中间运力型火箭的缺失再次重创美国NASA旗舰宇航项目

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 13:04:04


中间运力型火箭的缺失再次重创美国NASA旗舰宇航项目
       近日传来美国航天局已经投入巨资研制的韦伯望远镜由于进度一推再推,预算一再超支。现在已经被美国国会叫停。
      这是自星座登月工程被美国奥巴马总统叫停之后,美国太空旗舰工程又一次滑铁式失败的重大挫折。只不过这次韦伯望远镜的中途落马却是由美国国会首先发难。
      其实韦伯望远镜并不是什么极其沉重的东西。净重才不过6吨多一点而已。计划使用阿里安五火箭发射到地日拉格朗日区。
      问题就出在这里。由于阿里安五火箭的运力有限,GTO运力才不过10吨而已,整流罩直径也不过5米。因此在设计韦伯望远镜时为了在有限的重量限制区间范围内尽可能多地扩大观察镜面直径(直径达6米左右,而哈勃只有2。4米口径)。NASA不得不冒险在韦伯望远镜的制造上采用大量的创新设计与超前技术。由其是空间可展开式望远镜镜面阵列技术研制难度极大。
      结果由此陷入“技术研发黑洞”,预算一超再超,已经达65亿美元之巨(美国一艘核动力航空母舰价钱也不过如此)。而发射时间也一推再推,由原计划内的2011年推到2017年,甚至2020年。前前后后投资达100多亿美元,用时30多年光阴,却只不过为了研制一个区区重量只有6吨的望远镜。
      如此一来只使是最乐观的政治家也开始担心了,结果就只能断尾求生,决定立即中止韦伯望远镜研制。那怕为此已经花费了几十亿美元也有所不惜,以期尽快逃离没有尽头的预算黑洞。
       问题是6米观测直径的韦伯望远镜真的有必要搞得如此复杂吗?!答案是完全没有必要。前提就是取消复杂的空间可展开式镜面阵列。直接采用帕落马山天文台,凯克天文台望远镜之类的传统整体式镜片构造。说白了就是要研制一个超大号的,设计简单的哈勃式圆柱桶型红外望远镜(巨型斯皮策红外望远镜)。如果采用这一方案,韦伯望远镜大幅度超重四倍,甚至五倍,总重达到30吨就无法避免了。如此一来阿里安五火箭与目前版本的EELV火箭都无法发射。
        但极大的经济好处就出在这里边。让我们来做一次仅仅小学生水平级别的算术题。当年美国空军研制两款EELV火箭总投资才不过20亿美元。EELV火箭研制费用如此之低原因就是所要使用的发动机都是极成熟的RD180或者研制难度极低的RS68,而上面级依旧使用原来大力神四H火箭的旧版上面级。所谓的研制实际上就是堆积木,组装而已。
       因此再对比下目前韦伯望远镜高达65亿美元的巨大开支,如果我是美国NASA局长,我宁可在空军EELV火箭的基础上再单独投资20亿美元研制一款升级版运力达LEO30吨至80吨,芯级直径达8米(原始的战神四火箭设想,上面级就用四台RL10发动机研制)的EELV中间运力型火箭,再用余下的40亿美元在斯皮策红外望远镜的基础上升级下搞个超级版30吨级的韦伯望远镜。按如此方案进行,韦伯望远镜研制并发射成功的可能性完全没有任何风险。最后还“纯赚”一款中间运力型火箭。
       做大鞋买大鞋容易削足适履很痛也很难
       事实上从美国星座载人工程开始我就一再指出研制中间运力型火箭的极其重要性。
原因就是对于目前的人类技术而言,研制中间运力型火箭实在是太容易了,有RD180,RS68,RD170之类巨型火箭发动机在手,研制中间运力型火箭实在是手到拿来,完全没有任何技术风险。与星座载人飞船,韦伯望远镜之类复杂空间飞行器的巨量研制投资预算相比,中间运力刑火箭的研制投资预算可以算是“极低”与“完全可控”,还真正达到一次投资终身受益。
       这是与阿波罗时代相比的极大不同,阿波罗时代研制土星五火箭的投资反而要远远超过载人飞船的研制投资额,因为那个时期并没有现成的巨型火箭发动机。
       因此,昨天有美国人的星座载人飞船因为超重导致到战神一火箭研制设想一改再改,进度一拖再拖,最后预算一再超支,最终被砍掉(当然星座载人飞船现在改个马甲又出来“混”世界了,但也算是死里逃生,而战神一火箭就死到底了);今天再次出现韦伯望远镜“画地为牢”,非要使用GTO运力只有区区10吨,整流罩直径只有5米的阿里安五火箭来发射,最终设计与研制技术搞得极其复杂,生产成本极其昂贵,又是预算大幅度超支,最后又被国会一枪打死的悲剧重演。
       累次倒毙在同一条沟里,这说明了什么?!那就是美国航天局的决策人员的脑袋已经生透了,思想已经僵化了,不可挽救了。每一任局长不求有功,只求无过,四年任期一过那管后任洪水漫天。从来没有人为美国空间探测的长期规划日后所必须要用到的中间运力型“火箭平台”做过有任何长远决定性作用的战略设想与行动。
      如果说运载火箭平台是鞋子,星座载人飞船与韦伯望远镜,MSL火星车之类的有效载荷就是脚。
      而自从阿波罗时代之后F1,RD180,RS68之类巨型火箭发动机成熟之后,研制巨型,中间运力型运载火箭的成本就越来越低了。而通讯卫星,深空探测器与载人飞船之类空间飞行器的研制成本下降却相当缓慢。由其是那些有特定用途的深空探测器,卡西尼就花了17亿美金,MSL花了20亿,这个韦伯望远镜65亿美元结果还不能“包尾完工”。
      这些深空探测器的研制成本之所以搞得如此极其高昂。最最重要的原因就是必须“本着”基于现成火箭平台的运力区间,“画地为牢”来规划设计。
       如这个韦伯望远镜,由于阿里安五火箭的运力与整流罩直径已经是固定的了。因此,韦伯望远镜为了达到6米直径的太空观察能力水准,不得已搞了个极其复杂昂贵的可展开式空间镜面陈列,单马达就用了几万个。而又由于运载能力不足,望远镜结构平台的研制又不得不大量使用费用极其昂贵的“轻量化”材料,甚至是研制前所未有的“不可得”的材料。如此削足适履,结果掉进了预算成本的黑洞,最后中途下马,一枪毙掉的悲剧就无可挽回了。
       与之相反,如果NASA决策人有足够的远见,完全跳出阿里安五火箭的“地牢”,大幅度放宽韦伯望远镜的最终重量与体积的设计余度。并借此契机规划研制一款中间运力型火箭,65亿美元连带研制中间运力火箭一并搞定韦伯望远镜项目绰绰有余。
