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澳门mgm880官网传播媒介谈美发出重型运载火箭:中国追赶U.S.科技(science and technology)的路还不短

  原标题:社评:中国追赶美国科技的路还很长很长

问题:为什么美国不再制造土星五号重型火箭,而是去研究新的大推力猎鹰重型火箭?

摘要:中国航天的主要精力将优先放在空间站的建设和运营上,载人登月可能将放在空间站成功运营之后。而美国此次表现出很大决心,又大力利用民间力量,很可能会率先实现重返月球计划。

  埃隆•马斯克创办的SpaceX公司北京时间7日凌晨成功发射了“猎鹰重型”大推力火箭,它是用于阿波罗登月计划的“土星五号”火箭之后现役推力最大的火箭,有效载荷将近中国“长征五号”的3倍。

回答:

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  SpaceX虽是私营公司,但它显然站在了美国科工高水平的肩膀上。尽管“猎鹰重型”的研制也经历了曲折,但从大视角看,它又是美国航天业“信手拈来”的轻松之作。

澳门mgm880官网 2“土星五号”早已完成了历史使命,不可能复活!“土星五号”高110米,直径为10米,能够将140吨的有效载荷送入近地轨道。到目前,“土星五号”仍旧是人类研发出的最大运载火箭。“土星五号”一共发射了12艘“阿波罗飞船”,而且在1969年帮助人类实现了首次登月。然而,随着美国宇航局在上世纪70年代停止了登月项目,庞大的“土星五号”也失去了存在价值,停止建造。

近年来,载人登月再度成为航天强国关注的热点。有媒体认为,美俄之间新一轮载人登月竞赛已拉开帷幕。

  中国航天业是“举国体制”,然而研制重型火箭的工作充满了挑战。根本原因还是我们的基础薄弱,中国的科工综合水平提供不了重型火箭需要什么就给什么的充足条件,设计探索、工艺创新甚至材料升级都要同时进行,因此中国重型火箭的直径每扩大一米,就意味着中国整体科工水平必须跟进一步。

澳门mgm880官网 3既然美国要发展重型运载火箭,重返月球或者是登陆火星,那为什么不重启“土星五号”的建造,反而要另起炉灶研发“重型猎鹰”运载火箭呢?答案很简答,为了省钱,也为了项目的持续性。“土星五号”确实是个大力士,但是技术状态已经落后,而且重新建造需要高昂的成本。

目前,美国航空航天局已将重返月球计划正式命名为“阿尔忒弥斯”,并宣布开放国际空间站太空旅游项目,为实现2024年载人登月筹集资金。俄罗斯也提出了超重型火箭研制计划,计划用新火箭执行载人登月以及月球基地建设任务。

  大推力火箭是提升宇宙探索能力的基础工具,火箭推力不够,一切免谈。“长五”发射迄今成功、失败各一次,总的来说,中国航天已经站到近地轨道20几吨载荷的高度上。但如果要实现载人登月,就必须把火箭载荷提高到比“猎鹰重型”载荷更高的水平上。

澳门mgm880官网 4“猎鹰”系列运载火箭,才是美国未来探索宇宙的新天梯。埃隆马斯克的spaceX公司利用顶级科学家和民间资本,打造出了“私人航天帝国”。“猎鹰-9”和“重型猎鹰”这两种运载火箭的技术,在世界范围内是绝对领先的。“猎鹰-9”可以实现回收和重复利用,大大节约会了成本。而“重型猎鹰”的第一级,也就是两个捆绑助推器、一个芯级助推段用的就是“猎鹰-9”,所以制造容易,而且大部分结构也实现了重复利用。可以说,“猎鹰”系列利用无可比拟的推力优势和价格优势,称霸了国际航天发射市场,也赢得了NASA和美国空军的青睐。未来,通过这种模块化的发展模式,“猎鹰”系列运载火箭还会继续发展和完善,终有一天会超越“土星五号”!澳门mgm880官网 5

