研製縮小版長徵五號火箭能夠極大增加中國空間發射任務的成功可靠性

2020-10-18 高涼陳君

研製縮小版長徵五號火箭能夠極大增加中國空間發射任務的成功可靠性

 

第一節,如果能夠將長徵五號火箭主芯級的YF77氫氧發動機的持續工作時間縮小為350秒左右,目前困擾長徵五號火箭復飛的一切難題就能夠立即迎刃而解。

 

高涼陳君認為今天己經有必要考慮將嫦娥五、嫦娥六無人探月採樣飛船分解為兩個部分,再分別使用2枚縮小版的長徵五號火箭來分別發射。之後再在月球軌道上對接,再來完成中國的月球無人取樣工程。

 

事實上美國人計劃之中的火星無人取樣工程就是拆分為幾部分,再分別使用幾枚火箭來發射的。而中國要將一艘嫦娥5號飛船拆分為2部分,也不過是僅僅要再添加上一個東方紅4號通訊衛星的推進艙的工作量而己。反正縮水版的長徵五號火箭的GTO運力也有10噸左右,LTO運力也有6噸左右。執行一次月面無人採樣工程也只要使用到2枚長徵五號火箭而已,貴極也不過是多花了2億美元,這點錢今天的中國還是能夠花得起的。否則如此旗艦任務一旦發射失敗,對中國航天事業的打擊就實在太大。

 

高涼陳君認為,基於嫦娥T1飛船的推進艙加大一下,再與取樣返回地球艙重新組合,這樣就足以單獨組成一艘新飛船,重量最多也只有6噸左右。而月球表面著陸取樣飛船則維持原樣,這樣重量也只有不足6噸。經過如此分解之後,最多推遲1年半時間,就可以實際執行任務了。這樣的方案其實也等於一次末來中國載人登月飛行的預演,歷史價值意義也非常巨大。

 

而目前的嫦娥五號無人取樣飛船所走的技術路徑卻還是阿波羅飛船的一站式過時方案,拋棄了其實也沒有什麼可惜的。

 

至於天宮空間站的核心艙與實驗艙的發射,則一律改進為使用2級半構型來發射,為此而研製升級加固版的YF75D氫氧上面級也在所不惜。

 

高涼陳君的意思非常明確,那就是不能夠再拿高價值旗艦空間任務來讓目前版本的長徵五號火箭隨便練手冒險了。由其是天宮空間站的1個核心艙與2個實驗艙,每個造價都在10億美元以上。一旦發射失敗,搞不好真的是會「出人命、出大事的」。不得不高度重視與慎之又慎。

 

第二節,必須充分認識全新火箭首發前10枚的風險性。

 

國際空間站的美國命運實驗艙、歐洲哥侖布實驗艙與日本希望實驗艙的造價都達20億美元。因此高價值載荷一旦發射失敗,後果完全不堪設想。與之相反,研製二級半的長徵五號火箭來執行發射LEO軌道的任務,所花的那十億、八億人民幣不過是毛毛雨。而且YF75D氫氧發動機也經過了實際的飛行發射。因此未來何去何從,就只有「識時務者為俊傑」了。

 

阿里安5H2與長徵五號都是三種研製發展歷程非常相似的火箭。因此前10枚火箭發射出現這樣那樣的問題都可以理解。

 

問題的關鍵是阿里安5H2系列火箭的前10枚所發射的載荷都是些科學試驗衛星、氣象衛星與通訊衛星之類的低價值載荷。因此即使失敗了所造成的綜合損失也都能夠接受。如阿里安5火箭首發的載荷就是四顆太陽風觀測科學衛星,最後失敗了就失敗了。日本的H2火箭也是如此(倒是後來重新研製的H2A火箭首飛發射失敗,損失的偵察衛星才更貴點)。

 

而中國的長徵五號火箭卻是一個例外,根據目前公布的前10枚長徵五號火箭的發射任務,除了己經損失掉的昂貴的東方紅五號試驗通訊衛星之外(價值高達50億人民幣以上),還包含嫦娥五號、嫦娥六號、天宮空間站核心艙、實驗艙1號、實驗艙2號、光學巡天艙與火星探測器這些「價值高到不能敗」,通通都高達10億美元以上的典型高價值載荷。

 

而縱觀全球航天發展史,在首發火箭前10枚內就安排如此之多高價值載荷發射任務的例子就只有美國的土星五號火箭與太空梭了。

 

第三節,必須增加研製56枚長徵五號試驗性火箭的採購預算。

 

這也是長徵五號遙2火箭的發射失敗之所以造成中國航天界乃至政府高層巨大震動的核心原因。也促進了現在「方方面面」的深入反思。

 

其實如果一開始就能夠認識到全新火箭的研製風險,技術目標降低點(即GTO定為10噸、LEO則用2級半方案來發射執行),並額外列編56枚技術試驗箭的採購預算,那怕就象美國的獵鷹9H火箭那樣用來發射汽車也無所謂,這也遠遠比現在牽一髮而動全身,騎虎難下要好得多。

 

一句話,從一開始方方面面都低估了長徵五號火箭的研製難度,都有點冒進了。這也是必須深入反思的教訓方面。

 