       要知道NASA为战神一火箭在卡纳维拉尔角搞的新发射场总投资才不过3亿美元而已,洛克希德马丁公司新建设的生产宇宙神五新火箭的工厂建造价格也不过七亿美元。与那些一开口就以十亿美元计算的昂贵的太空探测器相比,那些钢筋水泥建筑与火箭生产线值多少钱?!
       而且洛马与波音原本就有研制升级版EELV火箭的设想,只是找不能启动投资者而已。
因此聪明的政治家在决策搞韦伯空间望远镜之类重大太空工程时首先要考虑到的问题就是宁可让望远镜超重超体积,那怕最终从6吨超重到30吨也无所谓。因为与在保证观察能力不变的前提条件下,实现大幅度减重所要导致到的研制经费暴涨相比较,研制一款LEO运载能力达50吨到80吨的新火箭的成本还是“节俭得很”。
       换车要远比大幅度减肥合算。如一个500斤大肥佬要坐车远程旅行,如果只有一台小QQ选择,要坐上去就只有实施极度复杂昂贵,甚至还要冒巨大健康技术风险的减肥计划了;与之相比,不如干脆买一台公交大巴,这可就要省时省力与省钱得多了,而且也没有任何技术风险。更重要的是由于以后经常要进行长期长程旅行的大肥佬越来越多,这样做就更合算了。
       这个例子放于NASA就是如此,星座载人飞船超重,韦伯望远镜不想超重就“削足适履”最终搞成残废。而新规划的大型广域红外太空望远镜也注定会超重(越是“短小精密”就越昂贵,这是机械工业的铁定规律,否则瑞士手表吃什么)。而未来的深空旗舰项目如火星表面取样返回飞船,木星木卫二冰月探测器,土星土卫六登陆探测器与天王星综合探测飞船(计划预算47亿美元)等等一大堆大肥佬都要依次出征。如果再基于现有的GTO12吨运力水平的EELV火箭这个“地牢”运载平台来规划研制,这实在是要逼JPL与洛马,波音那些可怜的飞船工程师去自杀而已。
       而且这样做也纯粹是要与钱财过不去。不就是个星际探测器?!只要能够达到同样的探测目标又能够大幅度地节省钱财,韦伯望远镜重6吨与重30吨又有多大的差别?!只要寿命不变,功能用途不变,航天器“重大笨(大的东西也可以做得很精密)”又什么样,“短小细”又什么样,省钱才是硬道理,搞那么复杂与极其昂贵干什么,又有什么用。
        这可是个性价比的问题,航天器也到了必须讲究性价比的时代了,这是探测工具而不是纯粹用于“摆阔”的工业奢侈品。
在今天人类成熟巨型火箭发动机大量存在的现实背景之下,研制一款“通杀”LEO30至80吨的中间运力型火箭又值几个钱?!那些区区几艘油轮的液氢与煤油又值几个钱?!NASA再这样死尖技术的牛角尖迟早会搞死害死NASA这个只会用钱却不懂“做事”的政府部门。
       钱都让你们拿去填耗子洞了,要你何用。
       新时代航天器基本设计原则,超重宁可改动火箭而不改动飞船
因此,无论中国外国,这也是我一听到航天器超重,不得不想方设法更改设计,浪费大量人力物力与钱财去减重之类的消息就越来越反感的核心根源。
       在今天运载火箭生产成本(无论大火箭还是小火箭一概如此)相对于航天器价格成本越来越“白菜价格”的现实背景下,象星座载人飞船与韦伯望远镜之类的航天器单纯为与运载火箭运力匹配而花费巨资减重而进行的更改设计都是断然不可取的行为。因为这才是真正的败家行为而不是节俭。
       就象星座载人飞船,如果采用德尔塔四H火箭为运载平台,星座飞船重30吨就30吨又什么了?!大不了再在德尔塔四H火箭的芯级上再捆绑上两枚300吨级固体助推器了事(大力神四H的7节UA1207固体助推器的推力为700吨,取3节或者4节就是300吨级了,这样让ATK公司也有油水可捞了,利益均沾)。这样全力赶进度,只要飞船首飞成功,量他奥巴马总统再牛也不能拿星座载人飞船什么样了,之后再慢慢升级改进就是。这才是真正的“政治技术”问题。
        同样,我对于中国东方红五通讯卫星与风云四号气象卫星的研制态度也一样,如果卫星平台要超重到8吨,甚至10吨,那么就由它重8吨或者10吨算了,完全没有必要再“过多”投入巨资来搞什么“轻量化”设计,因为长五火箭大得很,加多几条助推器又值不了几个钱,如果火箭生产线开工率只有30%至50%也一样是浪费。而且生产多几条助推器也一样能够“促进就业”,闲着也是闲着,你让工人下岗也一样得发放“低补”。
        但对于卫星工程师们设计工作的难度可就完全不同了,由于长五运载火箭运力余地极大,整流罩直径也可以一举扩大到7米以上(参考大力神四H火箭,3米直径顶个5米直径整流罩一样无事),如此一来东方红五与风云四卫星平台的设计难度可就要大大地降低了,要使用复合材料的就可以降为使用铝合金,要使用铝合金的就降为使用钢架结构;或者卫星体积扩大一倍到数倍,以装运更多的燃料。而卫星天线就直接使用5米直径的大铝锅。安全又实惠。
         这样的通讯卫星别人一颗卖2亿美元才够本,中国一颗仅卖1亿美元就有赚。
         而运载火箭又值多少钱?!美国的航天飞机号称全球单次飞行价格全球最贵,也不过6至8亿美元一次而已。却可以将重达80吨的哥伦比亚航天飞机送入LEO。欧洲的阿里安五一枚的价格也只有1亿至1。5亿美元。而中国的长五成本只会更低,0。8亿美元就足够(日本的H2A就是0。9亿美元/枚)。因此未来的东方红五号通讯卫星搞什么双星发射完全没有必要,双星发射要左等右等极不方便,倒不如干脆让东方红五卫星一举重达到14吨以上,直接使用钢架结构,经久耐用,太阳能帆板单块面积5*12米,每边4块,两边共和8块,总面积达480平方米,能源极度充足,太阳能帆板二次展开全免了,安全性也更高。
         这样的超级通讯卫星(包括衍生的导航卫星,深空探测器)或者气象卫星生产一颗发射一颗,省时省事。一年发射15至20颗,火箭大规模化流水线生产,单价直降到0。5亿美元完全有可能。而重型火箭价格的巨幅下降又将促使30至40吨“中巴”10座级重型载人飞船大量出现,这样人类的载人航天事业才会真正进入“白菜价格”的商业旅游时代。
          一句人类的中间运力型火箭瓶颈一日不除,人类的航天事业的大发展就绝对无出路,无可能。今天的韦伯望远镜就是前车之鉴,65亿美元还不能“完工包尾”的太空望远镜,这样的太空奢侈品地球人你还玩不起。

