高凉陈君点评美日欧三款新火箭未来成败得失.doc

纵谈美日欧三款新主力火箭的未来成败得失命运 在经过长时间的扯皮争吵与算计研究之后，美日欧三者都在最近公布了自己新一代主力火箭的构形设计方案。即美国ULA的火神火箭，日本的H3火箭与欧洲的阿里安6火箭。但仔细对比这三款火箭，却可划分为两个流派，即火神与H3火箭为一个流派，充分继承EELV火箭“光棍芯级即可独立起飞发射”的设计思想；而欧洲的阿里安6火箭为另外一个流派，即依旧保持航天飞机，阿里安5，能源与长5火箭“芯级无法单独起飞发射”的设计思想。从长期的经济运营角度而言，美日欧这三款新主力火箭中，阿里安6火箭的研发与运营经济性注定是最差的，未来前景将一片灰暗。原因容我细细道来。第一，研发费用阿里安6火箭最高。目前美日欧这三款新主力火箭的研制实际上都是为了应对太空探索公司野心勃勃的猎鹰9系列火箭的全球市场挑战而搞的东西。因为只使RD180可以放开进口，如果不大幅度降价销售，ULA的宇宙神5火箭也竞争不过猎鹰9火箭。但ULA与日本新火箭的研制思路就是运力必须保持足够的未来可扩展性，而研发成本则必须能省则省。ULA火神火箭与日本H3火箭充分继承EELV火箭“光棍芯级”即可使用，运力区间又保持高度可扩展性的优点。因此刻意维持保留住目前各自现成的5米直径火箭主芯级的研制生产设施。这样做的核心目的就是可以继续使用现成的火箭生产线来生产新一代火箭，尽量减少新火箭未来量产的工业设备更新投入成本。同样重要的考虑还有火箭芯级直径大小是典型的“三岁定终身”的产物，因此在保证能够成功实现覆盖GTO运力6至7吨的商业发射市场核心竞争区间之外。火箭主芯级直径初始设计数值越大，未来的升级改进潜力就越大。结果ULA与日本都不约而同地选择了5米直径主芯级方案，既充分继承了目前的德尔塔4火箭与H2B火箭的主芯级现成生产设施，最大幅度地降低研发生产成本；又为未来火箭的持续升级改进留下充足的余地空间。如ULA火神火箭还没有采用三发CBC模块并联的重型方案，仅仅捆绑6枚原宇宙神5火箭所用的固体燃料助推器，其GTO运力就已经超出目前版本的德尔塔4H重型火箭20%以上，即GTO运力一举提高到16吨区间以上。未来ULA火神新火箭的运载潜力还有极大的挖掘提升空间。走CBC构形方案，3个CBC模块GTO运力完全可以轻松达到19吨以上，5个CBC模块（即安加拉5构形），其GTO运力一举达到30吨以上也没有任何难事。因此太空探索公司希望通过研制猎鹰9H重型火箭来动摇ULA的美国商业火箭（SLS是政府运营火箭）运力霸主地位远非易事。同样，日本的H3火箭尽管LEX氢氧发动机推力不足，远远没有美国BE4与AR1高达250吨级那样强悍。但由于可以使用3台LEX发动机并联来研制5米直径主芯级，日本的H3新一代火箭也实现了“光棍芯级可单独发射使用”的研制目标。因此未来日本政府一旦“有必要”，通过走CBC构形方案，3个CBC模块其GTO运力可以轻松提升到12吨以上，5个CBC模块其GTO运力更可直达18吨以上区间。这可要比目前的H2B火箭最大GTO运力只有区区8点7吨有巨大的进步。与ULA火神火箭与日本H3火箭所具有的巨大升级改进潜力空间相比，欧洲的阿里安6火箭由于芯级直径“逆潮流而动”反而缩小了（只有4点6米），“光棍芯级”依旧又无法独立发射使用。其未来的改进升级潜力就要弱小得多了。不仅如此，由于阿里安6火箭芯级直径刻意缩小，削足适履，目前阿里安5的芯级火箭工业生产设施也必须大部分抛弃，都要重新来过。