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如何看待「长征九号即便是造出来了也面临着落后,中国重型运载火箭应该沿着SpaceX路线发展」的观点?

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发表于 2024-9-5 14:28:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着太空探索科技公司(Space X)的可回收火箭事业发展得蒸蒸日上、近日更是被美国国家航空航天局(NASA)选中为登月方案之一。在不断地降低火箭发射成本的同时各种类似于星际飞船(Starship)这类的高大上的「超级火箭」项目进展稳步推进的同时,本人发现在国内的航天圈当中也逐渐涌现出了不少的「唱衰长九」的声音与舆论。他们唱衰长九」不是质疑以我国的航天与火箭技术发展水准来看将来长征九号有没有可能造得出来,而质疑的是将来若干年后即便是长征九号真的造出来了那么也会面临着一出山就即落后」的局面,因为那时美国的以太空探索科技公司的火箭为首的跟长征九号同等甚至更大运载力的火箭发射成本早就已经白菜化」了,所以长征九号根本就是个错误的方向,我国就根本不应该去花费那么多人力物力资源砸那么多钱搞什么长征九号(这种在他们看来应该是技术早已过时的传统型重火箭)。
你们对此怎么看?你们觉得在这种局势与情景下我国航天将来究竟有没有必要去研发长征九号这么一款属于我们的「土星五号」或者「太空发射系统(Space Launching System)」?

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发表于 2024-9-5 14:33:50 | 显示全部楼层
长征九号超重型火箭是大家熟知并且都在期待的一款火箭,也是我国正在研制中的最大的火箭,但关注它的朋友应该都知道这款火箭已经经历了好几个版本的构型,每个构型虽然各有千秋,却也代表着设计思想上的不断进步,继去年龙乐豪院士提出光杆无助推构型的2021版长征九号之后,今年的4月23日,龙院士又提出了一版新的长九构型,虽然也是光杆无助推的形状,但是直径和高度又都变得更大了。

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龙乐豪是中国运载火箭技术研究院运载火箭系列总设计师、总顾问,中国工程院院士,也是探月工程副总设计师,他所讲的话在航天方面的分量是足够重的,今年的4月23日,我国第七个“中国航天日”,龙乐豪院士和多位航天领域权威人物被邀请到北京理工大学的宇航学院,在该校的“航天月”启动仪式暨宇航学院寰宇讲堂首场报告会上,龙乐豪院士进行了航天知识讲座并和师生们进行交流沟通,这期间他公布了长征九号的最新设计方案,迅速引起广泛关注。

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很多朋友都知道龙院士去年刚在香港大学访问时公布了一款新型长征九号构型方案,网络多称为“21版长九(2021年版)”,今年公布的新的版本,基本上相当于又将去年的版本推翻了,那么这款22版(2022年版)长征九号什么样呢?我们先来看一看。

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上图为龙乐豪院士于2021年在香港大学访问时公布的长征九号火箭构型的演变 PPT画面,最右侧为2021版长征九号。

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上图为今年4月23日,龙乐豪院士在北京理工大学公布的最新版长征九号 PPT画面。
根据在龙院士PPT讲稿中亮相的这款22版长九的构图和数据来看,这一最新版长征九号延续了21版的光杆无助推构型,但是比21版又变粗变长了,后者的芯级直径为10.6米,而22长九的直径则已达11米,而且是一级和二级火箭都是直径11米,这比美国当年用来登月的土星五号(一级直径10.1米)还要粗上近1米,也比美国宇航局的SLS超重型火箭(一级火箭芯级直径8.4米)和马斯克的星舰(直径9米)更粗,如果研制成功,那就堪称是史上最粗的火箭了。

