系统化考虑空间应用和火箭:空间站、登月、太空望远镜及 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 02:47:38
一、关于登月的全面思考
   登月始终是中国人的一个梦想,相信很多航天人和喜欢航天的人,都会梦想着登月时如何如何。不过,登月是个很大的事,不得不冷静慎重考虑,全面衡量登月的好处与坏处:
(一)、登月的好处
  1、民族自豪感
     可以想象,登月成功后民族自豪感一定非常高涨,这种攀登科技高峰的举动一定会让整个世界都刮目相看,作为国人也一定是倍有“面子”。名族自豪感这个东西不能小视,对外打交道,自己做事情,都需要这个。君不见,这么多年我们其实很缺民族自豪感,包括许多崇洋媚外的事情,其根子上都能与民族自豪感挂上钩。
  2、促进科技发展
     人们往往谈论阿波罗登月的耗费,而没有注意阿波罗登月时广泛研究所带来的促进作用,说句实在话,如果没有当时的那种投资,许多东西的问世要迟滞很多年,人类正是通过这种看似浪费的行为在大踏步前进,所以不能低估这个促进作用。
  3、错过航海时代、错过新大陆发现,不能错过太空探测
   虽然短期内仍然难以看到登月能够带来多少实际利益,但如果不准备,当真的发现什么时,那是要去获得,已经为时已晚。历史上这类事情很多,这里就说了。
(二)、登月的坏处
  登月的坏处主要是经济上获益不大,在未来相当长时间内,登月的获益的确难以看出有多大,即便是为了新能源,在核聚变没有突破之前,仍然看不到更多的收益。这也就是美国上世纪登月活动的终止和新返月计划被否的最重要的原因吧。
   其实,深入分析美国在上世纪登月,那是纯粹为了盖过冷战对手的登月,为为了登月而登月,从开始就没有把经济性考虑在其中,必然会后后续的结果。
(三)、该如何安排登月
   月不登不行,不登损失太大,但像美国在上世纪那样的狂登月也不行,一定是登得要有价值,要有收获,是带有阶梯型和目标登月,这样才能既带动科技推动,同时兼顾了经济性,让整个登月有坚实的有益的基础,能够提升民族自豪感,也不会在未来太空大发现时错过时机。

二、应该有全面的系统的太空计划

   将登月当做一件单独的事情来考虑,仍然不足以提升经济性,让人有浪费之嫌。登月本来就是太空探索的一部分,那么就应该全面的考虑。那么如何全面考虑,首先要改变一些观念:
(一)、太空站应该是个大平台,可以融合很多应用
    太空站建设本身是可以融合很多应用,尤其是对宇宙和对地球的探测,像太空望远镜、对地大型光学望远镜和合成孔径雷达,这些亦军亦民的应用,本身可以借助太空站来建设,也便于今后的维护和改进。这些东西融合在一起后,绝对比当前分开建设的方式更为有利。经济性更好。
(二)、零散的小规模发射并不可取
   国际空间站建设可谓耗资巨大而耗时长远,但效果却不是很好。这方面有建设方案选择方面的原因,也有许多建设并不能真正共享有关。国际空间站实在是拆的太散了,如果将许多东西融合在一起,并不见得一定要耗费那么长时间和金钱。
(三)、应该将登月与太空站建设一起考虑
    将太空站建设和登月分开考虑,其结果将是登月用的巨型火箭用途不大,而太空站建设发射次数将会太多,也不能起到搭建一个平台的作用。将这两者合二为一来考虑,那么整体的投入回报将会很好。


三、具体的建议:

