流行,11芯,13芯乃至15芯的火箭都有可能会出现。

但主芯级并联发动机的数量始终都会有一个“边际上限”。当年原苏联的N1火箭就是30芯的,结果玩蛋了。现在马斯克先生旗下的BFr巨型火箭就再次去挑战30芯的火箭设计方案。

反正现在有马斯克先生在前面趟地雷,做免费的开路先锋,外人只要好好观察就可以。

至于以后BFr是否会先锋变先烈,外人就不必去管了。

郭夫子 发表于 2019-6-25 16:14 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
请先把“芯”和“发”分清楚,再来表演。
ssizz 发表于 2019-6-25 20:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-6-25 13:54
按长径比放大的话,那么细长的921能达到1200t了。但实际上九发也就八百吨不到呗,长径比应该不到15吧

八百吨不到,那还硬塞9台干嘛?
hyperion 发表于 2019-6-26 05:45 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2019-6-25 20:27
八百吨不到,那还硬塞9台干嘛?

不是说九台YF100吗?推力120t*9
outman 发表于 2019-6-26 08:13 | 显示全部楼层
1134615818 发表于 2019-6-25 15:11
是罗,为什么不能九发,,高良君可以聊下这个,,对这个有何见解

估计还是怕坏发动机,9发单发损坏可能也没法接受。那就干脆7发保证不坏好了
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outman 发表于 2019-6-26 08:13 | 显示全部楼层
1134615818 发表于 2019-6-25 15:11
是罗,为什么不能九发,,高良君可以聊下这个,,对这个有何见解

估计还是怕坏发动机,9发单发损坏可能也没法接受。那就干脆7发保证不坏好了
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-6-26 08:52 | 显示全部楼层
第十九章  YF77与YF100的使用潜力必须挖干榨尽

未来中国LEO运力50吨以下的区间有YF100与YF77发动机在手,只要充分挖掘使用潜力就完全能够填满。因此中国即使从现在开始就实施载人登月工程,研制500吨级的巨型煤油发动机也不是最为急迫的任务。没有500吨级液体发动机中国也一样能够先行实施载人环月工程。研制500吨级发动机完全可以等到驻月任务阶段再研制,那时间什么也要到2030年以后了。与之相反,500吨级与1000吨级大固体燃料发动机研制比较容易,中国研制来做长五超级版火箭的助推器倒比较有必要。YF100是一款好发动机,就象俄罗斯的RD170与RD180那样,持续用上50多年完全没有问题。中国一定要好好挖干榨尽他的使用潜力,千万别造成巨大的浪费。

第一节         月球轨道对接登月方案为研制超级版长五火箭提供了历史机遇

实施中国载人登月工程。月球轨道对接方案最好,载人飞船与登月舱各走各路,到达月球轨道后再会合对接。美国佬的新登月舱重达64吨,中国的最多重达25吨,超级长五火箭完全能够发射入环月轨道。中国的登月舱还是先搞掂有无的问题再说。实施载人登月工程根本不需要什么大理由,技术上水到渠成了,兴趣自然也就来了。这与饱食思淫欲是一个道理的。而且全球工业产能过剩越来越严重,地球上一直那么多人无事可干最后还是会出大乱子的。未来载人登月工程与载人登火星工程都是典型的就业工程。苏联的N1火箭的确是一个匆匆忙忙上马赶进度的产物,而且那个时代的先进材料,人工智能与精密工业生产技艺也远远没有今天的先进与成熟。如果N1火箭在今天生产,走CBC构型,研制成功还是有可能的。当然这就要看太空探索与轨道科学之类私营公司是否继续有兴趣这么搞。至于国家级大公司恐怕没有这样的胆量,也没有必要这么冒险,毕竟RD180、RD170、RS68与YF100等发动机的推力要比猎鹰火箭梅林发动机强大太多,起飞级使用12台就已经能够做很多的事了。而且还有重型固体燃料助推器这张王牌在手,选择余地大得很。而小公司只要能够省钱,“只有想不到的、没有不敢做的”,今天太空探索公司不就冒险成功了?!老实说,航天飞机退休后,ATK公司的日子也不好过,日后ATK的大固体燃料助推器生产线为了生存,向太空探索与轨道科学之类小公司的猎鹰9与金牛座等火箭提供重型助推器,以大幅度扩展运力区间来与质子、阿里安五与及EELV火箭抢市场也是完全有可能的。搞不好人类历史上第一款中间运力型火箭就会出自于太空探索之类小私人公司之手也未可知。

