火箭规划运力过剩要远远好于运力规划不足样本

火箭规划运力过剩要远远好于运力规划不足。

火箭的运力”够用”是相正确, 美国的宇宙神五当前版本火箭运力在发射新地平线, 朱诺与MUOS卫星后就完全用尽了, 从宇宙神五火箭服役到现在也不过是8年多的事。

长五火箭只要研制成功, 没几年时间也会很快就”用尽”其运力的。

现在的中国已经不是长三乙刚研制成功时的中国了。

现在的东方红四号平台新通信卫星就已经做到5300公斤了, 原始版本的长三乙火箭运力就已经用尽。

探月三期, 空间站核心舱, 东方红五重型通信卫星平台, 再做重几吨很容易。

美国的GPS三代卫星就要比早期的GPS卫星重很多, 要用德尔塔四火箭来发射。

火箭运力不行, 载荷重量就只能迁就火箭运力不得不降低。

当前的天宫一号重量就只有8吨, 如果有现成版的长五火箭能够使用, 天宫一号也一样会做成欧洲的ATV那样重二十吨级别的。

第一, YF77发动机与外国同类型发动机工作时序比较。

其实长五火箭的YF77从技术水准上分析并没有太多值得我们指责的地方, 毕竟这是中国第一次研制大低温发动机。

日本的LE7A, 美国的RS68主芯级燃烧时间都没有长五火箭芯级YF77那么长, 这也大大加大了其研制的难度。

从燃烧工作时间比较, YF77与阿里安五的火神2, 航天飞机的SSME是同一性质的东西。

当然, 如果YF77主芯级的燃烧时间能够缩小到300秒左右, 走日本H2A 的路线, 再加一级( 使用一台YF77研制长五第二级) 要两级半才能够进入LEO, 当前版本的YF77已经进行过500秒试验, 只要再经过600秒长程试验考核就能够装火箭试飞了。

这样抢在首飞也并无不可能。

问题是如果YF77主芯级的工作时间如果缩小到只有300多秒, 长五火箭主芯级使用YF77的实际意义就大打折扣了。

A, 日本H2A火箭LE7A主芯级工作时间:
440 sec( 比冲)
390 seconds ( 工作时间)
第二级LE5B工作情况:
447 sec
534 seconds
B, 阿里安五ECA火神2工作时间:
1,340 kn (301,000 lbf)
431 s
650 seconds ( 火神2持续工作650秒, 比H2A的LE7A长太多)
第二级工作情况:
27.4 kn (6,160 lbf)
324 s
1,100秒
C, 美国德尔塔四H主芯级RS68工作时间更小只有259秒。

410 sec
259 seconds
但第二级RL10B2太强劲, 工作时间850至1125秒。

462 sec
850 - 1,125 seconds
D, 航天飞机主发动机SSME工作时间480秒, 也要比H2A的LE7A长得多。

located on orbiter
5.45220 mn total, sea level liftoff (1,225,704 lbf)
455 s
480 s
E, 前苏联能源火箭的RD0120比冲359-454 sec , 主芯级工作时间( 480秒) 也很长。

480-500 sec
F, 日本的H2B主芯级工作时间更短, 只有352秒。

2,196kn
440 sec
352 seconds
H2B第二级工作时间;
448 sec
499 seconds
显然, 只使同样是使用低温主芯级, 但H2A, 德尔塔四H与阿里安五, 航天飞机, 能源火箭还是存在巨大差别的。

日本的LE7A虽然采用分级燃烧技术, 但由于工作时间远远小于阿里安五的火神发动机, 技术水平与欧洲也只能是仲伯之间, 而与前苏联的RD0120, 美国的SSME还差得很远。

如果中国的YF77真的能够在实际飞行中做到芯级发动机持续工作500多秒, 对于LE7A也不必妄菲薄。

同样是低温分级燃烧发动机, 也一样要分三六九等。

如果长五火箭也走H2A与德尔塔四H的路子, 主芯级YF77工作时间从500秒大幅度下降到300秒左右, 研制难度将大大减小。

如果国家真的要”急用”长五火箭, 能够改为使用4台YF77研制长五主芯级, 当前研制中的氢氧储箱不进行加大, 主芯级工作时间缩小为250秒, 那么现在YF77就能够装箭试验了。