(一)以我为主,吸引其他国家参与,进行200吨太空站平台建设
  将太空站作为平台来考虑,融合对宇宙、对地探测和微重力环境试验环境等结合起来,采用大舱室建设手段,这样将会减少火箭发射次数、缩短建站时间,减少建设费用,提高投资回报率。
  目前国际空间站是400吨级别,从建设周期和实际使用效果来看,未必经济妥当。但是如果建设100吨级别,那就显得有点小,并不能满足融合了多种应用的需要。所以选择200吨级别比较适当。由于采用大仓室,其有效内部空间未必不如目前国际空间站。
   吸引他国参与,初期基本上能是吸引除目前参与国际空间站的其他第三世界国家的经济稍强的国家和乌克兰等,形象意义大于实质。未来可能会吸引巴西这样的国家等,只要去做并能够提供一定条件,是能够获得一些参与者的。但是不要依靠他人,要以我为主。
(二)、登月先无人,再有人
  目前看,在科技无法突破情况下,送人上月球是没有必要的,将人和科学仪器之类的搬上月球和讲月球上的研究物质送到地球研究相比,估计还是送回来更可取,所以在没有必要情况下,人是无需上去的。
  当然有人方式也需要尝试,但只要有2-3次的经验积累即可,这是为今后能够打基础。
(三)研制2000吨级别的火箭和配套发动机
  在无人方式下探测,那么能够满足一次登月的3000吨级别的火箭就没有必要研制,但发动机需要研制。
  从满足太空站平台的大舱室建设角度来看,低轨道运载能力应该达到50吨级别是比较合适,这需要大约是2000吨的火箭。
  考虑到现实,选择500吨级别的发动机或许更合适:500吨火箭可以从目前的120吨YF-100通过类似RD-170的共用燃料泵的方式发展而来,可以利用现有的试车台,需要突破的是大型燃料泵。未来机会合适时,可以发展单室500吨方式,也可以像RD-170那样通过更改泵和减少喷管数量来形成推力系列,提供灵活的推力。
   利用当前5米直径,500吨发动机可以组成1000/1500/2000吨的起飞推力火箭,满足太空站和大型卫星的发射。通过开发新的大直径芯级,可以拓展出一次登月大火箭。在经过充分使用后,500吨发动机也可以通过提升材料性能和工作参数,将推力拓展到600吨甚至更高,这样避免像F1火箭发动机那种耗费大量煤油的试车,即相当于把许多试车放在实际发射中,从而降低整个投入费用。

四、总结

  合适的目标,综合的考虑,将会大大提升投资回报和效率。

  真正走自己的路,真正的屹立于世界民族之林,真正的对世界有贡献,真正的让国人能够平视国际豪强。一、关于登月的全面思考
   登月始终是中国人的一个梦想,相信很多航天人和喜欢航天的人,都会梦想着登月时如何如何。不过,登月是个很大的事,不得不冷静慎重考虑,全面衡量登月的好处与坏处:
(一)、登月的好处
  1、民族自豪感
     可以想象,登月成功后民族自豪感一定非常高涨,这种攀登科技高峰的举动一定会让整个世界都刮目相看,作为国人也一定是倍有“面子”。名族自豪感这个东西不能小视,对外打交道,自己做事情,都需要这个。君不见,这么多年我们其实很缺民族自豪感,包括许多崇洋媚外的事情,其根子上都能与民族自豪感挂上钩。
  2、促进科技发展
     人们往往谈论阿波罗登月的耗费,而没有注意阿波罗登月时广泛研究所带来的促进作用,说句实在话,如果没有当时的那种投资,许多东西的问世要迟滞很多年,人类正是通过这种看似浪费的行为在大踏步前进,所以不能低估这个促进作用。
  3、错过航海时代、错过新大陆发现,不能错过太空探测
   虽然短期内仍然难以看到登月能够带来多少实际利益,但如果不准备,当真的发现什么时,那是要去获得,已经为时已晚。历史上这类事情很多,这里就说了。
(二)、登月的坏处
  登月的坏处主要是经济上获益不大,在未来相当长时间内,登月的获益的确难以看出有多大,即便是为了新能源,在核聚变没有突破之前,仍然看不到更多的收益。这也就是美国上世纪登月活动的终止和新返月计划被否的最重要的原因吧。
   其实,深入分析美国在上世纪登月,那是纯粹为了盖过冷战对手的登月,为为了登月而登月,从开始就没有把经济性考虑在其中,必然会后后续的结果。
(三)、该如何安排登月
   月不登不行,不登损失太大,但像美国在上世纪那样的狂登月也不行,一定是登得要有价值,要有收获,是带有阶梯型和目标登月,这样才能既带动科技推动,同时兼顾了经济性,让整个登月有坚实的有益的基础,能够提升民族自豪感,也不会在未来太空大发现时错过时机。