2011,7,8

高凉陈君





中间运力型火箭的缺失再次重创美国NASA旗舰宇航项目
       近日传来美国航天局已经投入巨资研制的韦伯望远镜由于进度一推再推,预算一再超支。现在已经被美国国会叫停。
      这是自星座登月工程被美国奥巴马总统叫停之后,美国太空旗舰工程又一次滑铁式失败的重大挫折。只不过这次韦伯望远镜的中途落马却是由美国国会首先发难。
      其实韦伯望远镜并不是什么极其沉重的东西。净重才不过6吨多一点而已。计划使用阿里安五火箭发射到地日拉格朗日区。
      问题就出在这里。由于阿里安五火箭的运力有限,GTO运力才不过10吨而已,整流罩直径也不过5米。因此在设计韦伯望远镜时为了在有限的重量限制区间范围内尽可能多地扩大观察镜面直径(直径达6米左右,而哈勃只有2。4米口径)。NASA不得不冒险在韦伯望远镜的制造上采用大量的创新设计与超前技术。由其是空间可展开式望远镜镜面阵列技术研制难度极大。
      结果由此陷入“技术研发黑洞”,预算一超再超,已经达65亿美元之巨(美国一艘核动力航空母舰价钱也不过如此)。而发射时间也一推再推,由原计划内的2011年推到2017年,甚至2020年。前前后后投资达100多亿美元,用时30多年光阴,却只不过为了研制一个区区重量只有6吨的望远镜。
      如此一来只使是最乐观的政治家也开始担心了,结果就只能断尾求生,决定立即中止韦伯望远镜研制。那怕为此已经花费了几十亿美元也有所不惜,以期尽快逃离没有尽头的预算黑洞。
       问题是6米观测直径的韦伯望远镜真的有必要搞得如此复杂吗?!答案是完全没有必要。前提就是取消复杂的空间可展开式镜面阵列。直接采用帕落马山天文台,凯克天文台望远镜之类的传统整体式镜片构造。说白了就是要研制一个超大号的,设计简单的哈勃式圆柱桶型红外望远镜(巨型斯皮策红外望远镜)。如果采用这一方案,韦伯望远镜大幅度超重四倍,甚至五倍,总重达到30吨就无法避免了。如此一来阿里安五火箭与目前版本的EELV火箭都无法发射。
        但极大的经济好处就出在这里边。让我们来做一次仅仅小学生水平级别的算术题。当年美国空军研制两款EELV火箭总投资才不过20亿美元。EELV火箭研制费用如此之低原因就是所要使用的发动机都是极成熟的RD180或者研制难度极低的RS68,而上面级依旧使用原来大力神四H火箭的旧版上面级。所谓的研制实际上就是堆积木,组装而已。
       因此再对比下目前韦伯望远镜高达65亿美元的巨大开支,如果我是美国NASA局长,我宁可在空军EELV火箭的基础上再单独投资20亿美元研制一款升级版运力达LEO30吨至80吨,芯级直径达8米(原始的战神四火箭设想,上面级就用四台RL10发动机研制)的EELV中间运力型火箭,再用余下的40亿美元在斯皮策红外望远镜的基础上升级下搞个超级版30吨级的韦伯望远镜。按如此方案进行,韦伯望远镜研制并发射成功的可能性完全没有任何风险。最后还“纯赚”一款中间运力型火箭。
       做大鞋买大鞋容易削足适履很痛也很难
       事实上从美国星座载人工程开始我就一再指出研制中间运力型火箭的极其重要性。
原因就是对于目前的人类技术而言,研制中间运力型火箭实在是太容易了,有RD180,RS68,RD170之类巨型火箭发动机在手,研制中间运力型火箭实在是手到拿来,完全没有任何技术风险。与星座载人飞船,韦伯望远镜之类复杂空间飞行器的巨量研制投资预算相比,中间运力刑火箭的研制投资预算可以算是“极低”与“完全可控”,还真正达到一次投资终身受益。
       这是与阿波罗时代相比的极大不同,阿波罗时代研制土星五火箭的投资反而要远远超过载人飞船的研制投资额,因为那个时期并没有现成的巨型火箭发动机。
       因此,昨天有美国人的星座载人飞船因为超重导致到战神一火箭研制设想一改再改,进度一拖再拖,最后预算一再超支,最终被砍掉(当然星座载人飞船现在改个马甲又出来“混”世界了,但也算是死里逃生,而战神一火箭就死到底了);今天再次出现韦伯望远镜“画地为牢”,非要使用GTO运力只有区区10吨,整流罩直径只有5米的阿里安五火箭来发射,最终设计与研制技术搞得极其复杂,生产成本极其昂贵,又是预算大幅度超支,最后又被国会一枪打死的悲剧重演。
       累次倒毙在同一条沟里,这说明了什么?!那就是美国航天局的决策人员的脑袋已经生透了,思想已经僵化了,不可挽救了。每一任局长不求有功,只求无过,四年任期一过那管后任洪水漫天。从来没有人为美国空间探测的长期规划日后所必须要用到的中间运力型“火箭平台”做过有任何长远决定性作用的战略设想与行动。
      如果说运载火箭平台是鞋子,星座载人飞船与韦伯望远镜,MSL火星车之类的有效载荷就是脚。
      而自从阿波罗时代之后F1,RD180,RS68之类巨型火箭发动机成熟之后,研制巨型,中间运力型运载火箭的成本就越来越低了。而通讯卫星,深空探测器与载人飞船之类空间飞行器的研制成本下降却相当缓慢。由其是那些有特定用途的深空探测器,卡西尼就花了17亿美金,MSL花了20亿,这个韦伯望远镜65亿美元结果还不能“包尾完工”。
      这些深空探测器的研制成本之所以搞得如此极其高昂。最最重要的原因就是必须“本着”基于现成火箭平台的运力区间,“画地为牢”来规划设计。
       如这个韦伯望远镜,由于阿里安五火箭的运力与整流罩直径已经是固定的了。因此,韦伯望远镜为了达到6米直径的太空观察能力水准,不得已搞了个极其复杂昂贵的可展开式空间镜面陈列,单马达就用了几万个。而又由于运载能力不足,望远镜结构平台的研制又不得不大量使用费用极其昂贵的“轻量化”材料,甚至是研制前所未有的“不可得”的材料。如此削足适履,结果掉进了预算成本的黑洞,最后中途下马,一枪毙掉的悲剧就无可挽回了。
       与之相反,如果NASA决策人有足够的远见,完全跳出阿里安五火箭的“地牢”,大幅度放宽韦伯望远镜的最终重量与体积的设计余度。并借此契机规划研制一款中间运力型火箭,65亿美元连带研制中间运力火箭一并搞定韦伯望远镜项目绰绰有余。
