人类大型氢氧发动机研制的艰难程度绝对远远超出人们的想象Word文档格式.docx
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这里一定存在一个“不得不做的理由”,但具体的深层原因我们今天却还是不得而知。
3,日本的LE7发动机演进到LE7A发动机时,日本人也及时重新研制了氢泵。
4,至于原苏联研制的RD0120氢氧发动机,由于其具体的研制信息互联网上极其稀少,到底研制过程中RD0120是否也发生过氢泵与氧泵“不得不”推倒重来的重大曲折事故。
现在还不得而知。
但结合RD0120氢氧发动机单单是地面累积试车时间就高达17万秒的巨大规模来分析,这其中也一定发生了很多“不为人知”的动人故事。
因此,综合人类到目前为止所研制成功的SSME、火神(包括火神1、火神2)、LE7(包括LE7、LE7A)与及RD0120这四款大型氢氧发动机的曲折研制历史过程来分析,高凉陈君认为中国YF77氢氧发动机今天所面临的发展困局也不什么出人意料了,甚至完全可以说是“历史发展的必然”。
人类原创性大型氢氧发动机研制史就是如此“任性”,就是如此的不可理解与复杂困难,你服不服?
坦率而言,大型氢氧发动机就是冷战时代的遗赠与阿波罗工程的“落日余辉”,也只有在那个不惜代价的疯狂时代中,地球人类才会搞出如此伟大与昂贵的空间工程产物。
2019年8月28日
第一节,现在中国重型火箭研制表现出一股非常积极的信号
ssizz兄的这个观点非常有趣,如果这个5米直径储箱是长征五号火箭的2级氢箱,原始版本的悬挂氧箱(德尔塔4式)YF75D低温上面级不再使用。
这就表明末来长征五号火箭真的有可能改为使用二级半构型来执行LEO轨道的重型载荷的发射任务。
这个储箱已特别注明了“厚度大、刚性强”,表明这个东西是能够承载很重的东西的。
当然,921火箭的第二级也能够承载很重的东西,因为上面还要顶个5米直径的YF75D低温上面级与及25吨以上的载荷。
总之,这个储箱很有趣。
还有,这个5米直径储箱是921H火箭的重载型YF75D低温上面级的氢箱也存在可能。
毕竟921H火箭的LTO运力达到27吨,因此921H火箭所用的重载型YF75D氢氧上面级也必然与目前长征五号火箭所用的轻载型YF75D上面级不同。
而且921H火箭所用的重载型YF75D氢氧上面级研制成功之后,也是可以改为让长征五号火箭先来使用的。
早前,高凉陈君就设想过要使用4台YF75D氢氧发动机并联来为长征五号火箭研制一款重型上面级。
一旦这一款重型上面级研制成功,未来长征五号火箭的YF77发动机主芯级的持续工作时间那怕缩小到300秒的水平,要确保LEO运力达到23吨的底线也是完全无压力的事情。
这样用于发射天宫空间站的三大核心舱段平台就完全可行了。
因此,今天公开的这个5米直径储箱真的非常重要,无论是为921火箭还是为了长征五号火箭的改进型而准备,这都表现出一股非常积极的信号。
921火箭的快速推进意外地盘活了深陷发展困局的长征五号火箭。
以目前的发展态势来分析,长征五号+921火箭的重载型YF75D低温上面级的组合杂交火箭大概率会迅速出现。
由于重载型YF75D低温上面级可以承载重达25吨以上的空间任务载荷,因此那怕目前版本长征五号火箭的YF77主芯级的持续工作时间缩小为320秒,此一款二级半构型的长征五号火箭用于执行LEO轨道天宫空间站舱段平台(质量重达23吨)的发射任务时,其运载能力也绝对绰绰有余。
更重要的是,如果长征五号火箭的YF77主芯级发动机的持续工作时间缩小为320秒,执行LEO轨道的发射任务时,YF77主芯级残骸的落区也成功远离澳大利亚的沿海地区(如卡奔塔利亚湾),并因此免去了很多的外交麻烦。
因此在长征五号+重载型YF75D低温上面级的组合杂交火箭出现之后,中国还要啥长征五B火箭的自行车?