问题是如果不再加装强大的第二级, 这一版本的长五火箭的LEO运力将会很难看, 但也会有十几吨水平, 而GTO运力将只能够达阿里安五早期级别的6, 7吨水平, 比长征七也只好一点点, 基本没有商业价值。

但好歹保着了YF77的命, 最多投入使用之初就要立即启动升级计划, 学习阿里安五的路子, 一步步将GTO运力提升到14吨的初始设计水平。

当然, 如果国家一定要急着赶YF77上架, 这也的确是一个可行的方案。

但YF77生来就是要做巨型低温上面级的命, 低温上面级工作时间往往要比主芯级还要长, 并要具有多次启动能力。

因此无论如何YF77的持续改进工作都会持续上几十年时间的。

比较长五与H2A, H2B, 或者长五真的应该将YF77主芯级工作时间大大缩小才能够按时在投入现役了, 持续工作500秒的YF77改进型发动机能够推动2020年后再投入现役。

总而言之, 要保证服役的时间节点, YF77的技术指标非要降低不可了。

第二, 长五火箭确保首飞成功重于一切。

火箭研制最终由于种种原因”不尽人意”, 最后又推倒重来的例子现实中就有不少。

著名的例子就有波音的德尔塔三与日本的H2火箭。

高凉陈君的意思就是反正当前版本的长五火箭就是因为”迁就”YF77氢氧发动机而研制的产物, 而首飞的时间又迫在眼前。

那么现在干脆就迁就YF77到底, 将YF77主芯级的燃烧工作时间大大缩小到250秒左右, 只要YF77主芯级能够安全燃烧到YF100煤油助推器分离抛弃即可。

这样做的核心目标就是要不惜一切代价都要"养着”YF77, 让YF77能够装箭飞行, 飞不了500秒就飞行250秒什么样? ! 只要YF77在长五火
箭的研制中谋得使用一席之地, 日后再慢慢升级改进就是了。

欧洲阿里安五火箭的火神发动机当年就是这样一路走来, 首飞型号的阿里安五GTO运力只有6吨多, 同样不惨不忍睹; 但日后一步步地改进, 也依旧雄霸商业卫星发射市场。

因此确保长五火箭能够按时首飞并首飞就能成功是压倒一切的核心任务与目标, 为此大幅度下调性能标准也在所不惜。

否则时间久拖不决, 夜长梦多, 政治领导人一”不高兴”, YF77就有可能被立即挤出长五火箭的研制进程。

这是有先例的, 当年苏联为N1火箭而研制的一流发动机NK33就是因为导致了太多的伤心事, 在苏联最终被彻底打入冷宫的。

事实上对于今天的中国而言, 只要长五首飞型号能够一次性成功, YF77到底是燃烧了250秒还是500秒都是并不重要的。

只要长五能够首飞成功了, 其所代表的”政治任务”就完成了。

航天科技的老总们就能够向上级作出了合格完满的交代。

再持续改进升级将是下一代老总们的事。

火箭性能差点日后再升级改进就是了。

可是如果非要让YF77主芯级必须燃烧上500秒, 以当前长五的进度要做到首飞的可能性基本为零。

更为重要的是如果在首飞任务中就爆了, 航天科技老总走人事小, 如果连累到整个长五火箭构形与发动机都必须推倒重来, 如日本的H2火箭那样, 那将会对YF77未来的持续发展产生极为重大的伤害。

老实说, 学习欧洲阿里安五的路子不失为明智的方法。

阿里安五在早期也失败过多次, 但因为火神问题而失败的例子却没有; 而日本的H2却由于发动机性能要求太高, 可靠性极为悲剧, 最终不得不推倒重来。

这个教训世人是有目共睹的。

当然, 如果长五YF77主芯级只能够燃烧工作250秒, 一级半的长五火箭
肯定是无法将载荷送入LEO的, 但补救的方法也非常容易简单, 中国完全能够基于长征四号常温上面级的成熟发动机( 或者长三乙低温第三级的发动机) 研制一款5米直径”过渡性第二级”, 暂时来支撑长五火箭执行LEO发射任务。