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上图为三款长征九号火箭与我国“海南”两栖攻击舰大小比较,左三为2021版长征九号。
在火箭直径上,这实际上已经是长九方案的至少第3次变粗了,2011年推出的长征九号的设计方案的直径是9.5米(另有4个助推器),2021年的是10.6米,今年又变成了11米,可谓是越来越粗了。
不过这款火箭的构型不只是粗,还比较神奇,二级火箭过渡到三级火箭部位时又陡然收缩到直径7.5米,然而到了整流罩部位又猛地加粗到了直径10米,二级三级到整流罩部位的形状就像一个压腰葫芦,很是奇特。
22版长九的高度也变了,变得更高了!总长度已达111米,堪比37层楼的高度,比土星5号高了0.4米,比美国宇航局的SLS火箭(载人版高度98米)高13米,2011版长九方案的高度为103米,2021版长九的高度为108米,而现在又增加了3米,高度也在不断刷新。

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上图最右侧为2021版长征九号,可见其比右侧三款不同构型的2011版长征九号大了不少,而今年出炉的新版长征九号要比2021版更大,可以想象它的体魄该有多惊人。
不但是更粗更长(或更高),火箭发动也也更多了。在关键的装备部件上,长征九号新构型变化最大的是它的发动机,2011版长征九号设计方案为芯一级火箭配备4台YF-130液氧煤油发动机(单台推力约480吨,),4台助推器每台配备2台YF-130液氧煤油发动机,这样一级火箭的总推力可达5800吨左右;芯二级火箭配备2台推力220吨的YF-90氢氧发动机,芯三级火箭则配备4台25吨的YF-79氢氧发动机。

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到了2021版的长九方案,就抛弃了4个助推器,芯一级光杆火箭的底部换成了16台YF135液氧煤油发动机(单台推力约370吨),这样的设计和原先的版本推力一样,但无助推器构型变得简单,空气动力效能更,重量也减轻15吨,发射效率也随之提升。
2021版长九的二级和三级火箭的发动机也更换了,芯二级火箭由原先的2台推力220吨的YF-90氢氧发动机更换为了4台推力120吨的120HO氢氧发动机,推力比增加了40吨,芯三级火箭则由4台25吨的YF-79氢氧发动机换成了一台120HO氢氧发动机,推力增大了20吨。

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​经过这样的一番改进,火箭的起飞重量降低了几十吨,运力和运载效率也随之提高。近地轨道运力由2011版长九方案的140吨上升到150吨,地月转移轨道运力由50吨增加到53吨,地火转移轨道运力达到了45~50吨之间,拥有了更高的运载系数和运载效率。
但2022版长征九号方案最亮眼的变化是发动机,首先是发动机台数又增加了,使用了26台200吨级的液氧甲烷发动机,而且这种发动机还没有型号,应该是还没定项的一款,这样一级火箭的推力为5200吨,推力比前两个版本有所降低,大概降低了700吨的水平,但运载能力并没有降低,近地轨道运载能力为150吨,地月转移轨道运载能力为50吨。

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至于为何要选用液氧甲烷发动机,是因为甲烷这种燃料相对于煤油和液氢来说有不少好处,首先是甲烷和液氧的保存温度相差不大,甲烷是零下161℃,液氧是零下183℃,设置一个冷冻设备分出两个空间,设成不同的温度就能将两者一同保存,但是液氢的保存温度为零下253℃,差别较大,而煤油在常温下就能保存,所以在制冷方面将液氧与煤油或液氢一同放置就比较麻烦,隔温没做好的话,液氢会把液氧冻到凝固,液氧也会把煤油冻到凝固,要做得保险,就需要添加不少必要的东西或设备,这就增加了火箭的重量,使得发射效率比降低。
如今液氢液氧发动机被认为很理想,但实际上液氢的密度很低,火箭中的液氢储存罐至少要比液氧储存罐大5倍,巨大的储存罐也增加了火箭的重量,而甲烷的储存罐则和液氧的储存罐大小相似,所以综合各方面数据和特征来看,液氧甲烷火箭是最佳选择。

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而且这种液氧甲烷发动机还是打造可回收重复使用火箭的最佳选择,这也是马斯克打造星舰非要用“猛禽”液氧甲烷发动机(原版推力为180吨,升级版推力为250吨)的原因,而龙院士公布的新版长征九号PPT图中,该方案的设计宗旨的第一位就是“可重复”使用,所以这回主打的也是长九的“可重复使用”功能。