       要知道NASA为战神一火箭在卡纳维拉尔角搞的新发射场总投资才不过3亿美元而已,洛克希德马丁公司新建设的生产宇宙神五新火箭的工厂建造价格也不过七亿美元。与那些一开口就以十亿美元计算的昂贵的太空探测器相比,那些钢筋水泥建筑与火箭生产线值多少钱?!
       而且洛马与波音原本就有研制升级版EELV火箭的设想,只是找不能启动投资者而已。
因此聪明的政治家在决策搞韦伯空间望远镜之类重大太空工程时首先要考虑到的问题就是宁可让望远镜超重超体积,那怕最终从6吨超重到30吨也无所谓。因为与在保证观察能力不变的前提条件下,实现大幅度减重所要导致到的研制经费暴涨相比较,研制一款LEO运载能力达50吨到80吨的新火箭的成本还是“节俭得很”。
       换车要远比大幅度减肥合算。如一个500斤大肥佬要坐车远程旅行,如果只有一台小QQ选择,要坐上去就只有实施极度复杂昂贵,甚至还要冒巨大健康技术风险的减肥计划了;与之相比,不如干脆买一台公交大巴,这可就要省时省力与省钱得多了,而且也没有任何技术风险。更重要的是由于以后经常要进行长期长程旅行的大肥佬越来越多,这样做就更合算了。
       这个例子放于NASA就是如此,星座载人飞船超重,韦伯望远镜不想超重就“削足适履”最终搞成残废。而新规划的大型广域红外太空望远镜也注定会超重(越是“短小精密”就越昂贵,这是机械工业的铁定规律,否则瑞士手表吃什么)。而未来的深空旗舰项目如火星表面取样返回飞船,木星木卫二冰月探测器,土星土卫六登陆探测器与天王星综合探测飞船(计划预算47亿美元)等等一大堆大肥佬都要依次出征。如果再基于现有的GTO12吨运力水平的EELV火箭这个“地牢”运载平台来规划研制,这实在是要逼JPL与洛马,波音那些可怜的飞船工程师去自杀而已。
       而且这样做也纯粹是要与钱财过不去。不就是个星际探测器?!只要能够达到同样的探测目标又能够大幅度地节省钱财,韦伯望远镜重6吨与重30吨又有多大的差别?!只要寿命不变,功能用途不变,航天器“重大笨(大的东西也可以做得很精密)”又什么样,“短小细”又什么样,省钱才是硬道理,搞那么复杂与极其昂贵干什么,又有什么用。
        这可是个性价比的问题,航天器也到了必须讲究性价比的时代了,这是探测工具而不是纯粹用于“摆阔”的工业奢侈品。
在今天人类成熟巨型火箭发动机大量存在的现实背景之下,研制一款“通杀”LEO30至80吨的中间运力型火箭又值几个钱?!那些区区几艘油轮的液氢与煤油又值几个钱?!NASA再这样死尖技术的牛角尖迟早会搞死害死NASA这个只会用钱却不懂“做事”的政府部门。
       钱都让你们拿去填耗子洞了,要你何用。
       新时代航天器基本设计原则,超重宁可改动火箭而不改动飞船
因此,无论中国外国,这也是我一听到航天器超重,不得不想方设法更改设计,浪费大量人力物力与钱财去减重之类的消息就越来越反感的核心根源。
       在今天运载火箭生产成本(无论大火箭还是小火箭一概如此)相对于航天器价格成本越来越“白菜价格”的现实背景下,象星座载人飞船与韦伯望远镜之类的航天器单纯为与运载火箭运力匹配而花费巨资减重而进行的更改设计都是断然不可取的行为。因为这才是真正的败家行为而不是节俭。
       就象星座载人飞船,如果采用德尔塔四H火箭为运载平台,星座飞船重30吨就30吨又什么了?!大不了再在德尔塔四H火箭的芯级上再捆绑上两枚300吨级固体助推器了事(大力神四H的7节UA1207固体助推器的推力为700吨,取3节或者4节就是300吨级了,这样让ATK公司也有油水可捞了,利益均沾)。这样全力赶进度,只要飞船首飞成功,量他奥巴马总统再牛也不能拿星座载人飞船什么样了,之后再慢慢升级改进就是。这才是真正的“政治技术”问题。
        同样,我对于中国东方红五通讯卫星与风云四号气象卫星的研制态度也一样,如果卫星平台要超重到8吨,甚至10吨,那么就由它重8吨或者10吨算了,完全没有必要再“过多”投入巨资来搞什么“轻量化”设计,因为长五火箭大得很,加多几条助推器又值不了几个钱,如果火箭生产线开工率只有30%至50%也一样是浪费。而且生产多几条助推器也一样能够“促进就业”,闲着也是闲着,你让工人下岗也一样得发放“低补”。
        但对于卫星工程师们设计工作的难度可就完全不同了,由于长五运载火箭运力余地极大,整流罩直径也可以一举扩大到7米以上(参考大力神四H火箭,3米直径顶个5米直径整流罩一样无事),如此一来东方红五与风云四卫星平台的设计难度可就要大大地降低了,要使用复合材料的就可以降为使用铝合金,要使用铝合金的就降为使用钢架结构;或者卫星体积扩大一倍到数倍,以装运更多的燃料。而卫星天线就直接使用5米直径的大铝锅。安全又实惠。
         这样的通讯卫星别人一颗卖2亿美元才够本,中国一颗仅卖1亿美元就有赚。
         而运载火箭又值多少钱?!美国的航天飞机号称全球单次飞行价格全球最贵,也不过6至8亿美元一次而已。却可以将重达80吨的哥伦比亚航天飞机送入LEO。欧洲的阿里安五一枚的价格也只有1亿至1。5亿美元。而中国的长五成本只会更低,0。8亿美元就足够(日本的H2A就是0。9亿美元/枚)。因此未来的东方红五号通讯卫星搞什么双星发射完全没有必要,双星发射要左等右等极不方便,倒不如干脆让东方红五卫星一举重达到14吨以上,直接使用钢架结构,经久耐用,太阳能帆板单块面积5*12米,每边4块,两边共和8块,总面积达480平方米,能源极度充足,太阳能帆板二次展开全免了,安全性也更高。
         这样的超级通讯卫星(包括衍生的导航卫星,深空探测器)或者气象卫星生产一颗发射一颗,省时省事。一年发射15至20颗,火箭大规模化流水线生产,单价直降到0。5亿美元完全有可能。而重型火箭价格的巨幅下降又将促使30至40吨“中巴”10座级重型载人飞船大量出现,这样人类的载人航天事业才会真正进入“白菜价格”的商业旅游时代。
          一句人类的中间运力型火箭瓶颈一日不除,人类的航天事业的大发展就绝对无出路,无可能。今天的韦伯望远镜就是前车之鉴,65亿美元还不能“完工包尾”的太空望远镜,这样的太空奢侈品地球人你还玩不起。