二、应该有全面的系统的太空计划

   将登月当做一件单独的事情来考虑,仍然不足以提升经济性,让人有浪费之嫌。登月本来就是太空探索的一部分,那么就应该全面的考虑。那么如何全面考虑,首先要改变一些观念:
(一)、太空站应该是个大平台,可以融合很多应用
    太空站建设本身是可以融合很多应用,尤其是对宇宙和对地球的探测,像太空望远镜、对地大型光学望远镜和合成孔径雷达,这些亦军亦民的应用,本身可以借助太空站来建设,也便于今后的维护和改进。这些东西融合在一起后,绝对比当前分开建设的方式更为有利。经济性更好。
(二)、零散的小规模发射并不可取
   国际空间站建设可谓耗资巨大而耗时长远,但效果却不是很好。这方面有建设方案选择方面的原因,也有许多建设并不能真正共享有关。国际空间站实在是拆的太散了,如果将许多东西融合在一起,并不见得一定要耗费那么长时间和金钱。
(三)、应该将登月与太空站建设一起考虑
    将太空站建设和登月分开考虑,其结果将是登月用的巨型火箭用途不大,而太空站建设发射次数将会太多,也不能起到搭建一个平台的作用。将这两者合二为一来考虑,那么整体的投入回报将会很好。


三、具体的建议:

(一)以我为主,吸引其他国家参与,进行200吨太空站平台建设
  将太空站作为平台来考虑,融合对宇宙、对地探测和微重力环境试验环境等结合起来,采用大舱室建设手段,这样将会减少火箭发射次数、缩短建站时间,减少建设费用,提高投资回报率。
  目前国际空间站是400吨级别,从建设周期和实际使用效果来看,未必经济妥当。但是如果建设100吨级别,那就显得有点小,并不能满足融合了多种应用的需要。所以选择200吨级别比较适当。由于采用大仓室,其有效内部空间未必不如目前国际空间站。
   吸引他国参与,初期基本上能是吸引除目前参与国际空间站的其他第三世界国家的经济稍强的国家和乌克兰等,形象意义大于实质。未来可能会吸引巴西这样的国家等,只要去做并能够提供一定条件,是能够获得一些参与者的。但是不要依靠他人,要以我为主。
(二)、登月先无人,再有人
  目前看,在科技无法突破情况下,送人上月球是没有必要的,将人和科学仪器之类的搬上月球和讲月球上的研究物质送到地球研究相比,估计还是送回来更可取,所以在没有必要情况下,人是无需上去的。
  当然有人方式也需要尝试,但只要有2-3次的经验积累即可,这是为今后能够打基础。
(三)研制2000吨级别的火箭和配套发动机
  在无人方式下探测,那么能够满足一次登月的3000吨级别的火箭就没有必要研制,但发动机需要研制。
  从满足太空站平台的大舱室建设角度来看,低轨道运载能力应该达到50吨级别是比较合适,这需要大约是2000吨的火箭。
  考虑到现实,选择500吨级别的发动机或许更合适:500吨火箭可以从目前的120吨YF-100通过类似RD-170的共用燃料泵的方式发展而来,可以利用现有的试车台,需要突破的是大型燃料泵。未来机会合适时,可以发展单室500吨方式,也可以像RD-170那样通过更改泵和减少喷管数量来形成推力系列,提供灵活的推力。
   利用当前5米直径,500吨发动机可以组成1000/1500/2000吨的起飞推力火箭,满足太空站和大型卫星的发射。通过开发新的大直径芯级,可以拓展出一次登月大火箭。在经过充分使用后,500吨发动机也可以通过提升材料性能和工作参数,将推力拓展到600吨甚至更高,这样避免像F1火箭发动机那种耗费大量煤油的试车,即相当于把许多试车放在实际发射中,从而降低整个投入费用。