另外俄罗斯国家航天集团公司总裁德米特里·罗戈津最近表示,该国将与中国分享研制重型运载火箭的信息,并向中国提议“联手打造月球基地”。仿佛中国也被卷入了这场竞赛之中。

  要知道,美国早在阿波罗登月时期,就有了近地轨道载荷超百吨的“土星五号”重型火箭,它比“猎鹰重型”的推力还大。也就是说,后者可以看成是“土星五号”的“反刍消化”。

回答:

不过航天专家黄志澄认为,在未来一段时间,中国航天的主要精力将优先放在空间站的建设和运营上,载人登月可能将放在空间站成功运营之后。而美国此次表现出很大决心,又大力利用民间力量,很可能会率先实现重返月球计划。

  航天是中国高科技走得比较靠前的领域。尽管火箭推力的差距不能看成中美航天水平差距的标准尺子,但这一差距可以大致看成两国航天实力格局的一个缩影,甚至它还折射了两国综合科技水平的某种对比。

澳门mgm880官网 6土星5号运载火箭,又译农神五号,是美国国家航空航天局在阿波罗计划和天空实验室计划两项太空计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭。土星5号超重型运载火箭是仅次于苏联能源号运载火箭的推力第二大运载火箭。在1967年-1973年间共发射了13枚"土星5号"运载火箭,它们保持着完美的发射记录。共有9枚"土星5号"运载火箭将载人的"阿波罗"号宇宙飞船送上月球轨道。土星五号由三级助推器,仪器舱,有效载荷组成,采用煤油液氧驱动,第一级由5台F-1发动机驱动,第二级由5台J-2发动机驱动,第三级由1台J-2发动机驱动,总推力达到了3400吨,可以将127吨左右的载荷运到近地轨道,号称史上最强运载火箭系统。澳门mgm880官网 7

NASA、民企构成“双保险”

  不仅中国的航天技术和装备水平需要追美国,我们的心态也还需要更多锤炼。航天是需要巨额投资的,它是战略性十分突出的领域。但是中国社会不时冒出轻视航天作用的声音,不如把航天投入用于扶贫和发展教育的糊涂看法有时也能在互联网上招来一些点赞。

猎鹰重型火箭高将近70m,由3枚火箭构成(一枚经过改造的猎鹰9号和两枚回收使用的猎鹰助推火箭),在发射中需要同时启动27台默林火箭发动机,其可以产生将近2260吨的可怕推力,可以将63.8吨的有效载荷送入太空。由于支持助推火箭的回收,多次重新使用,大大降低了使用成本。澳门mgm880官网 8

要实现载人登月,重型火箭是必须跨过的关卡。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,如果按照美国阿波罗计划的登月方案,要求运载火箭的近地轨道运载能力超过百吨,地月转移轨道运力达到50吨以上。

  美国和前苏联都曾为发展航天事业付出过惨痛代价,人类第一名宇航员加加林就死于事故,美国有两架航天飞机爆炸,两组宇航员先后丧生。美俄辉煌的航天成就都是百折不回奋斗的结果,也是富有远见舍得“花闲钱”的结果。

为什么需要研发新的重型火箭?土星五号是冷战下的产物,为了和苏联争霸太空。最终美国赢得了太空竞赛,这是一种不计人力财力下的产物,美国的阿波罗计划耗资近3000亿美元,是整个国家支持下的结果。而现在冷战早已经过去,这种冷战思维已经过时了,土星五号的使用费用太高了,没有任何的经济效益,所以才有了现在的猎鹰重型火箭的诞生,根据space
x的报价一枚猎鹰重型火箭的费用是9000万美元,对于重型火箭来说费用还是比较低的,这次发射成功,是人向前的一大步,为人类未来的太空探索树立了坚实的基础。为火星移民提供了可能。澳门mgm880官网 9

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  近一段时间,有学者宣扬“中国在整体上已基本超越美国”,在舆论场上遭到广泛批评。那种被指“盲目自大”的看法能够堂而皇之地宣扬出来,值得我们深思。这样反常识说话的人大概认为中国社会上有喜欢他这么说的听众。我们非常希望说这种话的人误判了中国社会的态度。