尽管加多了一个第二级, 长五的构形有所复杂化了, 但好歹大大缩小了YF77的工作时间, 大大降低了因为YF77性能不足可能导致到整个长五火箭首飞无限期推迟, 甚至流产的不确定性风险, 确保长五在的时间节点上依然能够按时执行首飞任务。

这样做无论是对于航天科技公司本身还是对于YF77本身都是有着长远利益的。

只要长五能够按时首飞, 其加装了一个新的”过渡性常温第二级”又什么样? ! 只要其LEO运力能够保持有20吨的水平, 那么一样也能够应付空间站核心舱的发射任务; 而只要其GTO运力能够保持7, 8吨水平, 执行嫦娥三期任务也一样没问题, 全新研制的东方红五号平台的通信卫星也能够发射, 那么政治领导人与社会大众也没有什么能够再指责航天科技公司的了。

反正长五都是一个”科学试验性质”远远大于商业性质的新火箭, 是一个因为中国”缺课”了航天飞机时代, 导致到遗留下了大型低温发动机研制空白试卷, 在二十一世纪的今天不得不再回去来”补习, 补考”的产物。

因此在研制的策略上”保守一点”, 从而力保”首发成功”, 并没有什么不好的, 步步为营的策略可能更能够为长五火箭一帆风顺的未来发展带来更多的机会与更少的人为阻碍。

因此中国航天部门必须确保长五火箭”首发不爆炸”, 由其是不能够因为YF77的性能不可靠而爆炸。

欧洲阿里安五的火神一性能与可靠性也存在这样那样的问题, 但因为火神发动机的原因在发射过程爆炸的例子却没有。

在中国办事就必须明白”首发成功”的重大政治意义, 由其是长五这种政治性质浓厚的
新型火箭。

首飞爆炸后果非常严重。

因此大幅度缩小YF77的工作时间来确保长五火箭”首发成功”是值得的。

因为这样做降低的不但是技术风险还有”政治风险”。

第三, 长五火箭首飞时间最迟不能迟于。

马死落地行, 没有大推力火箭对中国航天工业的进一步发展的负面影响已经越来越大。

作为世界上最小的空间实验室天宫一号只是大运力火箭缺失负面影响的一个例子。

但影响却已经远不只是天宫一号方面, 当前东方红四号改进型通信卫星的重量就只能够局限于5。

5吨。

这也与长三乙运力的不足有着必然的关系, 如果火箭运力足够, 东方红四号改进型通信卫星的重量做到6吨以上完全能够。

至于说到日本的H2, H2A与H2B火箭由于日本没有大型分段式固体燃料助推器, 因此严重制约了LE7与LE7A主芯级持续工作的时间, 制约了H2系列火箭的性能提升。

那只能够说明日本人做事的逻辑让外国人无法理解。

或者这也能够归因于日本人的”岛民性格缺憾( 一句话总结为鼠目寸光, 没有长远战略规划) ”。

不过日本人能够搞出M5, 要搞出UA1205, UA1207( 700吨级别) 之类的大固体助推器应该不是大问题。

而且大力神的UA1205之类钢壳分段式固体燃料助推器技术水平已经很古老了, 今天印度也能够玩, 日本也没有理由搞不了, 大不了给美国ATK公司补偿一大笔”安全顾问费( 象不得不拉上洛马才能够搞F2那样, 实际是收卖美国政府) ”, 而从ATK进口美国已经停止生产的UA1207生产线。

如果H2A, H2B的主芯级能够捆绑上UA1207级别的大固体燃料助推器, 并大幅度增长LE7A燃烧工作时间, H2A的LEO提升到30吨, GTO运力提升到15吨还是很容易的, 在商业市场也能够很容易打败阿里安五。

这比研制H2B也更能
够充分挖掘LE7A的潜力。

当然LE7A能否真的持续工作500多秒, 还是存在很大疑问的。

事实上留给长五的时间已经不多了。

长五火箭的发展必须充分考虑到政治领导人换届与嫦娥三号月壤取样返回与这个重要时间节点。

如果长五的发展不能够充分考虑领导人的期望意愿, 也一样会带来不可预测的政治风险, 对于航天科技的老总就更是如此。

其实长五主芯级如果不能够”一步到位”就做到持续工作500秒, 那么改为”分几步走”, 先研制能够保证燃烧250秒的初始首发型, 成功之后再逐渐开发工作300秒, 400秒, 最后乃至持续工作500秒的型号。

