星舰初步成功标志着我国火箭技术差距又被拉大?别急,好戏在后头

3月15日,星舰第三次发射,这次最难的一级工作正常,并且与二级顺利分离,二级也正常运转。尽管最后星舰二级没有成功回收,但已经创造历史。这意味着星舰确实已经具备将超过150吨载荷一次性送入近地轨道的能力。这是人类造出的运力最大的火箭,并且在未来10年内仍然看不到被超越的希望。

对比我国,运力最强的长征五号运载火箭近地轨道运力仅25吨,不足星舰五分之一,差距被进一步拉大。于是,又有人出来唱衰中国航天。

那么,初创公司Space X为何发展如此迅猛?

其实原因很简单。因为Space X得到技术实力超群的NASA扶持。

二战结束以来,美国几乎把所有类型的火箭发动机都做到极致。想要在工作原理上有更大突破几乎是不可能了。与此同时,美国NASA也意识到它主导研制的高性能火箭发动机成本十分高昂。既然在原理上做文章没什么希望,那就在成本上做文章。于是NASA开始扶持民营企业参与航天事业。民营企业发展航天事业最主要目的还是为了盈利,那么只要给予足够技术、人才支持,民营企业就可以把火箭发动机成本和性能优化到极致,以便最大限度获利。实际上Space X首款运载火箭采用的梅林1A火箭发动机的前身就是由NASA提供的。最后在Space X的快速迭代改进下才蜕变成同级别最强开式循环火箭发动机梅林1D+。

即便是Space X现在的最强火箭发动机“猛禽”全流量液氧甲烷火箭发动机也和NASA密切相关。实际上,这款高性能全流量液氧甲烷火箭发动机前身是NASA为“猎户座”飞船研制的火箭发动机。后来为加快项目进度,该发动机被换成其他方案,但这款发动机却被卖给了Space X。

简而言之,Space X现在之所以这么牛逼,实际上是因为它背靠技术储备雄厚的NASA和拥有先进工业的美国。

然而,千万不要因此轻视中国航天,因为我国决策部门也绝非泛泛之辈。

改革开放以来,我国长年高速发展,从人民吃不饱状态发展到如今已是工业门类最齐全的国家。主要工业品产量世界第一,大量中低端产业被我国垄断,越来越多高端产业正在被我国拿下。如今,在某些国家眼里,我国是比前苏联还要恐怖的存在。

短短几十年取得如此辉煌的成就说明我国的高层决策者一点都不简单。

看到Space X走通可重复使用火箭技术路线之后,不止普通民众高度关注,担心我国被大幅度拉开技术差距,我国高层决策者也同样高度关注。

星舰三次发射,我国的航天部门都第一时间出专业分析报告,分析星舰的技术成果和不足,以及Space X的发展模式,从中吸取经验教训,为我所用。

通过分析,我国航天部门认识到,航天科技集团与Space X在迭代改进效率方面存在巨大差距。这实际上这是国有企业、单位的通病。美国的国有单位NASA同样存在效率低下的问题。

然而国有企业、单位也并非一无是处。

由于不需要考虑盈利问题,即便是入不敷出的项目,只要国家需要,高层一声令下,国有企业、单位也会不计成本推进。那么,由国有企业开展短期内难以回收成本的基础研发就再合适不过了。

我国航天产业与美国同行的主要差距还不是技术成果,而是发展模式。中国航天科技集团已经公开承认,自己对比Space X存在大而不强的问题。

客观来讲,私企为了追求利润,会更加注重效率和效益,但也会导致不重视基础研究的毛病。

稍微认真观察就会发现,国企和私企正好优缺点互补。如果能够将两者结合,我国的很多行业将再次迎来飞跃式发展。

美国的可重复使用火箭之所以能够在这么短时间内发展起来并遥遥领先,靠的正是国有单位+私企合作的发展模式。

NASA在长期发展过程中积累了大量技术成果,还建立了大量配套航天产业。Space X同样是背靠技术储备雄厚的NASA,才能在短时间内发展起来。

借鉴美国的成功发展经验,我国的航天决策部门也做了重大部署。

作为决策者,我国航天决策部门想的是不是如何快速赶超任何一款最先进型号,而是全局统筹,考虑如何快速缩小和美国的整体技术差距,如何更加高效地发展航天产业,如何在不远的将来争取反超美国。

可重复使用火箭实用以后,如何降低进入太空的成本便迅速成了航天产业主要发展方向。目前除了可重复使用火箭之外,理论上空天飞机入轨成本的潜力比可重复使用火箭还要大,但由于仍有大量技术难题有待攻克,目前仍无法确定空天飞机这条技术路线何时能够走通。

那么,我国航天决策部门又是怎么做的呢?重点发展可重复使用火箭还是重点发展空天飞机呢?