第二节  要赶载人登月工程进度研制1000吨级大固推可以考虑

500吨级固体助推器的研制难度可要比研制500吨级的液体发动机容易太多了。印度与欧洲就成功研制出了500多吨级的大固推。但RD180、RD170与F1之类的巨型液体发动机地球上只有俄罗斯与美国两国研制成功。印度的技术能力绝对不可能在俄罗斯之上,RD170、RD180的研制难度也绝对要比ATK的航天飞机级大固体燃料助推器的研制难度要大得多。因此,自有YF100与YF77发动机在手之后,今天的中国只要再搞出阿里安五级别的大固推,中国的载人登月工程在火箭问题上就不存在任何阻碍。因此,未来20年内中国要搞载人登月工程已经是万俱备只欠东风。

高凉陈君设想超级长五直径为7米只是个大概数据,最终结果与7米直径肯定有差距的。至于我为什么一再强调中国要研制LEO运力35吨至80吨区间的中间运力型火箭,关键就是处于这一运力区间的小巨型火箭在地球轨道发射任务中能够找到足够多的活干,而土星五级别的东西在地球轨道的发射用处不大,否则土星五与能源火箭也不会死得那么惨了。事实上使用9台YF100研制超级长五火箭主芯级,起飞级推力不过1080吨,LEO运力只有25吨左右,GTO运力也只有14吨左右。与阿里安五、EELV与质子非常接近,相差不大,因此商业适用范围很大,即使没有登月工程也“饿不死”。发射下通讯卫星等等也能够长久生存下来。而要再提升运载能力区间(即LEO60吨以上),只要再捆绑上不同数量与大小的(固体液体均可)助推器即可。运力区间的调节非常容易简便。月球轨道对接方案,最主要就是能够基于现成飞船与火箭平台立即着手上马进行。载人飞船与登月舱从地球到月球轨道都是各走各路,安全性也更具优势。至于月球轨道的对接难度,大不了可以研制月球数据中继卫星,这样信息的沟通就可以无缝进行。经济与技术难度也极低。而在政治上又可以立即见到成果,政治领导人与社会民众也非常容易接受,因为要花的钱也不多。这样做也会对美国、欧洲产生巨大竞争压力。至于月面登陆,有钱之后接着就进行;没有钱也可以先拖一拖。不必一开始就将摊子铺得太大,否则经济一旦出现危机,(阿波罗一站式)后继工程就不得不中止,这样将会前功尽弃,造成巨大的沉没成本与经济投资浪费。至于巨型500吨级发动机,研制时间周期至少10年以上。如果要等到它出现再上马载人登月工程,时间都到2025年之后了。但LEO运力50吨以下的火箭,基于YF100发动机与YF77发动机平台就可以立即着手上马研制。因此基于YF100与YF77研制超级长五火箭就叫做物尽其用、小步快跑,日后500吨煤油发动机研制成功再换发动机就是。更为重要的是如果中国LEO运力25至60吨区间的中间运力型火箭能够在2020年左右出现,将会有更多的时间来培养孕育这一新运力区间的载荷市场。如重型空间站舱段平台、重型通讯卫星与重型星际探测器等等。目前国际上火箭运力区间的极限是LEO25吨、GTO12吨。这个天花板越早打破就越早有利于全球空间工业的升级发展与人类深空探索新疆域的开拓扩展。如可以发射东风卡车般大小的火星车(5到10吨级)、月球车到火星月球上进行更大规模与更长距离的无人探索等。