而且天宫空间站舱段平台一直以来饱受困扰的结构超重问题,现在也能够一了百了地彻底解决掉。
此一款长征五号火箭+921重载型YF75D低温上面级的组合杂交火箭(如果其YF77主芯级的持续工作时间缩小为320秒的话),根据JOKI兄早前提供的二级半构型长征五号火箭执行LEO轨道任务残骸落区图进行分析,其YF77主芯级残骸的落区则刚刚好处于东帝汶东部的辽阔海洋地区(即班达海与阿拉弗拉海)。
而执行SSO轨道的发射任务时,YF77主芯级残骸的落区则在关丹与新加坡一线以东海域。
执行GTO与LTO轨道的发射任务时,YF77主芯级残骸的落区则在辽阔的菲律宾海洋面。
这简直就是天合之作。
真正的踏破铁鞋无处寻、得来则完全不费工夫。
因此以目前公开的这个5米直径液氢储箱为基础,不追求什么共底储箱,直接再加装上一个大饼型的5米直径液氧储箱。
迅速搞出个“急就章”、完全不考虑结构重量优化的重载型YF75D低温上面级,再与持续工作时间缩小为320秒的长征五号火箭搭配来专门执行天宫空间站舱段平台的发射任务。
高凉陈君认为至多花费2年时间,就足够完成火箭的所有改进任务。
反正天宫空间站的建成时间就是2022年以后,现在就看相关机构如何去决策了。
小结,必须快刀斩乱麻。
高凉陈君认为一级半构型的长征五号B火箭研制项目现在必须一刀砍掉就了事。
而921火箭的重载型YF75D上面级的快速推进,真的给深陷发展困局的长征五号火箭带来了意外逃生的绝佳机会。
只要长征五号火箭肯将YF77主芯级的持续工作时间缩小为320秒(左右),再使用二级半构型的长征五号+921重载型YF75D上面级组合杂交火箭来“通吃”LEO、SSO、GTO与及LTO轨道的所有发射任务,整个长征五号火箭研制项目现在就立即绝地重生。
因此王钰与李东们务必紧紧抓住这一个最后的逃生时间窗口了。
日本H2A\H2B火箭就是成功的发展案例。
高凉陈君再说一句,长征五号火箭再不迅速下决心缩小YF77主芯级的持续工作时间,并改为使用二级半构型来通吃LEO、SSO、GTO与及LTO轨道的发射任务。
就绝对没有未来。
长征五号火箭已经再也经受不起发射失败了。
再舍不得改构型,最后就只能够“改命运、改脑袋(即彻底崩盘玩完掉)”。
长征五号火箭当前最大的困局就是YF77发动机的可靠性不行。
而缩小长征五号火箭YF77发动机的持续工作时间为320秒左右,这的确能够极大增加YF77发动机的工作可靠性,这可是经过长征五号遥2火箭发射失败严峻事实考验的明白无误的事情。
现在又恰恰好有921火箭的重载型YF75D上面级项目在快速推进。
其研究成果长征五号火箭何不借来“用一用”?