这样不但能够大大加快长五火箭首飞的时间, 也大大降低了失败的技术风险。

只要YF77装箭首飞成功, 那怕只飞行了250秒。

但其日后在中国火箭工业上的持续运用就有了最坚实的保证; 而只要能够持续保证YF77在长征五号生产的使用, 其日的持续升级改进也是自然而然的事。

欧洲的阿里安五所用的火神发动机就是这样, 早期的火神持续燃烧的时间也只有500秒, 到了现在的火神2才提升到650秒而已。

而尽管中国当前的YF77现在的研制进度与成熟程度比阿里安五早期的火神1更惨, 但也经过500秒长试。

因此, 只要有决心保证长五首飞的时间节点, 将工作时间缩小到250秒, YF77装箭飞行也完全能够。

当然, 这一版本的长五火箭就必须要再开发一个”过渡第二级( 日后YF77能够持续工作500秒之后, 这个”过渡级”就能够取消了) ”才能够执行LEO与GTO任务发射。

如果认为现在就用YF77研制长五火箭的”过渡性第二级”技术挑战巨大, 因为这涉及到YF77的高空版本的研制, 时间进度已经赶不上。

那么研制长五火箭的”过渡第二级”还有更为简单方便的方法, 就是直接将长征二F的第二级发动机拿来, 再研制一个5米直径新上面级壳体就了事, 而且长二F的第二级常温发动机推力更达75吨, 改改下, 增加二次启动能力, 也能够用于发射中国的
太阳同步轨道巨型军事侦察卫星。

因此, 只要有信心与决心, 而且充分认识到保证长五按时首飞( 首飞成功, 再磨合两年, 或者发射嫦娥三号月壤取样返回飞船, 这两个时间节点很重要) 的政治性质, 缩小YF77主芯级持续工作的时间, 再加装”过渡性第二级”这一设想还是具有现实参考意义的。

由于当前YF77只进行过500秒持续燃烧试验。

如果不主动缩小YF77芯级的工作时间, 根本就不能够在实现首飞的目标。

如果硬要让YF77飞上500秒, 由于YF77的可靠性不足, 爆炸将是大概率的问题。

当然。

如果政治领导层能够容忍长五首飞时间大幅度推迟到甚至更迟, 那么缩小YF77主芯级工作时间, 加装”过渡性第二级”来确保长五首飞的时间节点的必要就不存在了。

这是长二丙的飞时序:
飞行时间( 秒)
起飞 0.00
程序转弯 10.0
一子级/二子级分离 121.770
整流罩抛罩 231.670
二子级/分配器分离 616.333
分配器固体发动机点火 2888.347
末速调整开始 2928.347
卫星/分配器分离 3013.347
分配器离轨 3213.347
长二丙的第一级只工作121秒, 第二级工作时间达616-121=495秒。

而长五的YF77主芯级什么也能够燃烧250秒时间, 因此如果采用长二F第二级的YF20发动机研制长五的”过渡性第二级( 常温第二级) ”, 由于燃料储箱直径
加大到5米, 加装上过渡性第二级之后, 整个长五火箭的长度变化也没有增加太多。

当然, 如果YF77发动机主芯级只能够工作250秒, 当前版本的长五芯级在分离前燃料就无法用完, 因此能够采用主芯级装4台YF77的方案来”匹配”当前长五的燃料储箱, 或者采用更方便的办法, 就是仅装一半燃料来执行飞行任务。

这也是没有办法的办法。

因为欧洲阿里安五的火神2低温发动机真空推力130吨, 长度也只有3米, 直径也只有1。

76米。

重1686公斤。

而长五的YF77推力真空只有70吨, 其长度与直径肯定没有火神2那么长与大。

5米芯级并联4台根本不是问题。

当前版本的长五根本就不是为商业市场而准备的产物, 如果国家决策层当初是出于商业经济利益而研制长五火箭, 那么根本就不会考虑使用YF77来研制长五的主芯级, 完全可使用YF100发动机4台来研制长五的主芯级。