四、总结

  合适的目标,综合的考虑,将会大大提升投资回报和效率。

  真正走自己的路,真正的屹立于世界民族之林,真正的对世界有贡献,真正的让国人能够平视国际豪强。
关于载人设备的设想

无论是登月还是往返太空站,都需要载人设备。目前的载人设备有宇宙飞船和航天飞机,但都有缺点:宇宙飞船返回载荷大,航天飞机载荷小,但复杂且不安全。

未来我们的200吨太空站,往返如果只用目前的神舟系列飞船的话,实在载荷能力太小,另外未来还期望普通科学家能够到太空站做实验,而非都要求宇航员来进行,那么降低返回冲击和能够运载较多物资的载人设备就是非常必要的。

当前许多地方都在追求杂交,我们何不把航天飞机和宇宙飞船杂交一下,做成有特色的载人往返设备:

带有大面积防热底的宇宙飞船:
WF.JPG

如上图所示,像航天飞机一样立起来发射,同时上面可以设置逃逸设备,避免挑战者号悲剧;在返回时,采用弹道式返回,由于重量小,放热大底面积大,返回阻力大,相应返回时间长,从而降低过载。

防热大底可以采用可更换式,即用过一次后就更换,然后整个宇宙飞船经过检测后重复使用。
2000吨级的火箭还是有点小,总体费用不比3000吨级的少多少,费效比可能不高,还是建议发展3000吨级火箭规模和费用与航天飞机差不多,美帝一年可以打5、6次,从技术延续性和经济性的角度考虑,中国每三年打一发还是承受得起的。载荷为百吨级空间站模块、大型月球无人实验室,大型火星实验室或其他深空探测器,
楼主原创贴,有新意。
每三年打一发,这全寿命大概也就10发左右……这分摊成本……

对于超级火箭用处少的问题,我的建议就是用模块化设计,在最大构型LEO100吨级别的同时,小构型在30吨左右,可以和长5衔接。30多吨的构型,GEO也就10多吨,打GEO那种5吨的大星,也就一箭3星,每年1、2发总是不成问题的。这就把研发费用分摊得比较低了。
浮岛 发表于 2010-10-27 09:29


    个人认为费用还是要小不少。

航天费有几大块,一个是研制费用,配套地面制造制造费用,空间站建设费用,一个是日常维护费用。

研制费用方面,2000吨的芯级可以采用当前5米直径技术,无需8米以上直径,故可以减少研制费用。
在配套地面制造费用方面,由于没有新的直径采用,所以制造建设费用也有所降低。
空间站建设发射费用方面,主要是火箭的费用,火箭费用主要看成本,成本中很大一块是发动机费用。2000吨发射两次的所用发动机的数量不见得比一次3000吨级别的多,基本上相当,或许稍微贵一些,但也仍然可以接受。从载荷角度来看,像对地、对宇宙观测的这种设备重量不会达到百吨级别,像哈勃望远镜是11吨,今后我们建设能够达到20吨就算很不错了,那么采用3000吨级别火箭去发射这样的载荷,是有点浪费。当然也可以将所有东西组合在一起发射,但那个失败的损失估计承受不起,另外也会影响整体进度。

在日常运行上,一个是日常补给,一个是往返运载人员和物资。日常补给目前国际空间站采用的是20吨的运载舱,包括试验仪器、水和食物补给、以及维持国际空间站轨道高度的燃料等,这个时候基本上是不会用到3000吨级别的火箭,但是,用1000吨级别的是可以的,可以采用芯级液氢/液氧,助推500吨的5米直径捆绑,这样可以方便的实现补给。

至于登月,俺认为应该是在太空站建设之后。可以将登月设备采用2000吨级别发射两次到太空站,在太空站实现组装,然后将宇航员发射到太空站,从太空站进入登月设备,然后脱离后登月。这样更灵活,登月也不那么紧张。太空站就成为登月的摆渡站。