这也大大提高了阿里安6火箭的研制生产成本。目前日本的H3火箭政府公布的研制预算投入就要远远低于阿里安6火箭高达40亿美元的研发成本规模；可是阿里安6火箭的未来运力升级改进空间却根本不能与日本的H3火箭相提并论。坦率而言，欧洲目前版本的阿里安6火箭研制方案让人非常不解与困惑，甚至给人完全是多此一举的看法。第二，目前版本的阿里安6火箭设计方案完全是“烂中选择最烂”的方案。“没有最烂的，只有更烂的”。目前版本的欧洲阿里安6火箭的设计方案不仅完全丧失了阿里安5火箭原本具有的巨大升级改进潜力空间，更大大增加了很多不必要的研制成本，完全就是“为了花钱而花钱”。要研制阿里安6火箭，根本就不必要搞到要更改主芯级直径大小的“费力不讨好”的地步。直接保持原来阿里安5火箭的主芯级直径大小不变，改为并联2台火神低温发动机研制主芯级，之后再学习ULA的EELV火箭构形方案，专门研制一款150吨级的小型固体燃料助推器，再通过捆绑不同数量的助推器来实现覆盖GTO运力5吨，8吨，11吨乃至16吨（捆绑目前阿里安五版本的大固推2枚，150吨新型小固推2枚）的所有商业发射区间。这样做的目标就是要在尽量少改动阿里安5火箭的现成生产线的基础上，轻易就能够生产出阿里安6火箭的主芯级来。因为阿里安6火箭的主芯级直径与阿里安5火箭完全相同，都是5点4米。不同的部分就是阿里安6火箭由于并联了2台火神2低温发动机研制主芯级，因此阿里安6火箭的主芯级长度要大幅度加长，装载更多的燃料以提供足够的燃烧飞行时间。至于上面级则与阿里安5火箭一样，完全不变。这样做实际上就是要打造一款欧洲版的德尔塔4火箭。当然由于火神2发动机的推力远没有美国RS68那样强大，并联2台火神2发动机主芯级起飞推力也只有270吨，因此最少也必须捆绑上2枚150吨级小型固体燃料助推器才能执行发射任务。尽管此一版本的阿里安6火箭“光棍芯级”也不能单独使用，但150吨级的小型固体燃料助推器也值不了多少钱，捆绑2枚150吨级小型固体燃料助推器的阿里安6火箭GTO运力也能够达到5吨左右，与其劲敌太空探索公司的猎鹰9火箭的GTO运力相差无几。这样将能够大大增强其市场竞争灵活性，单星可以发射5吨级的大型通讯卫星，双星则可以发射2枚2吨级的新型全电推进通讯卫星。由其在竞争2吨级的新型全电推进通讯卫星发射市场时，此一版本的阿里安6火箭将能够给予猎鹰9火箭巨大竞争压力。原因就是捆绑4枚150吨级小型固体燃料助推器的阿里安6火箭的GTO运力能够达8吨左右，可以在发射一颗大型5吨级的通讯卫星的同时再搭配发射一颗2吨级的全电推进通讯卫星。而捆绑2枚目前阿里安5火箭的600吨级大型固体燃料助推器时，GTO运力完全可达13吨以上，捆绑4枚600吨大型固体燃料助推器时GTO运力更可达20吨以上。完全可以与猎鹰9H火箭，俄罗斯的安加拉火箭重型升级版，ULA的火神火箭重型升级版，日本的H3火箭重型升级版同台竞争，一较高下了。高凉陈君认为最合理的阿里安6火箭构形方案如下：使用2台火神2低温发动机并联研制5点4米直径新主芯级。A版本捆绑150吨级小型固体燃料助推器。主芯级推力135*2=270吨。135*2+150*2（捆绑2枚助推器）=570吨。GTO运力5吨左右。135*2+150*4（捆绑4枚助推器）=870吨。GTO运力8吨左右。135*2+150*6（捆绑6枚助推器）=1170吨。GTO运力12吨左右。B版本捆绑阿里安5火箭目前的600吨级大型固体燃料助推器。135*2+150*2+600*2=1770吨。