阿爾忒彌斯的SLS巨型火箭矗立在肯尼迪航天中心的39B號發(fā)射臺上,全球媒體都在等著8月29日這枚火箭從這里起飛前往月球,而在1969年7月20日,土星五號火箭載著阿波羅11號飛船就是從它的隔壁39A發(fā)射臺上點火升空的。
但在8月27日,法國《費加羅報》刊發(fā)了一篇文章有些讓人費解,標題很簡潔:“給中國一個信息”,給中國什么信息?該報是這樣描述的:“在短短幾年內(nèi),中國已經(jīng)制定了登月計劃,還要在月球軌道上設(shè)立一個前哨站,這對華盛頓來說是一個嚴重威脅”、“華盛頓向中國發(fā)出了一個非常明確的信息:美國仍有競爭能力”。
SLS火箭:一個搬運航天飛機零件火箭卻延遲了16次
在39B發(fā)射臺上的SLS火箭著實非常威風,橘黃色芯級加上路兩側(cè)兩枚白色的助推器,還有頂部的飛船整流罩和逃逸火箭,真有一種阿波羅計劃登月現(xiàn)場再現(xiàn)的場景,當然美國媒體也是有意無意的將其和阿波羅登月靠攏,這從美媒發(fā)布的攝影作品中就可以看出:
拍攝視角和取景時機都差不多,顯然美媒要把阿爾忒彌斯計劃與當年的阿波羅登月相提并論,而SLS火箭和當年的土星五號的運載能力盡管有些差別,但基本已經(jīng)算是在同一個數(shù)量級上了!
但事實上土星五號絕對要算是一個劃時代的突破,而且在50年后的今天依然是前無古人后無來者,韋恩赫爾·馮·布勞恩博士為土星五號設(shè)計的F1發(fā)動機絕對算得上怪物級,在和前蘇聯(lián)的N1火箭比拼中完勝,但SLS卻無法再提到這個高度,因為它的助推器和火箭發(fā)動機,全部都是航天飛機時代遺留的產(chǎn)物,那個時代,是在阿波羅11號發(fā)射9年以后,也就是1978年!
航天飛機全家福。從左至右:“哥倫比亞號”、“挑戰(zhàn)者號”、“發(fā)現(xiàn)號”、“亞特蘭提斯號”和“奮進號”
SLS火箭:全部用“二手”發(fā)動機,卻推遲了16次
SLS雖然被命名為太空發(fā)射系統(tǒng),但它卻是一個全部由“二手貨”組裝起來的火箭,SLS火箭總共有如下幾個部分:
- 1、兩枚助推器;
- 2、芯一級火箭;
- 3、芯二級火箭;
助推器是五段式固體火箭助推器,其使用的是航天飛機時代的固體助推器系統(tǒng),而芯一級火箭用的是航天飛機的的三臺RS-25氫氧發(fā)動機同一款發(fā)動機RS-25D,只不過航天飛機用的是3臺,而SLS一級火箭用的則是4臺,而且更顯節(jié)約風范的是先把亞特蘭蒂斯號和 奮進號航天飛機的備件用完,然后在未來再用RS-25E的版本。
不過憑良心說,RS-25的指標還是不錯的,這是一種低溫氫氧發(fā)動機,推力為189.6噸,(海平面),232.4噸(真空),海平面比沖366秒,真空比沖為452秒,這個參數(shù)就算是到現(xiàn)在也不會太落后,比如我國長征五號的一級發(fā)動機YF-77,其海平面比沖為316秒,比RS-25還要略低一些。
芯二級火箭用的是RL10火箭發(fā)動機,這是Aerojet Rocketdyne在上世紀60年代開發(fā)的發(fā)動機,盡管一直有在迭代發(fā)展,但當2012年NASA選擇這款發(fā)動機時,其評價是:
RL10是一個非常古老的發(fā)動機,有很多與其制造相關(guān)的工藝……這就是這項研究將要弄清楚的,是否有必要建造一個RL10替代品?