第三节  市场需求是可以被创造的

如果中国、俄罗斯与美国有现成LEO运力高达50吨的火箭平台;中国、美国与俄罗斯的空间站舱段平台就必然是四、五十吨级别的,可是质子、EELV、航天飞机与长五运力目前只有20至25吨,因此目前空间站舱段平台的重量就只有20吨左右。而载人环月飞船的研制就更是如此。目前的质子、EELV、阿里安五、H2B与长五GTO运力最高只有14吨,发射环月飞船相当困难,但如果GTO运力一举提高到18吨以上,发射神舟级别的载人环月飞船就非常容易。重型通讯卫星与星际探测器就更是如此。由其是深空星际探测器。要花几年,甚至十几年时间才到达目标星球,但由于目前火箭运力过小,10吨级的重型星际探测器还没有研制过,如果卡西尼重达10吨以上,它所装备的雷达天线就可以做得更大,功率也更强,探测的结果当然就更优秀。还是一句话“世上本无路、走的人多了也就有了路”。人类LEO运载能力达50吨左右的中间运力型火箭的出现也是如此。当有一部分国家开始研制这一运力区间的火箭,其它的国家也会逐渐跟进的,而时间久了“市场”也会在不知不觉中就被培育出来。高凉陈君对这一前景充满信心。

总结

中国好不容易研制成功YF100与YF77这两款主力火箭发动机。因此无论如何都要想方设法将其使用潜力挖掘榨尽。目前有太空探索公司的猎鹰9火箭在前面“开路”。中国又没有太多的钱可投入空间事业。因此就更应该学习猎鹰9火箭的方案也并联9台YF100煤油发动机研制主芯级,使用两台YF77研制第二级,之后再捆绑不同数量的助推器,力求从此一劳永逸地将中国火箭的运力覆盖区间一举扩展到LEO运载能力60吨以上。老实说,只要化学能火箭技术未被淘汰,使用9台YF100研制主芯级(7米直径左右)的超级长五火箭从此一直用上100年都可以,毕竟联盟火箭也使用了50多年,而且煤油也是环保燃料。高凉陈君力主研制超级长五火箭,就是要打足够的提前量,因为这样做也用不了几个钱。至于中国何时上马载人登月工程倒不是重点要考虑的原因。

后记。

本章是专门回复热心读者DDEELL72的文章。DDEELL72兄也是一位热烈支持中国实施载人登月工程的读者。

陈天(高凉陈君)

2009,12,24(重新整理)


本文写于遥远的2009年。

当年就认为如果中国要走猎鹰9火箭的技术路径,也要搞9芯版本的重型可重复使用火箭,就要研制直径7米左右的新主芯级。而现在921火箭为了节省成本,只基于长征五号火箭的5米直径主芯级来研制,7芯版也就到比较合适了。

当然,如果欧洲未来搞的烃类燃料发动机的推力只有100到110吨区间的话,如果欧洲人再基于阿里安5火箭现在的5点4米直径主芯级来搞阿里安7火箭,恐怕就要搞11芯版本才能够“物尽其用”了。

美国猎鹰9火箭,主芯级直径3点66米,9芯设计方案。

中国921火箭,主芯级直径5米,7芯设计方案。

欧洲阿里安7火箭,如果发动机推力只有100吨左右,主芯级直径也维持阿里5、阿里安6火箭5点4米的传统不变,搞11芯的设计方案就很有希望了。
ssizz 发表于 2019-6-26 23:46 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-6-26 05:45
不是说九台YF100吗?推力120t*9

你追求接近1.4的起飞推重比?
小肉球 发表于 2019-6-27 03:29 | 显示全部楼层
红红火火恍恍惚惚刚看到这个
https://arstechnica.com/science/2019/06/europe-says-spacex-dominating-launch-vows-to-develop-falcon-9-like-rocket/

全篇高能看来欧洲人也要真香了。不过欧洲国家队也想在山寨F9之外搞一个PPT工程来拯救自己急剧贬值的逼格,俺觉得长9的难兄难弟很快就要车载斗量了




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小肉球 发表于 2019-6-27 03:47 | 显示全部楼层

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你说这些国家队,连犯傻的姿势都一模一样滴,连嘲讽都没有乐趣了
小肉球 发表于 2019-6-27 03:52 | 显示全部楼层
想起了祖布林老大爷常说的一句话
“You can not stop an idea whose time has come."
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