2011,7,8

高凉陈君



如果是独苗,倒是可以用大点的火箭。飞船这类要批量生产的,还是专心减重吧!
毕竟发射费用是以公斤计的,在火箭发射能力限定的条件下,死重减少,有效载荷就能相应增加。
当我们没有美国那么强的技术实力和钱多人傻的情况下,我们还是要注重费效比,扎实练内功为好!
我不反对低成本的减重,但减重要花太多的钱就不值了。
很有启发。
但这个中间运力型火箭成本不菲啊,无论研制还是发射费用恐怕低不了。


没有确切消息说 JWST 为减重付出了不合理的代价,镜片大到一定程度,拼接就不可避免。
现在地面要搞这么大的镜子,也只能是拼接,不会再用以前那些蠢办法了。
太空望远镜面临的挑战并不仅仅是重量那么简单,比如发射时的振动,空间的严寒或者酷热,这是地面望远镜根本无须面对的。

没有确切消息说 JWST 为减重付出了不合理的代价,镜片大到一定程度,拼接就不可避免。
现在地面要搞这么大的镜子,也只能是拼接,不会再用以前那些蠢办法了。
太空望远镜面临的挑战并不仅仅是重量那么简单,比如发射时的振动,空间的严寒或者酷热,这是地面望远镜根本无须面对的。
这种情况还真不如外包了
有道理,希望中国的航天决策者以后在规划中国的太空望远镜和深空探测器时能重视这个问题。
挂幌子 发表于 2011-7-8 20:05
这种情况还真不如外包了
目前还真没哪个火箭复合楼主要求的。

emellzzq 发表于 2011-7-8 21:40
目前还真没哪个火箭复合楼主要求的。


SLS第一阶段那个Inline SDLV就很符合啊,70t运载能力
Moderate HLV Options 70~130t.jpg

emellzzq 发表于 2011-7-8 21:40
目前还真没哪个火箭复合楼主要求的。


SLS第一阶段那个Inline SDLV就很符合啊,70t运载能力
Moderate HLV Options 70~130t.jpg

暗夜流星 发表于 2011-7-8 14:49
没有确切消息说 JWST 为减重付出了不合理的代价,镜片大到一定程度,拼接就不可避免。
现在地面要搞这么大 ...


大面积的镜片确实需要拼接,但是发射时就在地面系统支持下在一体化框架上拼接好和入轨后再由多轴框架精确展开自校准,这两种方式在难度系数上有很大的不同。而且这两种方式在相同重量下框架刚度也不相人工同,作为镜片的承载平台,优劣实显而易见的。即使是每个镜片下的微电机,两种安装方式下其要求也会不同。一体化框架的只会简单不会复杂。

当然我这么说不是针对韦伯,而是说的一般情况。
暗夜流星 发表于 2011-7-8 14:49
没有确切消息说 JWST 为减重付出了不合理的代价,镜片大到一定程度,拼接就不可避免。
现在地面要搞这么大 ...


大面积的镜片确实需要拼接,但是发射时就在地面系统支持下在一体化框架上拼接好和入轨后再由多轴框架精确展开自校准,这两种方式在难度系数上有很大的不同。而且这两种方式在相同重量下框架刚度也不相人工同,作为镜片的承载平台,优劣实显而易见的。即使是每个镜片下的微电机,两种安装方式下其要求也会不同。一体化框架的只会简单不会复杂。

当然我这么说不是针对韦伯,而是说的一般情况。
lsquirrel 发表于 2011-7-8 22:15
SLS第一阶段那个Inline SDLV就很符合啊,70t运载能力
至少要发过一次吧。
关键是中间运力的火箭发射的次数太少,维持生产线也得花不少钱。
什么事到楼主嘴里都那么简单。
LZ又来推销中间型火箭理论了么?
同意楼主的观点。看资金消耗量就知道了
这个恐怕只有MD才玩的起啊,,我鳖还是先把CZ-5搞出来吧
好长啊。。。。。。

概况一下中心思想:

老米要搞个比哈勃更NB的大望远镜----搞个高科技的,可折叠版的,65亿搞不定,而且不知道还要花多少才能搞定。

搞个用现有技术堆起来的大火箭,直接把一个天文台用的望远镜打上去,20亿就可以搞定,而且还买一赠一,白得一款新火箭。。。。
关键是新型火箭的研发成本下不来的,使用维护费用更高,还有发射机会极少。
EELV花了几十亿,SLS那个70t(短吨)的货色上百亿都下不来,发射成本和130t的重型火箭不相上下,都要10亿美元左右了。再加上新型火箭研发生产人员、生产设备和发射设施的各方面费用,天价的的东西。
美国人早在20多年前就有shuttle-c和mlv的设想,为什么没有实现,不是很明显么
看成“中国运力火箭缺失重创NASA项目”,还以为Chimerica要变成现实了呢
话说用大型火箭来完成这个任务也可以,搞中间运力主要还是为了商业发射吧?
楼主的言论也是一种思路,可以参考。我们在有限的资金下,多考虑几种方向,有助于发展。
好文章! 分析思路明确,TB应该学习,不像美帝有钱可以大手笔。
有道理,有见解。
又见陈君啦,有见地,不知那660吨煤油机,200吨氢氧机什么时候搞定啊
又见陈君啦,有见地,不知那660吨煤油机,200吨氢氧机什么时候搞定啊
好久不见陈同志,先顶一下。中间运力火箭的研制费用和维持费用可能不如老兄设想的这么“划算”。个人的观点是,如果资金有保障的话还是优先上马巨型火箭,若真有“中间”载荷任务,单用芯级或助推衍生中间运力火箭可能更划算些。
TG环视先把长5搞定吧
现在一般载荷价值都大大高于火箭本身

所以火箭的余度弄大点是有好处的
我觉得楼主的观点有失偏颇。

航天项目的意义不仅仅是其表面。
相关产业的拉动效应也很明显。

比如nasa主持开发的nastran
在汽车,能源,建筑等领域都起了巨大作用。
如果当时因为成本风险不发展计算机有限元
而用经验公式+实验的设计方法,
说不定也能成功一些项目。

功利性的发射一个大望远镜看起来比较省钱,
但实际反馈社会的只是现有技术的重复+尽快获取一堆照片。
反而是某种意义上的浪费。

新技术,新材料的突破说不定才是这个项目最直接的成果。

不管那帮官僚的本意如何,这笔帐还真不容易算。
我觉得楼主说的有道理  
很久没见陈君的文章啦。我觉得对于中国来说,要搞中间运力的火箭,还是基于马上就要到手的120吨的煤油机、50吨氢氧机、还有那个正在研制的500吨大固推来搞,毕竟发动机的研制耗费的时间和金钱极为巨大,利用现有的发动机来搞中间运力,发动机这块的成本就能降下来,技术难度也降低。。。毕竟,航天发射,那个入轨的东西才是核心,运载平台在满足需求和可靠性的基础上能省就省。
楼主的出发点是很不错的,也算是个逆向思维,中心思想主要体现在:没必要对载荷平台进行减重,因为这部分投入的钱还不如去升级火箭,把火箭搞大,各种卫星/探测器平台可以降低制造费用,6吨的东西搞成30吨的也行,只要保持性能不变。例如:“复合材料的就可以降为使用铝合金”等等。

这个观点,当然是不错,比较经济,是从经济角度出发进行的考量,但是偶觉得,不能将这个“思想钢印”打到航天领域,或者说这种思想只能部分运用于航天领域。在性能不变的情况下,把6吨的东西搞成30吨打上去,这是前苏联的做法,以这种思维进行航天发展,其道路应该说是走不远的。航天领域的东西就是一种科技集萃的体现,为什么说一个小小的水滴就能体现一个文明的科技水平。就比如,偶能将铁原子排列成超大两个字与盖一栋世茂大厦相比,这两个哪个更有发展潜力。
回到上文提到的“JWST”上,18块铍制反射镜组成的镜面面积可以达到哈勃的6倍,由于这种组合镜面结构,接受光线面积总量是哈勃7-8倍,而对于较暗的天体,这种能力比哈勃提高将近400倍,如果用传统镜面式结构这种观测能力那不是重量可以衡量的,会不会连6米径的整流罩都装不下呢?当然这种镜面设计也不能说就是以提高观测能力为唯一的出发点,发射平台的也是其限制因素,正如楼主认为的:由于中型发射平台的不给力,在一定程度上造成JWST不得不设计得这么小。

是否发现,18块,宽超过12米,厚度5厘米的铍反射镜组合是最代表了人类空间观测平台的新的里程碑,其加工技术不亚于哈勃的镜面,对铍表面的切削,雕琢,腐蚀,测几十万个镜面高度,抛光,这工序不仅仅是制造一台超大斯皮策能比拟的,而且哈勃此前出现的镜面矫正不会在JWST上重演。由于望远镜指向不同的宇宙方向,会产生热梯度,这就会导致望远镜细小的变形,这些变形可以通过JWST上主动式可调节镜面来抵消这些变形。而且楼主提到的马达数量过多的问题,我觉得使用这种组合式镜面必然需要这么多马达,但是我们要看到每块镜面背后7个微型马达可以在产生不超过10纳米的位移,有能力做到控制每一块镜片的曲率,等等。这些都代表了一种技术上的提高,能把30吨的东西做成6吨,这同样不是一种文明的进步么。我觉得这就可以作为一种技术储备,如果说用传统圆柱式镜筒,或许能达到同样的观测效果,但这是原地踏步,你那人家用这样思维进行航天活动,这怎么能拯救地球呢,美国人估计也不同意。

另外,再看下经济问题,哈勃到现在一共花了70-80亿美元,也不是省油的灯,放在近地轨道上的东西,只能有可能去修的,肯定在设计思维上还存在侥幸心理,因为坏了还可以打上去去修嘛。而JWST定点于L2,所以要么一直用下去,要么报废没能人去修。所以在设计思维上,就是要考虑打上去就这么一直用到报废,以这种思维进行航天活动总比修修补补要强很多吧,旅行者都快被人忘了,很多人发现其居然还能用。DARPA号称用100年时间飞到一颗恒星上,不耐用咋行。