—?戴爾·托馬斯,馬歇爾太空飛行中心技術(shù)副總監(jiān)
使用已有的成熟發(fā)動機來研發(fā)新火箭,這會大大降低工程難度與縮減開發(fā)時間,當然更重要的是減少開支,畢竟一枚火箭中,發(fā)動機是最重要的,剩下的就是為它們配上氧化劑和燃料貯箱,然后一枚火箭就制造成功了。
顯然NASA就是這么想的,想著美國已經(jīng)有過一次登月經(jīng)歷,第二次顯然是輕車熟路,而且選用成熟產(chǎn)品就是要大幅縮短重返月球這個時間,但顯然超出了NASA的預料,從最早的重返月球開始計算,那么是2005年,要是從奧巴馬宣布重返月球開始,那么是2010年!
原計劃是從2016年首發(fā),但讓人無法預料的是它至少被推遲了16次,比原來的六年計劃增加了五年多,而且預算也大幅度增加:
從2011至2021財年,SLS計劃資金總額為230.11億美元,還有上面級(芯二級)火箭開發(fā)的15億美元,另外為SLS組裝、集成、準備和發(fā)射 SLS 及其有效載荷的成本由Exploration Ground Systems單獨資助的,每年為6億美元,至少保證4次發(fā)射,按這樣計算,SLS計劃的總額費用已經(jīng)直逼300億美元。
不得不佩服開發(fā)SLS系統(tǒng)的波音和諾斯羅普的A錢能力,難怪負責美國空軍采購的空軍副助理部長卡梅倫霍爾特少將對美軍國防采購方面吐槽美國武器購買價格太貴了,中國人花1美元能買到美國人20美元才能買到的東西:
China Acquiring New Weapons Five Times Faster Than U.S. Warns Top Official
中國獲得新武器的速度是美國的5倍!
“In purchasing power parity, they spend about one dollar to our 20 dollars to get to the same capability.”
“在購買力評估中,他們花費大約1美元就能得到我們20美元的購買力”
這就是卡梅倫·霍爾特少將對美國現(xiàn)有體系的評價,而SLS這個舊瓶裝新酒的工程,居然搞了12年,花掉300億美元之后才開始第二次發(fā)射。
阿爾忒彌斯:一個帝國時代遺留的計劃,龐大到難以復加
阿爾忒彌斯是阿波羅的孿生姐姐,所以從這個計劃的名稱就可以看出這是一個重返月球的計劃,該計劃最早是從2005年開始,不過當時叫做“星座計劃”,預計在2020年前重返月球,但在2010年時被奧巴馬取消,不過火箭與飛船部分被保留了下來,繼續(xù)開發(fā)。
2017年12月11日,特朗普總統(tǒng)簽署了《太空政策指令 1》,正式實施重返月球計劃,并且為探索火星奠定基礎(chǔ),該計劃之后被正式命名為“Artemis program”,這計劃相當宏偉,主要分為幾個部分:
1、太空發(fā)射系統(tǒng):SLS火箭
2、載人飛船:獵戶座飛船
3、登月飛船:月球著陸系統(tǒng)
4、月球空間站:月球門戶
阿爾忒彌斯計劃的主要設(shè)計思想是非常優(yōu)秀的,它的基本思路是這樣的:
在地月系的拉格朗日L1點將建設(shè)一座月球門戶,名字不重要,其功能是一個小型空間站,地球來的宇航員乘坐SLS系統(tǒng)裝載“獵戶座”飛船在這里“停泊靠港”,修整后“擇機”登陸月球。
月球門戶
準備登陸月球的宇航員乘坐SpaceX開發(fā)的Starship著陸月球,執(zhí)行登月任務(wù),完成各項月面任務(wù)后再返回小空間站“月球門戶”。
獵戶座飛船
與地球之間的“航班”定期輪換,而到月球的“航班”也有規(guī)劃,月球門戶成了地月之間的橋梁,當然也可以從月球門戶出發(fā)前往火星,總之月球門戶未來還可以升級成“深空門戶”。
看起來確實非常優(yōu)秀,因為有了月球門戶,大量物資可以在這里中轉(zhuǎn),并且登月飛船都是重復使用的,未來的登月成本也將大幅降低,并且還兼具了載人火星登陸,NASA設(shè)計的系統(tǒng)果然要比阿波羅登月時代的一次性任務(wù)要優(yōu)秀100倍,那么實地展開是怎樣的呢?