当前版本的长五根本就是为YF77而生的产物, 只要确保YF77能够按时研制成功, 并能够装火箭飞行, 并能够长久地为YF77的生存发展提供”长期饭票”就算是大功告成; 而长五火箭投入商业发射市场的”经济性”根本就不是决策层考虑的首要问题。

火神的氢泵来自斯奈克码, 氧泵来自意大利阿维奥集团, 喷管来自沃尔沃集团。

都些世界一流的企业。

而LE7A的氢泵氧泵也是来于三菱重工与石川岛播磨重工, 也均是世界著名企业。

中国基础工业部门薄弱, 这就是YF77为什么迟迟搞不定的核心根源。

现在又听说宝钢要将特钢事业部从上市公司中削离, 一切一言难尽。

希望YF77能够一路走好, 并能够长久地生存下来, 只要YF77能够生存下来, 并在长五的实际生产中能够得来利用。

长五构形什么改都是能够容忍的。

现在已经不能够指望YF77的商业价值了。

它的持续生存就是最大的价值。

YF77可是中国错过航天飞机时代所遗留下来的最大遗憾。

而欧洲的火神与日本的LE7
都是托航天飞机时代的狂热, 托航天飞机的福, 让欧洲与日本均负出了极大的努力与代价才最终搞成功的。

需求能够决定长五立项上马的时间, 但却绝对决定不了何时能够研制成功的时间。

长五的研制难度远远超过921工程, 投入预算将要远远超过921工程4倍, 5倍都不止。

本文发表于4年之前, 如果那时决心基于YF100来研制长五火箭, 打造一个YF100的超级长二捆, 那么就完全没有我今天的感概了。

问题在于今天YF77主芯级版的长五不上马也上马, YF77好歹也经过了500秒长试, 如果现在这个节骨眼上如果再因为研制进度而放弃YF77的使用就太可惜了。

因此才想出将YF77工作时间大幅度缩小来保YF77型号的办法。

只使将YF77工作时间缩小为250秒, 长五在能否保证首飞时间也很紧张了。

而只使首飞成功, 什么也要用两年时间, 发射4, 5枚”试验性火箭”, 才能逐渐稳定成熟下来。

而如果头几枚试验火箭中有一枚发生爆炸或者其它故障, 归零改进等等又要多花2年时间, 这样完全成熟的时间就拖到甚至2020年之后了。

因此, 说国家当前没有长五级别的发射任务需要, 长五进度还能够拖根本就是不了解长五, 阿里安五之类大型火箭研制流程的原因。

长五, 阿里安五这种级别的火箭从立项到成熟, 周期已经是最乐观的了。

老实说, 如果长五不能实现首飞, 真正成熟时间什么也要拖到至2020年左右。

这样一来政治风险就很大了。

欧洲的火神发动机在1988年开始立项研制, 在1994年( 时间记不太清楚) 地面试验时发生过氧泵爆炸事件。

后来阿里安五首次飞行就失败了, 但原因却
不是发动机, 直到1997年才第一成功。

其研制周期为时。

而日本的H2火箭由中曾根政府批准1990年上马研制。

研制过程中大大小小的技术问题左一大箩, 右一大筐, 用将日本研制人员搞得昏头转向。

好在20世纪90年代初日本经济还处于上升周期, 钱的供应不是问题。

但LE7发动机在地面试验中就多次发生”漏火”( 与煤气灶漏火原因一样, 都是发动机的各种阀门, 管道密封出现问题) 问题。

更为严重的的事故还是在H2火箭最终实际飞行上出现, 由于LE7发动机的管道破裂导致了早期一次飞行试验完全失败, 并由此重创整个H2项目, 最终不得不推倒重来。

而H2A的首飞成功已经是之后的事了。

因此, 我们完全可是将H2火箭那几发火箭视为试验性火箭, 真正的”业务火箭”拖到H2A才算大功告成, 只使用如此H2A也在初期失败了一枚, 尽管原因不是LE7A。