至于在月球上的实验室,说句实在话,如果在太空站组装后登月,实验室的规模也可以很大,未必一定用3000吨级别的发射。如果以后认为有足够的量时,那个时候就可以再研制8米以上直径也未不完,与2000吨火箭也不冲突。
3000吨级的航天飞机,发射一次大约是人民币30多亿。

但是载荷比中国的长征系列大很多(算上航天飞机机体重量)

单位载荷的效率高

所以大火箭还是合算的
Chris_Tse 发表于 2010-10-27 10:58


    打个比方,如果每次运10吨货物,你是不会用集装箱卡车,因为那玩意能够拉20-30吨甚至更高,运费不划算。

航天飞机早期规划的很好,重复使用大量降低发射费用,实际上费用不低。

至于载荷均下来费用,采用火箭越大费用越低,但首先没有那么大载荷,其次如果失败那么大载荷损失也大,承受不起。
TSQ 发表于 2010-10-27 11:15


    嗯,你说的没错,事实如此

  我的说法是把航天飞机本身也当作载荷了的时候
白象化。一定要坚持住“登月、建站火箭都是载体,能完成符合时代战略要求的任务才是最重要的”。

打个比方:时髦的皮鞋绝对不比一双合脚的运动鞋更适合长征,当然不能否认做出时髦精细皮鞋的技术还是有掌握的必要
再完善一下载人宇宙飞船返回的办法。
在上面防热大底宇宙飞船的舱室两侧安装小型火箭发动机,推力不大,但可以长时间喷射,这样在降落到一定高度时,火箭启动,然后推动飞船向理想的着陆点飞行,至少应该飞离不便于水平着陆的地点。可能的情况下,还可以将降落伞搞成翼伞,这样就可以飞得更远,同时进一步降低着陆冲击。


5米直径,50吨氢氧机就够了,想提高运力,以后可以装两台500吨级的固体助推器啊

那样就足以满足25~50吨LEO的大型卫星和深空探测了

真正搞载人登月,我们这个年代搞,肯定没有意义去搞美国以前那样,一日游式的登月

要搞就是搞南极站那样,长期有人驻扎的,那肯定需要搞大推力发动机和大箭体才行。

而这类型的大运载火箭,也可以用来发射大舱体的空间站,非常好用。

而5米直径的,即使换上大推力发动机,加装大固推,因整流罩先天直径限制,也很难完成大体积的任务。

所以我觉得5米直径的箭体是基础,9米以上级别的箭体才是力图今后在科技领域有所作为的TG的发展方向,两个都不能忽略,也不太可能相互替代。

5米直径,50吨氢氧机就够了,想提高运力,以后可以装两台500吨级的固体助推器啊

那样就足以满足25~50吨LEO的大型卫星和深空探测了

真正搞载人登月,我们这个年代搞,肯定没有意义去搞美国以前那样,一日游式的登月

要搞就是搞南极站那样,长期有人驻扎的,那肯定需要搞大推力发动机和大箭体才行。

而这类型的大运载火箭,也可以用来发射大舱体的空间站,非常好用。

而5米直径的,即使换上大推力发动机,加装大固推,因整流罩先天直径限制,也很难完成大体积的任务。

所以我觉得5米直径的箭体是基础,9米以上级别的箭体才是力图今后在科技领域有所作为的TG的发展方向,两个都不能忽略,也不太可能相互替代。
Engine Model: USRM. Designer: Hercules. Gross Mass: 357,239 kg (787,577 lb). Empty Mass: 52,040 kg (114,720 lb). Propellants: Solid. Thrust(vac): 7,560.500 kN (1,699,668 lbf). Thrust(sl): 6,846.800 kN (1,539,222 lbf). Isp: 286 sec. Isp (sea level): 259 sec. Burn time: 140 sec. Diameter: 3.20 m (10.40 ft). Length: 33.54 m (110.03 ft). Chambers: 1. Country: USA. First Flight: 1997. Last Flight: 2005. Flown: 34.
美国大力神所用的固体助推器,重357吨,推力756吨,直径3,2米,长33,54米。


TG只要加把劲,造出直径3.35米,推力1000吨级的分段式固体助推器,那就很能活用现有的3个内陆发射场了。