高涼陳君認為,即使長徵五號遙3火箭的發射一切順利完美,中國都必須再為長徵五號火箭準備至少5發的低價值載荷發射任務。如發射下東方紅四號平臺的商業通訊衛星與高校、企業科學試驗衛星之類東西,一切都完善成功之後,才能夠安排用於發射嫦娥五號無人月球取樣飛船與天宮空間站的核心艙之類的高價值載荷任務。

 

這也是高涼陳君認為目前計劃中的天宮空間站核心艙與嫦娥五號、火星探測器發射日期都必須推遲23年的核心原因。而再安排56枚長徵五號火箭「試驗箭」發射任務,按每枚火箭價值2億美元來計算,也不過僅僅多花了1012億美元而己。肉最後也一樣爛在中國自己的公司裡,就權當是增加國家GDP就了事。

 

事實上當年921工程時,神舟載人飛船也是發射了好幾艘試驗飛船再執行載人任務的。美國的阿特拉斯5火箭在初始投入使用時,也是發射過歐洲的熱鳥商業通訊衛星的。因此,高涼陳君認為在長徵五號遙8至遙10之前,都不應該再安排高價值載荷的發射任務了。反正目前的長三乙火箭也正直「壯年時期」,國家重要空間任務能夠讓長三乙火箭來發射的都要改為讓長三乙火箭來發射。

 

至於「一般性」的衛星則改為使用長徵五號火箭來發射,按每年23發的頻率,最多2年左右時間就能夠發射完這56枚「技術試驗性火箭」。

 

一句話,研製長徵五號火箭真的要花費很多的錢。參考歐洲阿里安5火箭的研製進程,至少100億美元投資絕對跑不了。因此方方面面都必須要有心理準備,否則絕對欲速而不達。

 

總結,其實長徵五號火箭已經能夠「堪用、能用」了。

 

其實到目前為止,長徵五號火箭的研製收穫成果也是非常豐富的,起碼5米直徑的新主芯級已經研製成功(與之相反,現在的俄羅斯只有「死啃」質子火箭遺留的41米直徑主芯級箭體了),氣動布局與新的火箭控制軟體也都經過實際發射的考驗。現在最大的卡脖子困難就只有YF77氫氧發動機而己。

 

但只有肯主動降低YF77的持續工作時間,要實現GTO運力910噸的水平也是非常容易的事。而有GTO運力910噸的水平,也比宇宙神551、質子、天頂與H2B火箭都要強大,運力也就僅僅次於阿里安5、德爾塔4H與獵鷹9H火箭而已。

 

但長徵五號火箭的復飛再也不能久拖不決了,火箭只有經過實際飛行才能夠真正發現問題、進而改進問題,並得以持續迭代進化成熟。這也是高涼陳君堅決主張要再多研製56枚長徵五號「試驗箭」的核心根源。那怕就用於發射汽車又如何?!不迅速增加長徵五號火箭的發射頻率,長徵五號火箭的成熟時間只會越推越遲。這也是高涼陳君堅決認為研製長徵五號火箭必須花費上100億美元的核心原因

 

再也不能想著扣扣索索少花錢了,長徵五號火箭的研製必須有進無退,那怕最後研製出的火箭是GTO運力僅僅只有10噸的縮水版火箭,也至少「堪用、能用」,並能夠為新5米直徑主力火箭的從容研製,掙到至少10年的「戰略迴旋時間」。

 

經過長徵五號遙2火箭發射失敗的深刻教訓後,高涼陳君認為中國YF77氫氧發動機的地面試車成熟標準必須上升為地面試車累積時間至少達10萬秒,而且地面長程試車檢驗考核通過時間也必須提高到至少1500秒的嚴格程度。因為冷戰時代的神器SSME、火神1RD0120氫氧發動機都達到、甚至遠超這樣的考核研製標準要求了,中國的YF77氫氧發動機沒有任何的理由能夠例外。

 

而且絕對「吃透、研透」YF77氫氧發動機,對未來中國空間事業的順利發展進步的價值也要遠遠超過盲目上馬YF220氫氧發動機。因為目前推力只有區區的75噸級的YF20肼燃料發動機也一樣能夠撐起中國空間發射任務的整個天空,長徵二號、長徵三號火箭家族的發射成功率也能夠讓國家寄以厚望與重託。

 

因此如何才能夠將YF77氫氧發動機真正打造成為YF20式的「高可靠性主力中堅發動機」才是未來幾十年內北京11所的最重要「國家戰略任務」。

 

高涼陳君堅決反對盲目上馬研製YF220巨型氫氧發動機。國家有多餘的錢,必須先讓YF77氫氫發動機在地面上燒夠150000秒的積累試車時間,再通過1500秒、乃至2000秒的地面長程試車考核再說。

高涼陳君認為「絕對吃透、研透」一款主力氫氧發動機的價值要遠遠超過盲目胡亂上馬眾多的新發動機項目。因為在美國,儘管歷年來研製的氫氧發動機有J2SSMERS68RL10RL60J2X,但最後能夠長時間「真正大用」的主力氫氧發動機也只有RL10這一款上面級氫氧發動機而已。今天SSMERS68氫氧發動機的逐漸邊緣化的命運結局已經非常清晰了。

 

陳天(高涼陳君)

 

2018-11-23

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