到目前為止,ARTEMIS計劃有3步伐,其中第一步執(zhí)行的是太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)和獵戶座飛船的繞月飛行測試,也就是8月29日的發(fā)射活動,這次并非登月,宇航員在發(fā)射臺周圍拍照也就是造造勢,根本就是無人登月,當然第一次繞月上宇航員顯然是不安全的,也是不負責任的。
表1
第二步則是在2024年5月,四位宇航員乘坐SLS搭載的獵戶座飛船繞月飛行再返回地球,相當于阿波羅10號任務(wù)。
表2
第三步才是正式登月,2025年適當?shù)臅r候?qū)?zhí)行4人登月組,2人登月,2人留在月球軌道看家!至于他們用什么登陸月球,這要表1和表2對照起來看,2025年,星艦會向Artemis III 交付Starship HLS,這是SpaceX為阿爾忒彌斯計劃開發(fā)的月球登陸版星艦,這個結(jié)果是這樣來的:
- 1、2020年4月,NASA向Blue Origin、Dynetics和SpaceX提供資金,用于競爭為期10個月的HLS初步設(shè)計研究;
- 2、2021年4月16日,NASA與SpaceX簽訂合同,使用Starship HLS月球著陸器開發(fā)、制造和飛行兩次登月飛行;
這個事情還曾以引起一場訴訟,Blue Origin起訴NASA將登月著陸器合同給了SpaceX,其實大家都知道,藍色起源和Dynetics想要完成著陸器簡直就做夢,各位看藍色起源的大丁丁發(fā)射的亞軌道飛船就知道了,只有SpaceX更接近現(xiàn)實,只是馬斯克的目標是在有些宏偉,不知道這點時間是否能完成。
Starship HLS登月版
這是SpaceX為NASA專門設(shè)計的登月著陸器版,和星艦的差別是不需要再入大氣層,只要在月球這個沒有大氣層的衛(wèi)星上降落起飛重復使用即可,其工作流程為:
- 1、超重型助推器將Starship HLS發(fā)射到地球軌道上;
- 2、在近地軌道上將完成多次加油(同樣利用重復試用版星艦完成)
- 3、加滿油的星艦HLS版將飛向月球NRHO軌道;
- 4、SLS火箭發(fā)射獵戶座飛船與其會和并完成人員轉(zhuǎn)移;
- 5、星艦HLS版執(zhí)行登月任務(wù),完成后將從月面起飛與獵戶座飛船對接轉(zhuǎn)移人員返回地球;
不知道各位有沒有發(fā)現(xiàn)一個問題,馬斯克家的星艦HLS完全可以獨立完成載人登月,還要SLS和獵戶座飛船干什么?感情NASA只是投點錢贊助馬斯克趕緊把星艦搞起來的意思,這是不是利益輸送?聯(lián)邦調(diào)查局是不是要對NASA審計一下,到底和馬斯克之間有什么貓膩?
阿爾忒彌斯I
當然到星艦登月之時,月球門戶還沒開建呢,而在登月成功后,登月門戶也將逐漸開始建設(shè),未來從載人登月將變成定期航班,并且將開始建設(shè)月球基地,星辰大海的窗戶再次或?qū)⒋蜷_。
要是這個任務(wù)在20年以前執(zhí)行,筆者毫不猶豫地選擇相信燈塔國一定會實現(xiàn)如此偉大的計劃,但現(xiàn)在已經(jīng)是2022年,這個計劃執(zhí)行預計費用是350億美元,不過按NASA和各個承包商A錢的本事,這個350億美元x2完全是有可能的,而且到目前才SLS+獵戶座火箭而已,連計劃的1/3都沒有鋪開,這個坑實在是太大了。
中國登月更為務(wù)實高效,向火星采樣返回看齊
其實在登月問題上種花家還是希望美國能干成,這絕對會成為刺激全球各國的載人航天計劃,但無奈這個坑實在太大,至少種花家真沒多少信心,就像火星采樣返回一樣,美國的計劃從毅力號開始一直延續(xù)到2031年火星采樣返回,整整11年的計劃,由歐空局和NASA合作:
上圖是火星采樣返回的三次發(fā)射計劃,第一次就是火星登陸毅力號采樣,第二次是火星登陸,收集樣品+發(fā)射樣品到火星軌道,第三次是接回樣品返回地球;
其中第三次是歐空局執(zhí)行的,目前因為俄烏沖突,NASA官員對歐空局是否能按時完成這個計劃持悲觀態(tài)度,NASA官員在接受采訪時已經(jīng)表示,毅力號的樣品可能丟在火星上永遠都帶不回來。
NASA決定將任務(wù)拆分
當然即使先不管歐空局,NASA的第二次計劃(收集樣品+發(fā)射樣品到火星軌道),這個任務(wù)已經(jīng)因為確保任務(wù)完成而分成了兩次發(fā)射,一次發(fā)射收集設(shè)備,一次發(fā)個從火星表面起飛的火箭,而任務(wù)計劃也從2031年延續(xù)到了2033年,結(jié)果被中國的火星采樣返回計劃設(shè)定的返回時間表整整超前了2年!