因此,长征五号火箭研制项目现在真的到了必须破斧沉舟、下决心背水一战的绝地关头了。
切记、切记。
2019年9月1日
后记(十五)再论日本H2B火箭真的非常值得今天中国的长征五号火箭来学习。
现在可以这样做。
1,长征五号遥3火箭的YF77主芯级发动机的持续工作时间缩小为350秒(左右)。
再走高抛弹道来执行(基于东方红5号公用平台研制)实践试验通讯卫星的发射任务。
反正目前基于东方红5号公用平台研制的重型通讯卫星的重量也只有7、8吨区间。
2,火星2020与及嫦娥五号探测器只能冒险使用完全版长征五号火箭来执行发射任务。
反正火星2020探测器与及嫦娥5号探测器都是纯民用的东西,即使发射失败了也不会伤及国本,因此冒险一下也值得。
3,决心砍掉长征五号B火箭项目。
改为全力推进长征五号+921重载型YF75D上面级组合杂交火箭的研制。
争取在2021年秋天能够首次执行LEO轨道的发射任务。
发射成功之后再连续使用2、3枚这种火箭来执行GTO轨道的发射任务,让火箭的可靠性能够尽快稳定下来。
如果所有任务都连续成功。
最迟在2023年春天就可以使用长征五号+921重载型YF75D上面级组合火箭来执行天宫空间站舱段平台的发射任务了。
如此连续发射4、5次,在1年时间内就足以完成中国天宫空间站的在轨建设任务。
小结,日本H2B火箭真的非常值得今天中国的长征五号火箭来学习。
未来基于五院东方红5号公用平台与及八院9000公用平台研制的军用、民用卫星的重量绝大部分都在7、8吨的区间。
将长征五号火箭的YF77发动机主芯级的持续工作时间缩小为350秒(左右),再走高抛弹道的发射方案,如此至少就能够将长征五号火箭60%以上的积压发射任务都成功解决掉。
因此对于今天的长征五号火箭而言,已经注定就是“能过一关是一关”了。
再强求“高大全”的全能型解决方案,一锤子买卖。
未来结果十有八九就是要“一窝熟”,并且连累整个长征五号火箭研制项目都跟着通通彻底玩完掉。
2019年9月2日
第二节,日本使用2枚H3火箭组合来发射一艘HTVX货运飞船的解决方案的确非常有创意。
很有趣,如果日本的HTVX货运飞船在执行NRHO月球空间站的补给任务时,真的是通过发射2发H3火箭(一枚发射地球脱离级、一枚发射HTVX货运飞船),在高轨道对接后再来奔月进行。
这也未尝不是一次重大的模式创新实践。
如果日本的路子走通了,对于俄罗斯与欧洲而言也是一个真正的重大利好。
由其是俄罗斯,只要将安加拉5火箭升级到安加拉7P,再分别使用一枚安加拉7P发射常温地球脱离级,一枚安加拉7p发射NRHO版本的联盟载人飞船分别进入高轨道,成功对接之后就可执行俄罗斯的NRHO月球空间站的载人运输任务。
按一年执行2次NRHO版本的联盟载人飞船的发射量来计算,只要消耗4枚安加拉7P火箭而己。
至于火神562火箭在发射NRHO版本的星际线载人飞船时,也一样可以依样画葫芦了。
反正目前日、欧、俄三方也不什么愿意投入太多的钱来研制中间运力型火箭,现在就只能如此来八仙过海、各显神通,“撑”过一天是一天。
走日本2发H3火箭组合发射一艘NRHO版本的货运飞船的解决方案,只要拥有LTO运力8至10吨区间的长征5号与及德尔塔4H级别的重型火箭,地球上的大国就可以轻松参与NRHO月球空间站的载人登月游戏了。
因此这一解决方案对于今天的俄罗斯、欧洲与及ULA、诺格系统公司而言都具有非常重要的启发价值意义。
因为他们都缺乏猎鹰9H、SLS与及921H级别的中间运力型火箭,而且也不想花钱投资去研制,这也是近期(未来15年时间内)没有办法的办法。
如果末来大规模生产之后,火神562、安加拉7P与及欧米加火箭的市场价格能够维持在1点5亿美元1枚的水平。
执行一次NRHO月球空间站的载人发射任务不过消耗2枚火神562或者安加拉7p火箭的规模,合计火箭3亿美元。
