纵谈火箭运力区间战略设计布局的重要性.doc

纵谈火箭运力区间战略设计布局的重要性 分析了二十世纪商业火箭市场竞争的相关数据与众多网友们对运载火箭运力布局设想的发言之后，我想就这一问题再作一次综合性总结概括，当然，这只是一家之言，不足之处还望各位网友多多指正。 回顾二十世纪的商业火箭发射市场，欧洲阿里安四系列火箭的异军突起太出人意料之外了，原因无它，在火箭发动机技术相对美国，苏联并不突出的欧洲居然最终能够在商业市场上居于垄断龙头优势地位，这实在是让人无法理解。那么是何种原因让阿里安四系列火箭最终能够竖子成名呢？！原因就在于阿里安四火箭是人类第一种（长征二号系列火箭则是第二种）彻底实现高度系列化，模块化运营生产的火箭。 阿里安四火箭的发动机推力相对于同时期苏联的RD253与美国的RL87并不存在优势，与中国的长征二火箭的75吨推力发动机也不过仲佰间。但由于其出色地通过组合化，模块化生产运作，加之库鲁基地纬度又低，能够以最低的成本代价覆盖掉了二十世纪绝大部分的商业市场发射区间，结果在国际商业发射市场一炮走红，从此占据了商业发射市场的龙头地位。而推力更出色的RD253与RL87，由于质子与大力神火箭在系列化，模块化方面做得远远不如阿里安四火箭那么出色，结果在商业发射市场上反而竞争不过阿里安四火箭。这实在是一个巨大的遗憾。 我在苏联载人登月工程流产失败警示录一文中明确指出苏联政府没有全力挖掘质子火箭所用的RD253发动机的推力潜力，并基于此一发动机来研制“中间运力型火箭（小巨型火箭）”是其实施载人登月工程的一大败笔。 今天我们再来设想下苏联的RD253版本的重型火箭方案：一， 早期150吨推力版本RD253四芯火箭方案150*4=600吨150*4+150*2（助推器数量）=900吨150*4+150*4（助推器数量）=1200吨150*4+150*6（助推器数量）=1500吨二， 晚期168吨推力版本RD253四芯火箭方案168*4=672吨168*4+168*2（助推器数量）=1008吨168*4+168*4（助推器数量）=1344吨168*4+168*6（助推器数量）=1680吨（另外基于80吨推力的RD0120研制一芯，四芯火箭来应对中小航天器市场发射要求：单芯版本联盟火箭：80=80吨80+80*2（助推器数量）=240吨四芯版本联盟火箭：80*4=320吨80*4+80*2（助推器数量）=480吨80*4+80*4（助推器数量）=640吨80*4+80*6（助推器数量）=800吨）今天我们再来设想下美国的RL87发动机四芯火箭方案一， 早期由于美国还存在土星系列火箭，美国研制四芯版本的大力神火箭还没有必要。二， 晚期由于NASA抛弃了土星系列火箭，空军又退出了航天飞机计划，RL87也升级到120吨推力，马丁。马丽埃塔公司二十世纪八十年代也提议政府要研制四芯版本的大力神重型火箭。我们设想具体方案如下：1204=480吨120*4+120*2（液体助推器数量）=840吨120*4+120*4（助推器数量）=960吨120*4+120*6（助推器数量）=1200吨120*4+700*4（大力神四火箭重刑固体助推器）=3400吨（另外基于德尔塔二型火箭的90吨煤油发动机研制一芯，四芯版本的中小型火箭：单芯版本德尔塔火箭：90=90吨90+90*2（助推器数量）=270吨四芯版本德尔塔火箭方案：90*4=360吨90*4+90*2（助推器数量）=540吨90*4+90*4（助推器数量）=720吨90*4+90*6（助推器数量）=900吨） 如此一来，在二十世纪中期到今天，只使美国放弃了土星系列火箭，苏联放弃了N1火箭，但其空间重型载荷发射能力也远远没有如今天这样萎缩得如此厉害。各自至少能够将其LEO50吨左右，GTO25左右吨的现成空间发射能力一直保持到今天，而在经济成本上根本就不会背上其它任何“额外多余”的负担，因为这四种火箭方案都是高度系列化与模块化的产物，在此基础上维持中间运力型火箭的生存并不必付出其它多余的经济代价。而更不会让后起的欧洲阿里安四火箭（中国的长征二号火箭则由于政治原因无法在商业发射市场抄底）在商业发射市场上成功地抄了美国苏联的“历史大底”。 其实纵观二十世纪人类运载火箭工业发展史，一个重要的教训就是火箭发动机研制得太多，但火箭发动机使用潜力的开发却远远做得不够，由其是对于美国苏联而言这方面的教训由其深刻（至于中国欧洲，由于实力有限，火箭发动机使用潜力的挖掘可要比美国苏联要深得多，阿里安四与长征二系列火箭可谓是人类火箭工业史上发动机使用挖潜的经典案例之作），这不仅造成了经济与空间工业资源上的极大浪费，也实实在在地拖累了人类迈向月球与宇宙深空的时间步伐。 事实上美国二十世纪晚期所发射的麦哲伦金星探测器，伽俐略木星探测器与及卡西尼土星探测器，如果美国政府拥有现成的GTO能力达到25吨等级的四芯版本巨型大力神火箭，其雷达天线还可做得更大，由探测器投入木星与土卫六大气层的子探测器也可以做得更大。但由于受制于航天飞机货舱与大力神四火箭整流罩直径与运力的限制，这些探测器的功能在设计时就受到了很大的限制，而且政府也不可能仅仅为发射这些为数极少的探测器而单独设计一款新型中间运力火箭，如果在早前运载火箭运力规划时没有做好足够的预见，那么就只能利用现成的火箭来应付下，能成功发射上太空就算了，明知不能最大程度地发挥空间探测器的功能，但也没办法。 对于美国而言，火箭芯级推力不足还可以利用其巨型固体助推器的优势加以改进，而苏联则没有这样的可能。由于质子与联盟火箭芯级设计上的高度“特化”，根本就无法添加或者减少助推器，结果导致火箭运力区间布局更为狭窄，回旋余地更小。质子火箭的推力比长三忆要高出300多吨，只使除去哈萨克发射场由于纬度高在发射GTO载荷时所损失的运力，其发射GTO的能力还是要高出长三忆火箭不少，但由于质子火箭发动机布局高度“特化”，结果无论是发射重型通讯卫星还是中型通讯卫星，“五十年不变”的质子照样是要同时使用六台RD253发动机才能执行飞行任务，造成了运力的极大浪费。 同样道理，由于无法添加助推器，在发射空间站舱段与应对载人登月工程时，质子运力又实际上成为“画地为牢”的重大阻碍。回顾当年苏联规划载人登月工程，质子火箭运力的严重不足实际上就是苏联载人环月工程流产的最重要原因之一。至于苏联空间站的建设，如和平号舱段平台的重量与直径，其规划设计一开始就被质子火箭的运力与整流罩直径所“锁定”了，如果质子火箭的运力区间能够延伸到40吨左右，和平号的布局最终也走美国天空实验室的路子是完全可能的，毕竟苏联的礼炮号系列空间站实质上就是缩水版本的“天空实验式”空间站而已，反正都是积木式的“不带返回舱的载人大卫星”，其体积当然就是越大越好了；因为这样在空间站的设计，建造与在轨运行管理方面都能够实现最大程度的“模块化与简单化”。 随着二十世纪的远去，组合式模块化火箭已经逐渐成为人类火箭发展形式的主流，目前美国的阿特拉五，德尔塔四，俄罗斯的安加拉与中国的长五火箭都是这种规