NASA-ESA任務(wù)執(zhí)行流程
火星采樣返回要的就是新鮮感,要是中國人真的在2031年完成了火星采樣返回,無論帶回來多少火星土壤或者巖石樣本,那么這個第一件永載史冊,第二位是誰?百年之后還有誰會記得NASA曾經(jīng)執(zhí)行過一個史無前例的、比第一位中國龐大十倍的計劃?
可以預見的是,阿爾忒彌斯計劃和NASA-ESA火星采樣返回會遭遇同樣的問題,然而中國載人登月計劃已經(jīng)有了時間表,而且很干脆,只有載人登月,沒有NASA那么多花花腸子,當然計劃規(guī)模也更為務(wù)實。
中國載人登月:兩步走
龍樂豪院士在《科創(chuàng)中國·院士開講》第十二期節(jié)目中公布了中國載人登月計劃,時間指向2030年,計劃將使用兩枚CZ-5DY火箭!《院士開講》的PPT28頁,龍樂豪院士介紹了整個登月計劃的內(nèi)容,其中有非常關(guān)鍵幾個內(nèi)容:
- 1、研制新一代載人火箭;
- 2、載人登月時間為2030年前后,可能提早也可能略微延遲;
- 3、載人登月火箭總共發(fā)射兩次,在環(huán)月軌道對接;
- 4、登月環(huán)節(jié)包括:登、巡、采、研、回 四個環(huán)節(jié);
- 5、登月火箭詳細技術(shù)參數(shù);
其中比較關(guān)鍵的信息是兩枚火箭在環(huán)月軌道對接,而不是在近地軌道上對接后飛向月球,另一個則是登月環(huán)節(jié),包括了:登、巡、采、研、回等。
我國目前就是缺大推力的運載火箭,用兩枚CZ-5DY(CZ-5的登月版)比CZ-9更為務(wù)實,畢竟CZ-5還是一個比較成熟的平臺,用它的運載能力,2枚火箭完成一次任務(wù)還是非??孔V的,這要比CZ-9火箭更為保險。
按計劃,我們將在2030年前后完成載人登月任務(wù),似乎看起來比美國人的2025年要延遲5年可能還不止,但阿爾忒彌斯計劃存在比較大的不確定性,這個計劃延遲是必然的,但延遲多久卻不太好確定,極端的情況下被中國超前完全有可能。
“我堅持認為美國需要快速登月,一場全新的太空競賽正在來臨,只是現(xiàn)在的對手已經(jīng)變成了中國”,這是NASA局長比爾·納爾遜在2021年11月9日在電話會議中的發(fā)言,也許他將一語成讖。(完)
參考:
https://www.rfi.fr/cn/%E4%B8%93%E6%A0%8F%E6%A3%80%E7%B4%A2/%E6%B3%95%E5%9B%BD%E6%8A%A5%E7%BA%B8%E6%91%98%E8%A6%81/20220827-%E7%BB%99%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%9A%84%E4%B8%80%E4%B8%AA%E4%BF%A1%E6%81%AF?ref=tw