回答:

土星五号发射阿波罗月球飞船

  美国仍然是很多重大高科技领域轻松的领先者,中国是艰难的追赶者。我们必须实事求是地面对中美这一巨大的现实差距,切不可以为中国市场规模的优势是能够逆转中美实力对比格局的压倒性因素。中国追赶美国的路还很长很长。

目前美国SpaceX的目标主要是将航空航天商业化。虽然几十年前美国人确确实实是登上了月球,当时美苏在航天领域的竞争也非常激烈。但是这种竞争更多的是政治任务,其政治意义也远大于实际意义。当时美国开发的土星五号,苏联开发的RD-170等发动机虽然性能确实很牛逼,但是仍然是远远不足以满足航天商业化发展需求的。

阿波罗计划采用月球轨道交会对接方案,是用土星五号火箭,将由指令/服务舱和登月舱组成的飞船送入地月转移轨道。进入月球轨道后,1名航天员驻守指令/服务舱留轨等待,较为轻便的登月舱带着2名航天员落月。登月任务结束后,登月舱抛去降落部分以进一步减重,航天员乘坐上升部分从月面起飞,与指令/服务舱会合并返回地球。

  火箭推力代表了探索的高度,也是大国竞争时站位的高度。站得越高,就越有优势,越主动。中国虽有当前的差距,但无须气馁。至少在火箭推力上,中国追赶美国的脚步是稳健的,“猎鹰重型”的出现不代表这一趋势的改变。十年之后,中国的火箭推力远超“猎鹰重型”现在的水平将是大概率事件。只要我们努力,中国不会长期落后下去。

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这种方案只需一次发射,免去了多次发射、对接、分离的麻烦。但土星五号固然强大,成本也着实昂贵。有人比喻说,发射一枚土星五号火箭,相当于“烧掉”一艘航母。

土星五号火箭的自重就有3038吨,但是近地轨道的运送能力也只有118吨的水平。土星五号发射1次的成本是5亿美元。这是什么概念?同时期的企业号核动力航空母舰的造价也不过4.5亿美元。也就是说我们把一个118吨的东西送到近地轨道需要花掉一艘满载排水量94000吨的核动力航母的钱。从运载的角度讲,其效率真的非常低。

庞之浩说,如今美国的猎户座载人飞船跟阿波罗飞船很相似,载人登月方案也与当年大同小异。为此波音公司正在研制“太空发射系统”,相比土星五号更先进、更便宜。

很明显,这种效率想拿来商业化地发展航天是完全不可能的事情。

SLS将成为有史以来推力最大的运载火箭。庞之浩介绍,该火箭的研制分两步,初级构型下,其近地轨道运载能力约70吨,后续改进型则能达到130吨左右,可以满足载人登月甚至登上火星的需求。

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不过SLS的研制进展缓慢,原计划2017年首飞,目前已推迟到2020年。许多人对美国能否靠它如期实现载人登月表示担忧。

新时代SpaceX的猎鹰-9在这方面就取得了非常大的进步。猎鹰-9的自重为549吨,近地轨道投送质量为22.8吨。近地轨道的投送质量达到了火箭自重的4.15%,而土星五号是3.88%。这方面进步虽然看上去不是很大。但是其单次发射的费用降低到了6200万美元,换算到土星五号当年的币值,单位耗资降低了90%以上。实际上以猎鹰-9的技术,投送能力还能提高很多,不过这个火箭是能够反复使用的,发射后可回收,所以才能大幅度的降低成本。火箭在发射后会自动落回地面,并且发动机会多次点火控制火箭的下落速度,从1300m/s降低到2m/s,如果发动机的燃料全部用来发射,那么很明显能够提高的运载量还会更多。

而黄志澄觉得该计划“成功的可能性超过一半。”他表示,由于受到俄罗斯、中国航天发展的压力,美国加快载人登月脚步的决心很大。尤其是NASA采用了与以往不同的方式,联合了许多民间力量,在着陆器、有效载荷等方面与多家民营公司签订了合同。“这样的合作给美国带来了一定优势,不能低估美国的社会力量。”他说。