GTO运力15吨左右。135*2+600*4=2670吨。GTO运力20吨左右。135*2+600*6=3870吨。GTO运力26吨左右。一旦如此实施之，欧洲的固体燃料火箭生产商的生存要求安全可以得到满足。研制150吨级复合材料壳体的固体燃料助推器也是“很大”的一笔投资了，法国的弹道导弹生产商没有理由反对。同样，生产火神2低温发动机的欧洲公司的利益也能够得到充分的保证，一次发射就要使用2台火神2低温发动机，一年发射10次就要使用20台火神2发动机，如此何乐而不为？！欧洲的科学界也很满意，“火箭的运力有多大，空间探索的舞台就有多大”。GTO运力达26吨的重型阿里安6火箭完全能够支撑起欧洲人“玩玩”载人环月飞行，发射大吨位空间站舱段平台（50吨级）与及发射木卫二冰月着陆无人探测器之类深空项目等等。而全球商业通讯卫星发射市场也很满意，GTO运力从5吨，8吨，12吨一直无缝覆盖到15吨的阿里安6火箭，将为全球商业卫星发射市场提供充足的选择余地空间。总结，火箭构形设计研究绝对不能够瞎折腾。通过全面对比美日欧三款新一代主力火箭的详细设计方案。美国与日本的设计方案无疑更为合理，也更具研制与运营的经济性。美国日本目前都拥有现成的更小的主芯级火箭生产设施，即ULA的宇宙神5火箭的3点8米直径芯级生产线与三凌重工的H2A火箭的4米直径芯级生产线。但最后美国与日本政府都明智地选择了5米直径芯级方案而抛弃了更小直径的火箭方案。核心原因就是更大的芯级直径方案将能够带来更大的未来升级改进余地空间。火箭主芯级直径大小的选择是典型的“三岁定终身”一锤子买卖。大直径芯级火箭要实现小运载能力很容易，选择一些“性能垃圾”的便宜上面级就可以轻易实现这一目标。美国的德尔塔4火箭当年就有计划要移植德尔塔2火箭的上面级，如此就能够将德尔塔4火箭的GTO运载能力降低到2吨左右。但小直径芯级火箭要想大幅度提升运载能力可就要艰难得多了，当年美国人搞大力神4H（芯级直径3点零5米）火箭时就花了很多的心思“死啃”大型固体燃料助推器，最后研制出推力高达700多吨的UA1207大固推来。只使如此，极限也只能够将大力神4H火箭的LEO运力提升到21吨就尽顶了。今天欧洲人研制阿里安6火箭反而放弃了阿里安5火箭原本的大直径主芯级（5点4米）优势，选择了缩小的4点6米主芯级直径方案，完全就是任性瞎折腾，不将好火箭“做烂”不罢休的节奏。因为无论从运营经济性，升级改进潜力性与技术先进性任何方面我们都找不到支持欧洲人选择这样做的合理理由。如果欧洲人嫌弃目前版本的阿里安5火箭主芯级生产技术过于复杂昂贵，只要不怕增重，完全可以采用更简单的生产技术与更廉价的材料（如主芯级箭体生产采用厚度更大的一般铝合金板材，板材厚度大就更好焊接，火箭箭身的刚性也更好）来生产阿里安6火箭的5点4米直径主芯级。完全不必要缩小直径来“削足适履”，以降低运载能力。毕竟抛弃原来的阿里安5火箭芯级生产线现成的工装设备，再购买新火箭主芯级生产线的工装设备不仅费钱，更要费时费力（如调试等等）。如果目的仅仅是为了让欧洲的火箭生产设施制造商也能够乘机“捞一把”，不如干脆上马多一条5点4米直径火箭芯级生产线来得更为合理。如此两条5点4米芯级火箭生产线开足马力全力运行，阿里安6火箭的年产能达到20枚以上也易如反掌，也就有了足够的资本来与太空探索公司的猎鹰9火箭大打价格战了。因此，今天欧洲人的阿里安6火箭设计方案的确存在重大人为决策失误隐患，完全是将原本的好火箭（阿里安5主芯级）彻底“做烂”了。搞不好面对未来同为西方