综上,楼主从经济角度思考是一种不错的选择,这需要看对待的是何种项目,如果所有航天活动都用这种思维,那外星人哪天要是XXX光年处捕获一艘XXXX吨的探测器,里面全是铝合金,岂不是当场笑趴,就像函馆的MIG25就让人大跌眼镜的效果一样,反之就像某人摸到水滴的感觉一样。而有些通信卫星的平台就可以不在乎什么重量,反正都是自己用的,挂在轨道上,燃料装多一点,研发投入少,风险小,技术成熟,能批量生产,还能超级抗干扰,这种情况下使用楼主的思维为工作中心是最好的了。再想想:如果以JWST的技术精度和精细程度,将6吨的探测器做到30吨,那不就是一种超级科技的进步么,要不然变形金刚可能比地球还大。
望远镜的主要目的是探索宇宙,大家怎么尽往材料上扯,宇宙学和天文学就这么不遭人待见么
内阁首辅 发表于 2011-7-10 10:14
楼主的出发点是很不错的,也算是个逆向思维,中心思想主要体现在:没必要对载荷平台进行减重,因为这部分投 ...
版主也是磁粉?
中间运力型火箭的产生是人类航天器大规模产业化的必由之路


       关于韦伯望远镜下马的那章评论引来一些网友的不同意见。在此我再将我的想法深入论述下。不足之处还望各位读者多多包涵,让创新思想在争论中得以诞生,进化与升华发展。
一,中间运力型火箭的设计生产与发射远远没有人样想象中的那么困难
巨型火箭发动机如RD180,RS68,火神2等早已经是现成的了,这方面的东西不再复述。至于火箭生产工厂与生产线的升级改进,空客A380与波音747那么大也一样能够生产制造,因此建设生产芯级直径7米左右的中间运力型火箭工厂完全没有技术难度。
当然为了运输方便工厂就要建设于海边或者大河边了,飞机运输有相当难度。
另外,根据EELV火箭生产商洛马与波音公司的商业发展报告。由于宇宙神五与德尔塔四火箭都大规模采用“模块化”生产技术,EELV火箭在芯级变动不大的情况下通过简单捆绑更多的助推器(无论是通用芯级液体助推器或者固体助推器通通都可以捆绑),就可以立即将EELV火箭的LEO运载能力提升到50吨以上。而原始版的战神四火箭的8米芯级也可以在通过改进后的航天飞机燃料箱生产线上进行生产。
至于发射台的兼容性问题,只要肯投入几亿美元改进EELV火箭(长五,阿里安五,H2A火箭的也一样)的发射服务台也完全没有技术风险,毕竟这些东西都是钢架结构的。甚至也可以使用升级改进后的NASA航天飞机退役后空出来的巨型发射台。
如果再不行,重新建设一批中间运力型火箭专用发射台也用不着多少钱,一个发射台5亿美元足够了,比起韦伯望远镜之类探测器平均所花费的数以十亿美元计算的投资,还是便宜得很。
二,生产中间运力型火箭的核心意义就是要大大简化航天器的研发生产技术难度与资金投入成本。
目前国际市场上无论是EELV火箭还是阿里安五,质子,H2A。其价格都在1亿美元上下。将这些火箭的运载能力升级一倍到LEO40吨,GTO20吨的水平。其单价最多也就翻一倍上升到2亿美元左右而已,实际上运力翻倍价格却只提高50%是完全可以做到的,一枚LEO40吨,GTO20吨的中间运力型火箭价格最多也就是1。75亿美元。加之美元持续贬值,这比当年LEO运力只有20多吨大力神四H的单枚3亿美元的价格还是大大便宜了。
也就是说对当今国际发射市场而言,EELV,长五之类新运载火箭运力在目前的基础上翻倍甚至翻几倍其价格却不会按比例同步翻倍。因为火箭发动机并没有改变,大量生产中间运力火箭,火箭发动机由于能够大批量生产,单价反而会大幅度降低。所谓的“薄利多销”是也。
因此,一枚中间运力型火箭最多也就是2亿多美元而已。那怕就算是“空载”发射,就算是拿来当“放烟花”玩,最多一次也就是“浪费,打水漂”了2亿多美元而已。
一句话。由于巨型火箭发动机生产技术的巨大进步,人类的火箭运力已经实现了“大跃进”,“阔气了”。往日严重制约人类进入太空的运载能力瓶颈与运载价格都已经实现了大幅度下降。人类已经有“资格”可以大肆“挥霍”运载火箭的廉价运载能力了。
一旦中间运力型火箭大规模批量化生产后,一枚GTO运载能力20吨的中间运力型火箭“贵极”也就是1亿美元(航天飞机那么大,又载人又载物,又要经过那么多步骤的复杂检查,一次飞行也就那8亿多美元,那些液氢液氧与煤油又值多少钱),那怕我就是要用其来发射“一根葱”进入太空,我最多也就是白白浪费了1亿美元而已,与今天价格动不动就以10亿美元计算的大型军事卫星与深空探测器相比较,火箭这点钱算那一根“毛”?!
要知道美国一颗小小的“嗅碳”卫星的价格就要差不多要2亿美元。劳拉公司,波音公司,阿斯特留姆与泰里斯阿采尼亚公司的重型通讯卫星(5000公斤级别以上的)每颗都要3亿美元以上。
问题就出在这里了。由于目前通讯卫星与深空探测器价格昂贵而进入中间运力型运载火箭时代后,进入太空的成本将越来越低,火箭运载单价也越来越便宜。因此从纯商业利益的角度而言,人们在设计通讯卫星与深空探测器时就完全不必要对“超重超大”之类问题过于“吹毛求疵”了,完全可以大幅度地放松卫星设计制造的重量与体积限制余度,这样将会大幅度地降低通讯卫星与深空探测器的设计与制造难度。这样大量使用现成“低成本材料与成熟技术工艺”生产廉价巨型通讯卫星与深空探测器公共平台就大大有利可图了。
因此,只要能够大幅度地节省研发成本与制造难度。中国的东方红五通讯卫星与风云四气象卫星只使总重突破10吨甚至达到14吨又如何?!反正长征五号火箭GTO运载能力就达14吨,每枚价格不到1亿美元。同样功能的通讯卫星那怕波音,阿斯特留姆的只重6吨,而中国的却重达14吨。但只要东方红五通讯卫星单价可以控制在1亿美元左右,这样东方红五通讯卫星连带一枚长征五号火箭合计不过2亿美元,这样中国的“巨型廉价”通讯卫星也照样可以将波音,劳拉与阿斯特留姆杀个片甲不留。因为通讯卫星都是要发射入太空才能用的,在太空的东西只要“能用与好用”,客户谁管你是大是小了,只要够便宜,你重14吨或重6吨没人会管也没有人会在乎。
但很显然,在保持同等功能的前提下,总重量限制为14吨的通讯卫星的设计难度当然要远远低于总重量限制只有6吨的通讯卫星。这样将能够大大加快东方红五号通讯卫星的研发进度与节省大量的资金成本。
什么天线,太阳能帆板二次展开技术通通不要,甚至可以直接使用钢铁合金来研制东方红五通讯卫星的巨大框架结构。质量强度绝对有保证。而用于巨型东方红五通讯卫星发射的长五火箭“贵极”也就是1亿美元1枚,有足够富余的廉价运载能力来供东方红五通讯卫星的发射随意“挥霍”。
三,廉价巨型通讯卫星与深空探测器平台大发展将会与中间运力型火箭的成长形成良性互动循环
就拿上面的东方红五通讯卫星为例子。由于卫星平台足够便宜,卫星平台体积又巨大,电力能量又充足,用东方红五通讯卫星平台来研制升级版的北斗导航卫星实在是再好不过了,因为重达14吨的东五平台卫星的电能供应完全可达东方红三卫星的5倍以上,再装上直径达6米的“铝锅”通讯天线(连价格昂贵的展开式复合材料天线也一并免掉)。东方红五通讯卫星平台强大的接收与发射功率,完全可以让目前使用中的地面北斗终端接收机的体积重量成倍缩小下降,生产成本也会成倍下降,这显然极为有利于北斗导航系统的全球推广。
同样,巨大廉价的东方红五通讯卫星平台也完全可以用来生产“铱星式”的中低轨道通讯卫星星座。这些结构庞大,电能强劲又燃料充足的东方红五低轨通讯卫星,布置的相控阵通讯天线面积,通讯转发器数量与留轨能力诸多方面都要比目前使用长二丙火箭就能够发射的“小铱星”都要强大太多。即时通话容量也要大得多,地面手机终端的体积与价格也要小得多,便宜得多。因此有足够的能力在全球范围内与中国移动,中国电信与沃达丰,多科莫之类传统电信巨头的地面光纤基站式移动通讯系统一较高下。
而巨大的东方红五通讯卫星平台也可以极方便就改进为深空探测器。如金星探测器,火星探测器。
因为重达14吨的卫星平台装有近10吨的燃料(卡西尼土星探测器重5。7吨,燃料不足3吨),充足的燃料让中国未来的金星,火星探测器有极强的深空变轨能力,进入环绕金星,火星轨道时想什么变就什么变。甚至象今天的嫦娥二号飞船那样,探测考察完金星火星之后还有足够的燃料再飞离金星或者火星轨道再飞到小行星带甚至木星去“游荡”。因为重达14吨的东方红五卫星平台的太阳能帆板面积比即将发射的美国朱诺木星探测器还要大得多。
总结,中间运力火箭的产生将拓展出广阔无垠的空间产业新市场
说了这么多,就是要证明中间运力型火箭时代大发展的各个要素都已经存在了。目前只缺一个“鲇鱼搅拌者”。而这个鲇鱼目前已经产生了,那就是太空探索公司的猎鹰9H重型火箭。这个东东LEO运载能力达50多吨,在生产技术上也没有任何阻碍,更重要的是太空探索公司的“求生”欲望极强,只要有机会它什么都敢去尝试,为了生存它也不会去管世人的眼光与对中间运力型火箭的种种偏见。
如果再出现一个巨型通讯卫星的“偏执狂”,它充分认识到太空探索公司猎鹰9H与中国长征五号之类“廉价重型火箭”的大量出现,所带来的进入太空轨道成本的巨幅下降所导致到的全球通讯卫星与深空探测器市场的变革时机。只要它能够把握住这一极好机会,它必将能够如维珍廉价航空公司那样在欧洲阿斯特留姆与泰勒兹阿采尼亚,美国波音与劳拉等全球通讯卫星巨头统治下的市场中找到暴富的翻盘新机会。
而我就希望中国的空间公司能够成为这个全球通讯卫星市场的“鲇鱼搅局者”。直接大量使用“极低成本”的钢铁铝锅与成熟技术工艺制造巨型通讯卫星的骨架与天线,想法看似非常疯狂,但在中间运力型火箭时代这种廉价又简单的巨型通讯卫星却具有极高的性价比,从而使极大地降低了全球通讯卫星的使用成本,扩展了全球通讯卫星的使用市场与发射密度,从而推动了人类航天工业的新一轮大发展。
这绝对是一个创造奇迹与财富的全新空间时代。