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上图为星舰上使用的三台“猛禽”液氧甲烷发动机。
或许正是由于液氧甲烷火箭构型和这种发动机的多种优势,龙乐豪院士才用今年公布的2022版长征九号方案才更新了去年的设计,这种液氧甲烷火箭也是打造巨型火箭的最理想选择,甚至将来能做到可回收重复使用,而且如果设计到位,这种发动机的推重比将十分理想,这也使得发动机的体积可以做得很小,那么一级火箭的下端可以安装很多台液氧甲烷发动机。
我们的火箭的发动机数量也并非就是固定不变的,马斯克的星舰一级的下面有29~32台猛禽发动机,最多甚至可以安装37台,但它的直径只有9米,如果我们能研制出和“猛禽”同等推重比的液氧甲烷发动机的话,那么2022版长征九号一级下面能安装的发动机台数就不只是26台了,所以龙院士说的26台很可能是最小的基础性版本,如果敞开了放,直径11米的超级火箭下面甚至能放50台“猛禽”同等发动机,推力可达1万吨,如果能像猛禽那样实现1/3的推力升级,总推力甚至可以达到13000吨的总推力,运载能力则能大增1~3倍。
当然,这还只是目前的一种设想,我国长征九号超重型火箭已经在去年立项进行,制造方案基本就是2011版长九,所使用的各种部件也已经陆续下线,预估未来几年将陆续组装完成,最晚会在2029年之前首飞,它将是新时代我国航天领域的大国重器。

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上图为正在研制中的长征九号的级间环,已经开始制造。

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上图为长征五号火箭(左小)和2011版长征九号火箭(右大)实际比例模拟图。
但这并不代表新版长征九号不会被制造,龙老提出的是可改进的优化方案,它既是对世界先进航天技术的消化吸收再创新,也代表了我国航天事业的未来发展方向。而龙老这两年提出的两个长九版本都是光杆无助推构型,说明这种构型的长征九号巨型火箭将成为新的研制方向,也许今后还会有更优秀的构型,但目前来看22版长九正是最具优势的构型方案。
参考资料:
《光明网》4月24日文章《航天点亮梦想,北理工启动“航天月”活动》
《澎湃新闻》2021年6月24日文章《航天进港日记,香港大学迎来83岁龙乐豪院士,秒变追星现场》

