“重型猎鹰”火箭难举美国航天梦
这几天美国媒体的视线聚集在肯尼迪航天中心的39A发射工位上，矗立在这里的SpaceX的“重型猎鹰”超级重型运载火箭把首飞的零时定在了美国东部时间2月6号1:30PM。肯尼迪中心的39A发射工位是个有着许多故事的地方，阿波罗计划载人登月的所有土星五号全部在这里发射升空，这里曾是美国梦升起的地方。SpaceX选择这里作为他的“重型猎鹰”的处女航意味深远。
“火箭无法进入轨道的可能性很大，我希望它能够远离发射台，不会造成发射台损坏，说实话，我甚至认为只要能如此也是一场胜利。”SpaceX的CEO马斯克的这个表白不只是伟大的谦虚，更可能是深深的无奈。重型猎鹰能否重振美国航天的荣光还真是一个大问号。
重型猎鹰说白了就是三支猎鹰9捆绑在一起。它的核心是一枚猎鹰9，另外再把两架猎鹰9的**级作为助推器。所以重型猎鹰的**级就有3x9=27枚“梅林-1D”液氧煤油引擎，在起飞阶段，将有多达27枚“梅林-1D”引擎同时工作。这种构型使得重型猎鹰成为自苏联时代N1超级火箭以来，起飞级引擎总数*多的一款火箭。苏联超级火箭N1正是受30台引擎的拖累而连连失败，*后葬送了苏联的登月计划。
“前车之覆，后车之鉴。”苏联N1血的教训SpaceX不会不知道，只是实在也没有什么其它办法，“没有金刚钻，硬揽瓷器活。”SpaceX造不出大推力火箭引擎，手里只有推力100吨都不足的“梅林-1D”引擎。为提高总推力只能捆绑27枚“梅林-1D”引擎来凑数。
梱绑大量低推力引擎实乃火箭工程中的下下策，其负面因素是多方面的有些甚至是致命的。捆绑不成夫妻，同样道理梱绑大量引擎打造不出大推力重型火箭，这个道理实际上是很容易理解的，否则你我都可以买成千上万只“串天”捆绑起来去月球转一圈了，这天下能有如此好事吗？
梱绑大量引擎会使火箭效率降低。因为每只引擎都有许多的另部件，捆绑许多的引擎必然是大量另部件的重复堆砌，火箭自重必然增加从而导致推重比下降，降低了火箭的工作效率。
另外，并联工作的引擎数量越多，引擎发生故障的概率就越大，运载火箭飞行中，一旦出现单台或者多台引擎故障，就会面临推力不足或推力不平衡等问题，有可能导致任务失败。吸取苏联N1火箭的教训，航天界有一个不成文的规则：火箭**级加助推级的引擎总数不能太多，*好不超过10台。以中国长征系列火箭为例，长征2E/F、长征3B都是8台发动机，而长征5号则是10台，逼近安全上限了。事实上，目前世界各国研制的各型火箭大致都遵守这个潜规则，只有SpaceX的重型猎鹰火箭反其道而行之。
与其说马斯克有造反精神，还不如说他作为资本家对市场利益有着比狗还要敏锐的嗅觉。马斯克感觉到了美国重型运载市场有着难得的好机遇。自七十年代阿波罗计划煙消云散后，美国航天界是刀槍入库、马放南山，几十年中就没有一枚像样的超级重型运载火箭。进入二十一世纪后，眼看中国的航天事业天天向上，迈向月球的脚步声越来越清晰有力。受到中国的刺激，美国决定要征服火星或重登月球，重显世界老大的威风。问题是政客们可以在网页上用PPT登月，NASA没有超级重型火箭怎样实施登月。于是马斯克看到了机会。
2011年，这位SpaceX首席执行官马斯克首次在华盛顿特区的国家新闻俱乐部郑重宣布：他们的重型猎鹰能提供更多有效载荷和更高逃逸速度，这是一枚土星V型退役以来世界上从未有过的超级重型火箭。有道是"世无英雄,遂使竖子成名。”
按2011年提出的*初时间表，重型猎鹰将于2012年底之前将抵达SpaceX西海岸发射地点——加利福尼亚州范登堡空军基地。首次发射将于2013年进行，而卡纳维拉尔角的首次发射将于2013年底或2014年进行。但到2015年中，由于猎鹰9试飞失败而导致重型猎鹰首次发射推迟到2016年底。设计一改再改，计划一延再延，马斯克他们是踢到了铁板，中间的辛酸也只有他们心知肚明。
“事后方知重型猎鹰（的制造）比我们想象的要难得多...其中的难度远远超出我们原先的设想，我们实在过于幼稚了。”这是马斯克的原话。说实话，要重起炉灶设计制造一枚新的超重型火箭本非易事，而要在去工业化的今日美国实施此计划更是难上加难。理想很丰满，但现实很残酷。
重型猎鹰制造计划一波三折、几经磨难，今天终于走上了发射台整装待发，应该说也还是非常不容易。但是仔细分析一下这枚所谓的超重型火箭的各项性能指标，不得不让人扼腕叹息。
让我们先从时间轴上作个前后对比，表一显示了重型猎鹰与五十年前土星五号的主要性能指标。数字显示土星五号身强力壮，力压重型猎鹰，土星的**级只用了5只引擎发出的总推力超过后者27只引擎近5倍！土星五号的运载能力是重型猎鹰的3倍。仅从性能来看，土星五号完胜重型猎鹰，事实上两者几乎就没有可比性。
LingyuNormalLingyu2142018-02-06T04:47:00Z2018-02-06T04:47:00Z1181081112512.00CleanCleanfalsefalsefalsefalseEN-USZH-CNX-NONE /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin-top:0in; mso-para-margin-right:0in; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0in; line-height:115%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} table.MsoTableGrid {mso-style-name:"Table Grid"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-priority:59; mso-style-unhide:no; border:solid windowtext 1.0pt; mso-border-alt:solid windowtext .5pt; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-border-insideh:.5pt solid windowtext; mso-border-insidev:.5pt solid windowtext; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}火箭型号 | 自重M(吨) | LEO(吨) | TLI(吨) | 直径(米) | 火箭级数 | **级引擎数 | **级推力(KN) |