高凉陈君

2011,7,10


希望能够美国航天多一些曲折..........
这年头地主家也没余量啊
我就来说下一下,楼主对于LM5过于乐观了~
目前的的情况就是巨型发动机一大堆,而火箭运力却还停于质子大力神四火箭时代.因此目前人类研制大火箭太容易了,研制大火箭也就能够轻松带航天器设计上的巨大方便性与产生极佳的性价比,等人类的火箭直径加大到20米,LEO运力达1000吨,RD170,RS68的潜力已经用到极限之后,人类又开始有心情在航天器的生产设计上搞创新设计了.
这就象一个家族只有10多人却一年产出几十吨的粮食,又不能够拿到市场去卖.他自然不会急于再去开荒地扩大生产的道理是一样的,等到他家族增长有几百人了,他的后人不想去开荒都不能了.
而目前还是想法什么用好这些多出的粮食,不白白浪费如去酿酒来奢侈享受一下更重要.
高凉陈君CT 发表于 2011-7-10 13:53
目前的的情况就是巨型发动机一大堆,而火箭运力却还停于质子大力神四火箭时代.因此目前人类研制大火箭太容易 ...
没错~对了Falcon9只是大型运载火箭,还有LM5,文中有句措辞有误哦,重型运载火箭就是你批驳的那种巨型发动机一大堆的,哈哈~
dabanya344 发表于 2011-7-9 12:25
看成“中国运力火箭缺失重创NASA项目”,还以为Chimerica要变成现实了呢
话说用大型火箭来完成这个 ...
我也看错了 -- --