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发表于 2024-9-5 14:42:20 | 显示全部楼层
空叉的成功是自身模式优越,还是建立在美帝航天大产业链基础上的?
最近大火的消息是国产3.35米直径铝锂合金火箭储箱研发成功,猎鹰火箭早就采用了这种储箱,不是马斯克激进,航天一院保守,40年前航天飞机就采用了这种技术,直径达到了8.4米,对于美帝所有火箭企业来说,这都是成熟的技术,所谓前人栽树,后人乘凉。航天飞机尽管在当代有很多争议,但它对美帝整个航天产业链的提升是深远的。
如果未来的长征九号用铝锂合金储箱,那直径是10米量级,能够造10米量级,3.35米到10米的全部尺寸储箱都不在话下,中国也就拥有世界上唯二的全系列铝锂合金储箱制造技术。今天的胖五确实没有用上这种5米直径的储箱,但要把今天美帝有中国没有的技术,捧成太空叉的功劳,恐怕航天飞机和美帝材料业不会认吧。
空叉粉强行将长征九号与SLS火箭等同,实际上两者没有可比性,一个是拥有理论上完全成熟的子系统和雄厚的航天产业链,却迟迟不能捏合,导致跳票成王。一个是处于后发追赶阶段工业国,为了提升各个产业链环节技术能力的大工程,就算最后总体火箭不算最完美最先进,留下的技术积累是巨量的。土星五号和航天飞机是退役了,但没有这种大工程的带动,猎鹰火箭就是无源之水,猎鹰的很多核心工程师都是上面两大工程的参与者。
长九的研发带动的不只是发动机,还有测试系统,材料,力学仿真,工艺控制,这些进步不只是用在区区一款火箭上,整个中国的工业系统都将受惠于此,还会培养一大批航天人才。
星舰不用氢氧机,是因为空叉有猛禽发动机,而且到了星舰觉得要采用氢氧机的那天,美帝航天发动机库有大量的成熟货架发动机可供它选择,SSME这些神器才是最早复用的发动机。氢氧发动机研发取得的材料进步,工艺进步,跟铝锂合金储箱一样,马斯克照样可以用。
现在下马220吨氢氧机倒是符合空叉粉们的胃口,但到马斯克用氢氧机的那天,空叉粉们又会强行忘记,指责为啥中国要下马氢氧机。
美帝洛马刚以44亿美元收购洛克达因,就是造出神器RS-68氢氧发动机的那家公司,空叉粉们只是键盘敲几个字,洛马掏出的可是真金白银,如果不是美帝航天企业,中俄欧日印,440亿刀也买不到的。实际上主流航天势力,没有一个支持氢氧机无用论。日本规划的下一代H3火箭也是氢氧机做芯级,虽然日本能买到梅林发动机和猛禽发动机,甚至能买到蓝色起源的BE4甲烷机,哪怕被很多人诟病的印度航天,也没说直接购买美国甲烷机,空叉粉们觉得自己比世界所有业内人士都更懂氢氧机么?
当然甲烷机也是很有前途的,国内民企做的80吨天鹊发动机进度很好,等到天鹊发动机成熟的那天,它自然可以获得整个航天体系的支持。
做个类比太行发动机,本来是准备配备歼十战斗机,截止到今天,配备歼十六和歼十一的太行发动机远多于歼十,新一代的甲烷机和氢氧机成功后,绝对不可能只配备某一款火箭,国家队火箭用甲烷机,民营火箭用氢氧机都是有可能的,是金子到哪儿都会发光。类似美帝商业航天公司蓝色起源,也用了氢氧机BE3。10米直径箭体制造企业,也可能为中国的民企版星舰造箭体。
谈起复用火箭的话题,世界上第一种装备栅格舵的火箭是猎鹰,第二种是国产的长四乙火箭,一款诞生了二十年,采用毒发,已经进入服役末期的老火箭,这样的老火箭都可以采用复用控制新技术,新一代的火箭永远是不能复用么?
长征九号首发的版本是没有复用,但这不等于它永远不能复用,长征八号R复用如果顺利验证,会逐渐在其他主流型号上应用,官方的说法它是国家队第一款复用火箭,但从来没有说它是最后一款复用火箭。
其他回答下重点谈的921火箭跟长征九号并不是非此即彼的关系,就像洪都的猎鹰教练机和贵飞的山鹰教练机,一个先进技术多,满足长远需求,一个形成战斗力快,满足现实需求,今天两种教练机都修成正果,甚至还有出口。不能说有了应急的山鹰教练机,就不允许搞更贵但性能更好的猎鹰教练机。
空叉粉们言必称星舰,星舰直径9米,如果只能做5米直径的921火箭,不掌握10米大直径箭体制造技术,就算想走复制星舰的技术路线,也是无源之水。
从整个航天大产业来说,复用火箭对于火箭生产商来说是有利可图的,但对于载荷来说,却没有那么高的急迫性。07年开始的北斗和伽利略之争,我国高峰期一年发射18颗导航卫星,用的全部是毒发的老长征火箭,从安全性的角度来讲,它肯定不如欧空局的阿丽娅那火箭,但最终决定频率优先权的是谁先发射足够数量的卫星占住,不是比拼谁的运载工具更先进更廉价。
我国当前的载荷需求是极其旺盛的,这方面跟美帝的差距也是非常明显的,复用火箭当然有发展的必要,但不能让载荷等火箭,载荷生产出来后,迭代最快的方式就是发射上天实际应用,而不是留在地面等一款复用火箭上天。
所以长征九号的复用,对一院利润率来说很重要,但对于巨型火箭要运输的载荷,是没那么重要的。不只是我国采用这种思路,太空叉的猎鹰和重型猎鹰,也有最大推力不回收的版本,说明美帝那边也有更看重推力而不是省钱的载荷需求。