这一成本代价尽管与猎鹰9H火箭相比差距很大、非常昂贵,但也属于还能接受的程度。
毕竟SLS火箭可是要价高达10亿美元1枚。
当然,目前日本的H3-24火箭的运力还是偏小。
而且发射NRHO版本的联盟载人飞船与星际线载人飞船时,就只能够常温地球脱离级发射在前(例如可以提前2、3个月发射上高轨道进行待机),载人飞船发射在后。
因此火箭的LTO运力达到8至10吨的规模还是非常有必要的。
现在ULA公司的火神562火箭就非常合适,但俄罗斯目前的安加拉5号火箭的运力还是非常不够,因此俄罗斯人未来非要研制运力达到安加拉7P级别的重型火箭不可。
例如使用一台RD180(或者2台RD191)研制安加拉7火箭的4点1米直径的主芯级,再捆绑6枚安加拉5火箭的2点9米直径的RD191煤油助推器。
第二级、第三级与及上面级则完全与安加拉5火箭一模一样。
以俄罗斯人今天贫弱的经济实力,能够搞出此款火箭就足以烧高香了。
至于欧洲,由于他们并没有搞NRHO版本载人飞船的意愿。
因此只要肯走日本2发H3-24火箭组合就发射一艘HTVX货运飞船的技术解决方案,再研制一款“缩小版本”的欧洲ATVX货运飞船,目前的阿里安6火箭也勉强能够应付得过去。
反正21世纪的载人登月工程都是技术上水到渠成、按部就班的产物,各世界大国都是本着“人有我有、不能自认衰仔不参加”来胡乱应付下就了事的从众态度。
因此各大国与及各航天公司基于H3-24、安加拉7、欧米加、火神562与及阿里安6火箭的平台,再稍微升级下,通过2发火箭组合来执行一次NRHO月球空间站载人(或者货物运载)任务也是完全可行的。
反正都已经没有了阿波罗时代的雄心壮志,自然就是什么省钱什么来。
载人航天非常讲求快节奏,那怕是货运飞船的发射也是如此。
因此日本货运飞船指望用电推完全就是异端,生鲜货运让HTVX飞船在奔月轨道“荡”个半年时间,黄花菜都凉了。
当然,有火神562火箭的现成案例可参考,日本人末来大概率会搞个6助推器的H3火箭。
欧洲人的阿里安6火箭未来也一样会如此。
如果使用6个助推器的重型火箭推重比过大,学习德尔塔2火箭,也搞个助推器高空接力点火的方案就可以了。
无论是目前的阿里安6还是H3火箭,要改进到LTO运力达8至10吨的水平,难度都是不大的。
6助推器方案显然研制的经济投资成本最低,在921火箭明朗以前,高凉陈君也主将过中国的长征5号火箭也必须要研制捆绑6枚3点35米直径YF100煤油助推器的重型方案。
按发射进步货运飞船与及天鹅座货运飞船的NRHO版本作为火箭运力的入门设计基准,未来地球上的重型火箭只要其LTO运力能够达到8至10吨的区间,就能够轻松参与NRHO月球空间站的载人登月游戏。
因此目前的德尔塔4H、火神562、长征5号,未来的921火箭的6助推器版(即捆绑6枚120吨推力的小型固体助推器)、H3火箭的6助推器版、阿里安6火箭的6助推器版与及安加拉7火箭都能够成功迈入这个运力门槛。
至于要发射联盟载人飞船与及星际线载人飞船的NRHO版本,走日本人今天使用2枚H3火箭组合来发射HTVX货运飞船的技术解决方案。
安加拉7与及火神562火箭也依旧能够轻松胜任发射任务。
反正正常时期NRHO月球空间站的常驻人数也只有3、4人的规模。
未来俄罗斯、欧洲与及日本三方每一年能够分配到一次货运飞船的运输任务就顶天了。
美国则为3次货运飞船的发射任务。
而载人运输任务,俄罗斯与美国顶天了合计也只有每年4次的规模。
俄罗斯人分配1次任务,美国承担3次任务。
A,这样末来15年时间内,按每年执行一次月球登陆考察任务来分析。
国际NRHO月球空间站的火箭任务分配表就大体如此。
一,美国3枚SLS,2至3枚火神562,1至2枚猎鹰9H(具体采购数量由NASA决定)。
二,俄罗斯4枚安加拉7。