因此, 纵观H2系列火箭, 研制周期比阿里安五还要长, 损失也要大得多, 尽管H2首飞比阿里安五要早, 但成熟时间却要远远晚得多。

中国长五火箭国务院立项研制, 最乐观参考欧洲阿里安五与H2系列火箭的研制时间周期, 从立项到首飞成功时间什么都是跑不了的, 而且这还要基于投资力度至少不下降, 如果象俄罗斯安加拉火箭那样投资时多时少, 时断时续, 20年时间都没法搞定也属正常。

因此, 长五的YF77主芯级工作时间只使缩小为250秒, 能够保证首飞成功, 到。

能够完全成熟, 能够”担当大任”都是已经非常乐观的事情了。

如果搞不好, 又不主动降低YF77的性能, YF77又迟迟不能够装箭飞行, 那么首飞时间拖到甚至2020年也不是什么不可能的事。

参考阿里安五与H2的成败得失。

阿里安五的研制经验显然比H2更值得中国学习。

欧洲人一开始就充分认识到大型低温发动机的研制难度, 因此主动降低标准搞了燃气发生器的火神, 结果基于火神的阿里安五火箭日后的研制波折要远远小
于H2, 只使后来不发展升级版本的火神2, 火神1也一样能够担当大任( 而H2的LE7不升级就无法再用了, 因为技术风险极大。

因此LE7升级到LE7A是不得不做的事; 而火神1升级到火神2则是可做可不做的事) 。

而日本的LE7由于技术方案太过激进, 在装箭飞行后就因为LE7的原因爆炸了一枚, 最后连日本人自己也对LE7没有信心了, 最后是H2的LE7乃至整个火箭完全要推倒重来, 直到LE7A与H2A出现之后, H2火箭的研制才算大功告成。

因此, 中国长五火箭的研制是到了必须做出决择的时候了, 降低下YF77的技术标准并不是天塌下来的大事, 只要长五首飞时间能够确保, 并能够首发成功, 那么长五的研制就能够打90分了, YF77工作250秒又什么样? ! 再搞个长五升级方案, 到2020将YF77的工作时间提升到500秒就能够了。

如果非要一步到位, 搞不好就会成为H2第二。

不得不谨慎决策。

现在很多人认为搞长五是很容易的事, 甚至认为其难度比不过搞神舟飞船, 这种认识是完全错误的。

随着时间的推移, 人们将会明白长五火箭的研制难度远远超过神舟飞船的研制, 所要花费的投资也是921工程的数倍以上。

欧洲佬当年仅仅为阿里安五火箭的研制就花费了70多亿美元( 1980至1990年的美元还非常值钱) , 这就足够说明大型低温发动机研制的艰难程度了。

现在细细想来航天飞机时代真是个”冲动”的年代, 美国佬搞了航天飞机, 苏联, 欧洲与日本都追着美国佬的屁股争先恐后也上马航天飞机工程, 以追赶航天飞机的浪潮。

但一番折腾下来, 美国佬挂了十几个航天员, 航天飞机最终也不得不无奈中止; 而苏联干脆飞了一次就收山了事; 而欧洲日本各自胡乱折腾一番最后连能够飞行的航天飞机也没有搞出来。

但冲动惹却不完全是”祸”, 至少苏联赶航天飞机浪潮最终搞出了
RD170与RD0120, 欧洲则是火神1与大型分段式SRB, 而日本的则是LE7与SRB。

老实说, 如果没有航天飞机时代的”无知与冲动”, 苏联人难说, 但欧洲佬与日本佬绝对不会去搞什么火神1与LE7大型低温发动机来研制大型火箭。

最多也是走仅仅研制RD120, YF100这样的一款中等推力( 推力100多吨, 大力神四H的RL87, 质子的RD253推力就处于这一区间) 的煤油发动机来研制一款LEO20, 30吨, GTO5到10吨的火箭来应付商业载荷的发射了事。

现在细细想来, 火神2, LE7A这样的发动机只有搞载人登月之类大工程才能够”人尽其才, 物尽其用”。

用于商业卫星发射, 就有点太过大才小用了, 而且价格也打不过联盟与猎鹰9。

陈天( 高凉陈君)
于广东茂名
, 5, 29。