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发表于 2024-9-5 14:44:35 | 显示全部楼层
这个问题,一言难尽,极其复杂,我觉得问这个问题和理解这个问题得弄理清楚自己的思路,也就是以下两点问题。
1.未来低成本行星及深空航天是否会一定会成功?
SpaceX、美国火箭实验室、蓝色起源等公司确实用实实在在的产品证明了低成本地球轨道航天的正确性与必然性,但是目前深空与行星探索尚未被证明。
土星五号带着F-1和J2发动机封存进入了历史的海洋中沉淀,对于这样的历史性火箭美国不再重复的一个重要原因,成本太高。
后来美国不再举国之力搞航天登月,开启了SLS火箭项目计划,建造进展虽然慢还是技术上没有什么难点,当然SpaceX也在搞BFR火箭项目,但是BFR成功的可能性暂未知。
猎鹰9号、重型猎鹰、货运龙飞船、电子号火箭属于低成本航天证明了自己的安全性、可靠性、经济性,载人龙飞船即将努力证明安全性、可靠性、经济性,SLS和BFR还没有证明安全性、可靠性、经济性。
因此我们很难认定中国版"土星五号"一定不符合未来潮流。
2.为什么航天界及一些爱好者们对长九有微词?
首先必须纠正的是对我们看到的PPT上的长九有微词,分为以下几派:
①这一派是第一点中提到的经济性支持者,这一派认为低成本航天未来一定是必然。这一派心中希望中国航天在921火箭与长九之间,选择立项921火箭打两次登月是最佳方案,最具有经济性,低成本办大事。

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②这一派是认为长九我们该造,但是不应该造PPT中的长九,应该造SLS那样的大火箭,要么修改现在PPT中的设计,用一流的煤油一级和氢氧上面级不应该采取落后的设计架构。

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③这一派认为,我们应该以可回收可持续的核心路线,美国土星五号全部生产线和部件大多都被丢弃,因此我们应该摸着鹰酱过河,研究大推力、变节流、一级可回收的新火箭,要有SpaceX搞不成BFR,中国也要搞出自己的BFR的勇气决心,这一派不急着登月,希望走技术可以迭代,不要重走土星五号路线。

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总结了这两个问题,你会发现针对这两个问题以及第二个问题中的三派人,再加上支持就按照现有长九构型设计赶紧研发制造的一派人,一共有四派人,所以这四派人谁都不服谁。
我个人支持立项921火箭+大整流罩,不仅能登月,还能把LEO、GTO等轨道长五的活全干了,长五不能干的也全干了,成本还低,921若是成功,长五、长九都能省下来,航天产线更加统一集中化,生产效率更高,集中精力研发登火甲烷火箭亦或是其他高精尖项目。

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改问题了,改了之后要合理一些,但是这个观点还是先入为主的就将spacex定义为先进,其他类型定义为落后,实际上我国并没有直接spacex的技术基础,另外spacex的定位就是纯盈利的商业公司,这点我国的定位应该和nasa比较相似,spacex同样接受过nasa的技术援助,而我国并没有相关技术储备。
<hr/>如何看待苏联英国法国中国研制的核武器面临着一出来即落后的尴尬局面
如何看待我国航母面临着一出来即落后的尴尬局面
如何看待地球文明的可控核聚变面临着一出来即落后的尴尬局面
不知道持有这类观点的人想表达个什么
落后不就要研究吗,不研究能先进吗?
研究东西是拿来用的,不是用来争第一满足虚荣心的
_______________
现在我大概有些明白这些人想表达的了
与宋美龄女士关于买飞机的问题上看法相当的一致

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你这样回答:
你别参加高考了,反正你考的分数总是不如别人,你的分数一出来就落后!
你别娶老婆了,反正你老婆肯定不如别人家老婆漂亮,一娶就落后!
你别生孩子了,反正你生出来的孩子肯定不如别人家的优秀,你的孩子一出生就落后!
你别找工作了,反正你的工作肯定不如别人工资高,你的工作一签就落后!
你别活着了,反正你肯定没别人活的快乐,你的人生一存在就落后!
你看看,同样的话,套到其他事情上一看是不是就明白了?不是说啥玩意儿都要世界第一才有存在的意义,第一当然是要去争取的,但这是一个过程,不可能一出生就是第一,不能在中途的时候觉得不行就放弃!
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