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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【“重型獵鷹”火箭發(fā)射成功,引發(fā)全球熱議,雖然芯級回收失敗,但從助推器回收,到戲劇感十足的特斯拉跑車載荷,確實看點很多。從技術(shù)上講,它的優(yōu)缺點在哪里?以下這篇觀察者網(wǎng)專欄作者徐令予的文章對此作了分析。原文作于火箭發(fā)射前,發(fā)射后作者又發(fā)來了他最新的感想:
這幾年來遭受了太多憋屈的美國人民太需要正能量了,“重型獵鷹”首飛成功無疑來得非常及時,美國媒體的歡呼聲為此做了最好的注解。但是從航天技術(shù)角度來看,用27只火箭引擎送一部小車到繞日軌道上,這種成功更多的是作秀,它一點也改變不了國家的航天事業(yè)的態(tài)勢。因為“重型獵鷹”仍然無法承擔起重登月球和征服火星的重任。關(guān)于這一點馬斯克非常清楚,他在“重型獵鷹”發(fā)射前后多次強調(diào),載人登月和火星之旅不會用“重型獵鷹”,他把希望押在BFR(非正式名:Big Falcon Rocket)。
所以真正的好戲還在后面,我更看好長征五號,因為它有比“重型獵鷹”更好更強的火箭引擎。在“重型獵鷹”發(fā)射成功后的記者招待會上,馬斯克意氣奮發(fā)地宣告:“We want a new space race. Races are exciting.”(我們歡迎新的太空競賽,競賽使人振奮。)這話我估計也是說給中國人聽的。】
這幾天美國媒體的視線聚集在肯尼迪航天中心的39A發(fā)射工位上,矗立在這里的SpaceX的“重型獵鷹”超級重型運載火箭把首飛的零時定在了美國東部時間2月6號1:30PM??夏岬现行牡?9A發(fā)射工位是個有著許多故事的地方,阿波羅計劃載人登月的所有土星五號全部在這里發(fā)射升空,這里曾是美國夢升起的地方。SpaceX選擇這里作為他的“重型獵鷹”的處女航意味深遠。
“火箭無法進入軌道的可能性很大,我希望它能夠遠離發(fā)射臺,不會造成發(fā)射臺損壞,說實話,我甚至認為只要能如此也是一場勝利?!盨paceX的CEO馬斯克的這個表白不只是偉大的謙虛,更可能是深深的無奈。重型獵鷹能否重振美國航天的榮光還真是一個大問號。
重型獵鷹說白了就是三支獵鷹9捆綁在一起。它的核心是一枚獵鷹9,另外再把兩架獵鷹9的第一級作為助推器。所以重型獵鷹的第一級就有3x9=27枚“梅林-1D”液氧煤油引擎,在起飛階段,將有多達27枚“梅林-1D”引擎同時工作。這種構(gòu)型使得重型獵鷹成為自蘇聯(lián)時代N1超級火箭以來,起飛級引擎總數(shù)最多的一款火箭。蘇聯(lián)超級火箭N1正是受30臺引擎的拖累而連連失敗,最后葬送了蘇聯(lián)的登月計劃。
“前車之覆,后車之鑒?!碧K聯(lián)N1血的教訓SpaceX不會不知道,只是實在也沒有什么其它辦法,“沒有金剛鉆,硬攬瓷器活?!盨paceX造不出大推力火箭引擎,手里只有推力100噸都不足的“梅林-1D”引擎。為提高總推力只能捆綁27枚“梅林-1D”引擎來湊數(shù)。
捆綁大量低推力引擎實乃火箭工程中的下下策,其負面因素是多方面的有些甚至是致命的。捆綁不成夫妻,同樣道理捆綁大量引擎打造不出大推力重型火箭,這個道理實際上是很容易理解的,否則你我都可以買成千上萬只“串天”捆綁起來去月球轉(zhuǎn)一圈了,這天下能有如此好事嗎?