小国才做选择题,大全都要!我国发展航天事业的总体思路是补空白、强基础、探新路并重。

一是启动八年九机计划,由国有航天企业负责,以达到快速补全火箭发动机种类的目的。

2022年10月1日,中国航天科技集团六院的微信视频号发布了一个名为《院魂诞生的地方》的视频,透露了“八年九机”液体火箭发动机发展计划。

其中八年是指2021年至2028年。九机是指:1、200吨级全流量液氧甲烷火箭发动机YF215;2、500吨级高压补燃液氧煤油火箭发动机YF130;3、220吨/120吨级高压补燃氢氧火箭发动机YF90/YF91;4、360吨级高压补燃液氧煤油发动机YF135;5、100吨级补燃循环常温燃料火箭发动机YF30;6、85吨燃气发生器循环液氧煤油发动机YF102;7、80吨级液氧甲烷发动机YF209;8、8吨级补燃循环常温燃料火箭发动机YF58;9、25吨膨胀循环氢氧火箭发动机YF79。

这9台火箭发动机几乎都是所在细分领域的佼佼者,如果能够造出可靠耐用的样机,届时我国航天部门的技术储备将有望迅速追平美国同行的水平。

火箭性能主要取决于发动机,把发动机造好了,火箭就差不了。采用不锈钢壳体的星舰技术指标之所以如此惊人,根本原因在于它采用的猛禽全流量液氧甲烷火箭发动机具有单位面积推力高、比冲、推重比领先高压补燃液氧煤油火箭发动机的独特优势。作为初创公司的Space X之所以能够如此迅速研制出这么好的发动机主要是背靠技术储备十分雄厚的NASA。如果没有NASA的人才、技术、设备支持,Space X可能连全套研发、测试设备都还没搞定就破产了。

通过“八年九机”计划,我国就能迅速补上技术储备不足的短板,研制过程中必然会攻克大量技术难题,建立、完善火箭发动机配套产业。以后不论是国有航天企业、单位还是民营航天企业,都能背靠技术储备雄厚的中国航天部门蓬勃发展。想要造什么样的火箭,通过中国航天部门积累的技术储备,就能迅速研发出满足要求的全新火箭发动机。

二是扶持大量民营企业发展航天产业,同时推进所有技术路线,目标不仅仅只是追赶Space X。

2015年12月22日,Space X的猎鹰9运载火箭首次成功回收一级,标志着Space X成功走通了可重复使用火箭技术路线,初步达成大幅度降低航天发射成本的目标。

然而你可能想不到,我国早在Space X可重复使用火箭达成目标之前一年就已经开始行动了。2014年11月,我国出台首个支持商业航天发展的政策。这说明,我国很早就意识到Space X的可重复使用火箭技术路线一旦走通,将给世界带来深远影响,于是早早开始研究如何扶持民营企业参与航天产业发展。

目前回过头来看,我国的商业航天已初步呈现百花齐放的态势。目前已有的火箭发动机种类都有私营企业在发展,发动机试车、测试更是直接借用国有企业、单位的设备,甚至直接引进技术。

此外,还有私营企业在发展新原理火箭发动机,比较有名的是刚刚成功试车的“红龙一号”混合循环液氧煤油火箭发动机,具有制造成本低、综合性能领先的优势。

从目前的发展态势来看,这些民营航天企业与美国Space X公司一样,同样展现出远高于国有航天企业迭代改进效率的优势。按照Space X的发展轨迹来看,未来10年,我国的民营航天企业必将诞生至少一家中国版Space X公司!

三是由国有企业、单位负责具有前瞻性的空天飞机技术路线推进。

空天飞机是前瞻性航天技术路线,没有国家成功研制出采用新概念发动机的空天飞机,技术难度特别大。对于私企来说,这种短期内无法盈利甚至连是否能够研制成功都不确定的项目是非常不适合投入的。因为绝大多数私企无法承受长期入不敷出。那么发展前瞻性项目的任务就只能由国有企业或单位来承担。

在2017年的全球航天探索大会上,中国航天科工集团展示“腾云工程”,其主要目标是:在2030年之前,设计并制造完成中国首架可水平起飞、水平着陆并且可以多次重复使用的空天往返飞行器。目前我国的航天科工集团和航天科技集团都有自己的空天飞机方案正在推进,并且已经取得阶段性成果。从公开的消息来看,我国的空天飞机技术进展已经遥遥领先世界。

综上所述,在看到Space X取得的辉煌成果时,一方面我们要正视差距,另一方面我们也不必惊慌,谁笑到最后还不一定呢。我们要看到,我国航天决策部门也不是毫无作为,而是早已做好宏伟规划,目前也已看到初步成效。只要稳扎稳打,相信过不了多久,我国航天产业也能取得辉煌成果,甚至有望率先研制出具有划时代意义的空天飞机。

最后要强调一点,美国的X37B和我国的神龙轨道器一样,都属于两级组合空天飞机的上面级,目前只能借助运载火箭发射入轨。真正的空天飞机要么是两级组合体,要么是能够单级入轨,自由穿梭太空、大气层的可重复使用水平起降飞行器。只有这样才能摆脱对发射塔的依赖,更加灵活地部署在很多地方,并具备航班化可能性。

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中国航天科技集团分析文章链接:https://mp.weixin.qq.com/s/aStdRcE9Sb6K7ja96GduUg

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页面更新:2024-03-24

标签:空天飞机   火箭   液氧   火箭发动机   我国   技术   后头   美国   好戏   航天   发动机   差距   部门

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