总的来看,得益于多年的技术进步,SpaceX的猎鹰-9火箭前景还是非常光明的。

另外黄志澄认为,SpaceX、蓝色起源这样的民营火箭公司,或将与NASA构成“双保险”。SpaceX甚至有可能先于NASA实现载人登月。

回答:

此前SpaceX已成功实施了猎鹰重型运载火箭的发射。庞之浩介绍,猎鹰重型火箭的近地轨道运载能力为63吨,其实只能算“准重型”火箭,但也有办法完成载人登月任务。用该火箭可以分两次发射,先将飞船的不同舱段送到近地轨道,对接后再飞向月球。

首先,最核心的原因是后者的性价比明显高于前者。

中国无需急于载人登月

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2019年2月,俄罗斯月球探测计划流出,其中提到计划于2031年完成首次载人登月,2034年着手建设月球基地。

土星五号又被称为月球火箭,是美国航天局在阿波罗计划和天空实验室计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭,高110.6米,直径10米,起飞重量3038吨,总推力3400吨,可将140吨载荷送入近地轨道,是人类历史上使用过
的最重、推力最强的运载火箭。可以和土星五号媲美的是苏联的能源号火箭,后者可以将重达88吨的有效载荷送入近地轨道。二者都是在二战后美苏冷战中进行的军备竞赛中产生的。

为此,俄罗斯制定了“2020-2030联邦专项计划”,将打造一个超级重型运载火箭项目。

土星五号在1967年11月9日完成首飞,将阿波罗11号成功送上月球,阿姆斯特朗也因此成为踏上月球的第一人。此后,到1973年,土星五号先后执行13次发射任务,其中第13次是发射空间实验室。在完成12次登月和空间实验室任务后,土星五号停产,甚至生产线也被拆除,从此成为传说。

庞之浩介绍,俄罗斯的新型重型火箭发展也将分为两步。其中,已经设计定型的“叶尼塞”运载火箭,将在芯级装备RD-180发动机,还拥有6个配置RD-171MV发动机的助推器。它的近地轨道运载能力最大可达103吨,地月转移轨道运力可达27吨。该火箭计划在2028年首飞,俄罗斯计划用它发射载人飞船,以及月球起飞着陆系统。

但是,值得一提的是,土星五号一次发射费用高达2亿美元,几乎相当于一艘航母的价格。这还是当时的价格,算上通胀的话,这个价钱在今天还要翻上很多倍。因此也有说法认为,美国之所以暂停登月计划,除了冷战中军备竞赛取得胜利外,登月耗资巨大也是主要原因。

同时,俄罗斯还在研制运载能力更强的“顿河”运载火箭。“顿河”能将130吨载荷送上近地轨道,将32吨载荷送入地月转移轨道。该火箭计划于2029年首飞,未来将用于运送月球基地模块。

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俄罗斯的月球计划能否如期实现?庞之浩觉得资金是最大问题。他表示,在技术方面,苏联成功发射过能运载暴风雪号航天飞机的能源号重型火箭,其至今保持着运载能力世界纪录,证明该国已经掌握了重型火箭相关技术。同时,俄罗斯在大推力液氧煤油发动机领域独步天下,美国至今仍需要向俄罗斯购买RD-180发动机。不过,仅叶尼塞火箭的研制费用就需要100多亿美元,加上新建发射场及各种配套设施,花费将超过200亿美元。“俄罗斯很难拿出这么多钱来。”庞之浩说。

相比之下,猎鹰重型的性价比就高多了。

这或许正是他们想跟中国合作的原因。庞之浩说,我国正在研制长征九号重型火箭,与现役运力最强的长征五号火箭相比,其液氧煤油发动机推力由的120吨跃升至500吨,氢氧发动机推力由50吨增至200吨,研制难度很大。如果中俄开展合作,有助于我国完善自己的技术,尽早完成重型火箭的研制,俄罗斯则能获得资金回报。

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