三,日本2枚6助推版H3火箭。
四,欧洲2枚6助推器版阿里安6火箭。
B,参考今天国际空间站的运营态势,如果NRHO月球空间站满载运行。
并且一年安排执行2次月球载人登陆任务。
那么俄罗斯人会每年会执行2次联盟载人飞船的发射任务,而美国则维持4次载人飞船的发射,但货运飞船发射任务增加到6次。
一,俄罗斯人安加拉7火箭的年发射量会增加到6枚。
二,美国人SLS火箭的发射量可以降低至2枚,但火神562火箭则会增加到5至6枚,猎鹰9H火箭会增加到2至3枚的水平。
三,欧洲6助推器版的阿里安6火箭可以增加到4枚的规模。
四,日本6助推器版的H3火箭也可以增加到4枚的规模。
这一规模水平对于各国政府的经济水平而言也完全能够轻松承受。
小结,这一数据模型现在也非常笼统,只有粗略的参考讨论意义,但国际NRHO月球空间站的运营状况大体也只能如此了。
因为目前的日本与欧洲己明确表现出不会研制中间运力型火箭了。
至于俄罗斯,其的联盟5号中间运力型火箭末来到底能够推进到那个程度,甚至能否最后研制成功都完全是个未知数。
但如果能够基于安加拉5号火箭的平台基础,要搞出个安加拉7火箭也的确经济投资成本最低、研制的技术风险也最低,也更有搞成功的希望。
因此,随着2024年关键时间节点的迫近,俄罗斯政府在到底是上马研制联盟5号火箭、还是上马研制安加拉7号火箭的选择问题上,都务必要有一个明确的政治决策了。
重型火箭与中间运力型火箭都是典型的大国名片。
因此在质子火箭退役之后,俄罗斯人现在也只能死抱安加拉五火箭不放了。
而且那么多的投资成本也不是轻易就能够抛弃的。
安加拉五火箭前前后后高达几十亿美元级别的研制开发资金,那能轻易就化为沉没成本?
因此未来三、四十年时间内,俄罗斯人的航天事业也只能够围绕着安加拉系列火箭来转了。
而且按目前的发展态势分析,运力更大的安加拉7火箭未来也必然会上马研制。
因为今天贫弱的俄罗斯人已经“没得选择”了。
但只要安加拉7火箭研制成功,那怕就是在东方与普列谢茨克发射场发射,那怕就是依旧使用常温上面级,其GTO轨道的运力也能够“堆”到9至10吨的规模。
如果未来俄罗斯人能够更进一步,搞出RD0146低温上面级火箭,安加拉7的GTO运力要提升到13、14吨,LTO运力要提升到7、8吨的水平,也还是能够做得到的。
拥有了这一运力规模的重型火箭之后,未来俄罗斯人无论是选择参加美国主导下的国际NRHO月球空间站,还是选择参加中国主导下的亚洲NRHO月球空间站。
俄罗斯人手上都拥有了充足的筹码。
至于联邦载人飞船,未来十有八九都会无疾而终的。
因为经济贫弱的俄罗斯人在联盟载人飞船还能用、堪用的今天,也真的没有什么动力去搞联邦载人飞船的。
而且基于联盟载人飞船的平台要研制升级出NRHO版的联盟载人飞船也非常容易,因此俄罗斯人又何必再浪费太多的钱来搞什么联邦载人飞船?
没钱就必须要有没钱的觉悟,吃块臭豆腐就算过年,这也是当前没有办法的办法。
这也是高凉陈君一直以来为何力主中国必须要研制缩小版的长征五号火箭的核心根源。
就是现在一旦要彻底抛弃长征五号火箭,所造成的沉没成本损失就实在太大了。
因此那怕退而求其次、搞个缩水版本的长征五号火箭,中国都务必要将YF77氢氧发动机研发项目“撑下来”,以待未来。
附:
高凉陈君与JOKI等网友关于NRHO月球空间站人员运输方式的讨论对话。
高凉陈君:
在阿波罗时代,美国人就曾经有过要搞月球版双子星座载人飞船的设想。
如果俄罗斯人也走月球版双子星座载人飞船的发展路线,也基于联盟载人飞船搞一款只能够运载2名宇航员的迷你NRHO版载人飞船。
分别使用一枚安加拉五火箭发射地球脱离级,一枚安加拉五火箭发射迷你版NRHO载人飞船,再走GTO(或者亚GTO)轨道对接组合后再奔月的路径方案。
不知安加拉五火箭的运力可行否?