重型猎鹰 | 1420 | 63.8 | 16 | 3.66 | 2+ | 27 | 7607 |
土星五号 | 2970 | 140 | 48.6 | 10.1 | 3 | 5 | 34020 |
再让我们在空间轴上作个左右对比，表二显示了重型猎鹰与各国重型火箭的主要性能指标。从这张表上，不管是左看右看，无论哪里也看不出这枚捆绑有27只引擎的重型猎鹰有什么过人的优势，这真的不像是一枚超级重型火箭。重型猎鹰真的难以担起登上月球飞向火星的重任，单看它三米多点的直径，实际上已经被判出局。现代太空任务的载人飞船和太空望远镜都是又重又大，三米多直径作为重型火箭都不合格，“超级重型”的影子都没有。
LingyuNormalLingyu242018-02-06T04:54:00Z2018-02-06T04:54:00Z1341991123212.00CleanCleanfalsefalsefalsefalseEN-USZH-CNX-NONE /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin-top:0in; mso-para-margin-right:0in; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0in; line-height:115%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} table.MsoTableGrid {mso-style-name:"Table Grid"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-priority:59; mso-style-unhide:no; border:solid windowtext 1.0pt; mso-border-alt:solid windowtext .5pt; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-border-insideh:.5pt solid windowtext; mso-border-insidev:.5pt solid windowtext; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}国家 | 火箭型号 | 自重M(吨) | LEO(吨) | LTO(吨) | LTO/M比率 | 直径(米) |
美国 | 德尔塔4H | 732 | 28.8 | 14.2 | 0.019 | 5.1 |
中国 | 长征5 | 869 | 25 | 14 | 0.016 | 5.0 |
美国 | 重型猎鹰 | 1420 | 63.8 | 26.7 | 0.018 | 3.66 |
俄国 | 质子M | 705 | 23 | 6.15 | 0.008 | 4.1 |
欧洲 | 阿丽亚娜ECA | 780 | 20 | 10.7 | 0.013 | 5.4 |
日本 | H2B | 531 | 19 | 8 | 0.015 | 5.1 |
正如马斯克自己所说：“火箭引擎是目前SpaceX所面临的*大短板。”运载火箭与飞机汽车一样，引擎是它的核心技术。为了把更重的载荷送到更高更远的地方，火箭不仅需要*好的引擎，而且一枚多级火箭需要不同类型的引擎。通常中型以上的液体燃料火箭，它的初级都用大推力但效率略差的液氧煤油引擎，而*后一级都釆用效率高的液氢液氧引擎。这样的高低搭配可以在火箭的性能和价格之间求得*优化。而马斯克手中只有一款液氧煤油引擎—梅林1D，而它的真空状态改型则用来作火箭的第二级，两者性能都*其平庸。表三是目前各国拿得出手的火箭引擎性能比较。
LingyuNormalLingyu202018-02-06T05:04:00Z2018-02-06T05:04:00Z1452602130412.00CleanCleanfalsefalsefalsefalseEN-USZH-CNX-NONE /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin-top:0in; mso-para-margin-right:0in; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0in; line-height:115%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} table.MsoTableGrid {mso-style-name:"Table Grid"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-priority:59; mso-style-unhide:no; border:solid windowtext 1.0pt; mso-border-alt:solid windowtext .5pt; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-border-insideh:.5pt solid windowtext; mso-border-insidev:.5pt solid windowtext; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}国家 | 型号 | 推进剂 | 循环方式 | 地面推力(KN) | 真空推力(KN) | 地面比冲(m/s) | 室压(MPa) |
中国 | YF100 | 液氧煤油 | 相关标准
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