捆綁大量引擎會使火箭效率降低。因為每只引擎都有許多的零部件,捆綁許多的引擎必然是大量零部件的重復(fù)堆砌,火箭自重必然增加從而導(dǎo)致推重比下降,降低了火箭的工作效率。
另外,并聯(lián)工作的引擎數(shù)量越多,引擎發(fā)生故障的概率就越大,運載火箭飛行中,一旦出現(xiàn)單臺或者多臺引擎故障,就會面臨推力不足或推力不平衡等問題,有可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。吸取蘇聯(lián)N1火箭的教訓,航天界有一個不成文的規(guī)則:火箭第一級加助推級的引擎總數(shù)不能太多,最好不超過10臺。以中國長征系列火箭為例,長征2E/F、長征3B都是8臺發(fā)動機,而長征5號則是10臺,逼近安全上限了。事實上,目前世界各國研制的各型火箭大致都遵守這個潛規(guī)則,只有SpaceX的重型獵鷹火箭反其道而行之。
與其說馬斯克有造反精神,還不如說他作為資本家對市場利益有著比狗還要敏銳的嗅覺。馬斯克感覺到了美國重型運載市場有著難得的好機遇。自七十年代阿波羅計劃煙消云散后,美國航天界是刀槍入庫、馬放南山,幾十年中就沒有一枚像樣的超級重型運載火箭。進入二十一世紀后,眼看中國的航天事業(yè)天天向上,邁向月球的腳步聲越來越清晰有力。受到中國的刺激,美國決定要征服火星或重登月球,重顯世界老大的威風。問題是政客們可以在網(wǎng)頁上用PPT登月,NASA沒有超級重型火箭怎樣實施登月。于是馬斯克看到了機會。
2011年,這位SpaceX首席執(zhí)行官馬斯克首次在華盛頓特區(qū)的國家新聞俱樂部鄭重宣布:他們的重型獵鷹能提供更多有效載荷和更高逃逸速度,這是一枚土星V型退役以來世界上從未有過的超級重型火箭。有道是“世無英雄,遂使豎子成名”。
按2011年提出的最初時間表,重型獵鷹將于2012年底之前將抵達SpaceX西海岸發(fā)射地點——加利福尼亞州范登堡空軍基地。首次發(fā)射將于2013年進行,而卡納維拉爾角的首次發(fā)射將于2013年底或2014年進行。但到2015年中,由于獵鷹9試飛失敗而導(dǎo)致重型獵鷹首次發(fā)射推遲到2016年底。設(shè)計一改再改,計劃一延再延,馬斯克他們是踢到了鐵板,中間的辛酸也只有他們心知肚明。
“事后方知重型獵鷹(的制造)比我們想象的要難得多……其中的難度遠遠超出我們原先的設(shè)想,我們實在過于幼稚了?!边@是馬斯克的原話。說實話,要重起爐灶設(shè)計制造一枚新的超重型火箭本非易事,而要在去工業(yè)化的今日美國實施此計劃更是難上加難。理想很豐滿,但現(xiàn)實很殘酷。
重型獵鷹制造計劃一波三折、幾經(jīng)磨難,今天終于走上了發(fā)射臺整裝待發(fā),應(yīng)該說也還是非常不容易。但是仔細分析一下這枚所謂的超重型火箭的各項性能指標,不得不讓人扼腕嘆息。
讓我們先從時間軸上作個前后對比,表一顯示了重型獵鷹與五十年前土星五號的主要性能指標。數(shù)字顯示土星五號身強力壯,力壓重型獵鷹,土星的第一級只用了5只引擎發(fā)出的總推力超過后者27只引擎近1.5倍!土星五號的運載能力是重型獵鷹的3倍。僅從性能來看,土星五號完勝重型獵鷹,事實上兩者幾乎就沒有可比性。
表一
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- 責任編輯:孫武
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