否则的话,如果俄罗斯人丧失了独立前往NRHO的载人运输能力,其未来在NRHO月球空间站上的权重地位就会彻底边缘化。
因为现在的俄罗斯政府也真的非常贫穷,手头上能够依赖指望的重型火箭也只有安加拉五火箭了。
JOKI兄:
GTO轨道汇合一个是难度高,另外就是不适合载人任务,因为要反复穿越辐射带。
多谢JOKI兄解惑,那么俄罗斯人以后就只能走LEO对接组合的奔月方案了。
没有中间运力型火箭就是左右都不方便,俄罗斯人现在也只能够迁就安加拉5火箭的运力局限来规划NRHO月球空间站的载人运输任务。
安加拉5火箭如果走通了LEO轨道对接组合出发的载人奔月方案,末来对于波音公司月球版的星际线载人飞船的发射也具有重要的示范性指引意义。
因为欧洲、日本与ULA这三家近期明显不会去搞中间运力型火箭了。
A5V一次发射可满足联盟NRHO版(10吨级)的发射需要,二次发射LEO对接可满足联邦/鹰飞船需要,运力比较理想的卡位。
然而替代A7的A5V太监,就已经预示着俄国月球载人计划的停滞。
重型火箭投资更大,短期基本不用指望。
本质上就是长期投资不稳定下,互相拆台,最后组织能力和技术开发能力的全面衰退的结果。
如果只是限定运载2人这样的“小目标”,那么以安加拉5发射24吨(使用DM3改)的地球出发级(兼顾NRHO制动),联盟飞船改进防热和通讯、适当增加推进剂加注量(满足自动力LOP-G返回和2次交汇对接开销)在LEO交汇,理论上是可以执行NRHO轨道站人员运送任务的,开发工作也最小化。
但是连进步飞船改进版都搞不下去的今天,俄国既组织不起这样的开发项目和发射协调,内心又不满足于这么简陋的方案,大概率是要无果而终了。
多谢JOKI兄解答。
马死落地行,随着2024关键时间节点的逼近,俄罗斯人也只能如此选择了。
现在日本人也迫于没有现成中间运力型火箭的重压,不得不搞了使用双发H3火箭组合来发射HTV-X货运飞船的月球版。
未来的俄罗斯人也注定没有了选择与退缩的余地。
当年大英帝国使用14英寸炮的英王乔治五世战列舰也一样只能捏着鼻子上了。
帝国列强间的竞争就是如此的残酷无情,不想被淘汰出局就只必须“顶硬上”。
日本只是配套搞货运,无人也就不用太多考虑辐射问题,GNC强化防护就完了。
加上日本目前没有高性能烃基动力,地球轨道出发性能不足。
氢氧级抑制蒸发和待机能力估计赶不上美国,自身高密度发射能力不足,也等不起。
所以高轨道交汇就是比较合理的选择。
俄国N多年前就有联盟+Fregat,质子打出发级的月球任务设计,上贴方案其实就是这个的变体。
换运力更大的安加拉5火箭以后,出发级可以同时满足NRHO制动,自动力返回地球开销小于LLO,整体方案可以做的更简洁一点。
PS:
联盟飞船的设计太老,光返回舱就2.5吨+、轨道舱也要0.9吨。
其实把轨道舱和返回舱二合一,用现在的新技术复刻一个更大尺寸的返回舱或许更理想。
不过改完以后,估计又发现推进舱太老旧。
以现在俄国的执行力,复刻个7~8吨高指标飞船太折腾。
现在好徒知道俄罗斯与日本人参与NRHO月球空间站的装备投入底线了。
不知欧洲人以后搞不搞月球版的ATV货运飞船不?
否则除了星座载人飞船的服务舱,欧洲人对NRHO月球空间站日常运营的支持贡献实在有点小。
欧洲人的阿里安6火箭再“折腾”一下(如捆绑6枚助推器的升级方案),其LTO的运力要搞到8至10吨的水平还是完全可行的。
改6助推不太可能,移动平台、MLP、导流槽搞不好都得改。
基建在国内尚且要占到一半成本,以欧洲人的尿性,搞不好就是几十亿欧元预算没了。
10吨指标也不是多高,要改不如搞
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