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美国新登月火箭运力不足,发射一次花282亿,土星5号图纸真丢了?

发布日期:2022-09-02 21:13    点击次数:52

经过11年的等待和16次延宕,美国历史上第二大的火箭即将发射升空,若一切顺利,它会把“猎户座”飞船送到月球轨道。这枚巨型火箭专为深空探测任务打造,称作“太空发射系统”,英文简称“SLS”。

美国登月火箭准备发射

美国新登月火箭高度达到98米,一级火箭直径9.8米,它还捆绑了两个直径3.71米的固体火箭,总发射质量达到2500吨。但与著名的土星5号相比,SLS还是稍弱——土星5号总高度为110米,最大直径10.1米,总质量近3000吨。

也许未来新型号的SLS Block 1B会超过土星5号,但它能不能造出来还是未知数。

SLS火箭与土星5号对比

土星5号能一次将重达43.5吨的阿波罗飞船组合体送到月球。SLS火箭荷载只有27吨,不够登月。即便将来Block 1B多加了一级,最大载荷也只有38吨。

但与“前辈”相比,美国这枚新火箭却一点都不便宜。NASA最初研制太空发射系统火箭的预算是100亿美元,到2021年已经花费超过230亿。土星五号在1964-1973年间总共获得64.17亿美元拨款(相当于2020年的354亿美元),看起来比SLS贵多了,但这包括了火箭的改进和13次发射费用。土星5号当时每次发射要花掉1.87亿美元(相当于2020年的10.3亿),而美国宇航局监察长保罗·马丁在给国会提交的报告中称,他的办公室计算出 SLS 前三次飞行每次要烧掉 41 亿美元(约282亿人民币!),他说这个价格标签“不可持续”。

新登月火箭比土星5号更贵

有朋友提出疑问:既然新火箭这么贵,运力又小,为什么不直接用土星5号成熟的设计?难道真如传言讲的——土星5号的图纸丢了?

土星5号图纸丢没丢不知道,但按照NASA的说法,就算是把之前的图纸全拿来,也没办法依样画葫芦。原因有二:之前的供应商大多消失不见;土星五号及其“史上最牛发动机F-1”,都太落后了。

在1960年代,电子计算机还是个新生事物,也是登月火箭必须要用到的设备,被称为土星5号“大脑的大脑”。从发射前数据检查到发射后入轨参数的确认,没有计算机就不可能做到。土星5号的计算机安装在第三级火箭仪器环内部,它的主机频率只有2MHz,比现在任何一部函数计算器都弱;4个内存模块总容量仅16K字节,却重达32.9公斤,因此主机和内存不得不分开安装。

土星5号飞控计算机算力很弱

如此落后的计算机,你今天只能去博物馆里找。不仅如此,航天迷们叹为观止的大推力火箭发动机F-1也是用最原始的工艺生产的,工人们需要将极难焊接的耐高温金属用焊枪焊在一起,几百条焊缝必须完美无缺。正因为有许多技术是通过技术工人手口相传,并没有形成工艺文件,因此当这些人退休之后,F-1发动机的制造就变得不可复制。而今天,类似的工作完全由机器人或者3D打印来完成,所有数据都以数字化方式存储。

土星5号发动机靠人工焊接装配

NASA曾试图重新制造F-1发动机,他们把一台没用过的F-1从博物馆里拉出来,拆成零件,再用激光扫描的方式3D建模,做成数字文档。利用现代工艺,技术团队将F-1发动机的5600个元件整合精减到仅40个,最后打造出全新的F-1B发动机,它的最大推力达180万磅,比F-1增加了15%。

然而新登月火箭最终没选择推力更强大的F-1B,而是使用4台RS-25氢氧火箭发动机,外加两枚固体助推火箭来进行第一级的推进。

SLS采用了航天飞机同款引擎

大家对橙色的新登月火箭印象深刻,因为那是航天飞机燃料箱的颜色。通常火箭表面都要刷白色涂料来反射阳光,使火箭内部的燃料不至于过热,而SLS火箭的橙色是燃料箱隔热泡沫的本色,为了减重,火箭团队没有另外刷白色涂料。

实际上NASA的新火箭几乎是航天飞机的“亲儿子”:燃料箱、引擎都是航天飞机用过的,连那两个巨大的固体助推火箭也只是在航天飞机的基础上加了一节。就这样,SLS还是足足花了11年才第一次发射。

美国新火箭是航天飞机的“亲儿子”

美国新的登月火箭之所以不采用土星5号“现成的技术”,主要因为它的工艺和技术都已经过时,许多“图纸找不到”,NASA认为再造土星5号火箭就等于重新设计,建造成本和发射成本都过高。相比之下,航天飞机的技术更新、更有效率,也更便宜。

另一种观点认为,尽管SLS采用的RS-25发动机推力小,但它比冲高,速度更快,总体比F-1更优秀。推力不足可以利用大推力固体助推火箭弥补,而高速度这对未来深空旅行而言很重要。

登月火箭只执行人员来回运输任务

NASA希望SLS火箭是一款更好更便宜的登月火箭,但现实总是打理想的脸。在已知的未来,SLS火箭的发射成本会远高于土星5号。并且SLS无法单独完成载人登月任务,它没有能力像土星5号那样同时携带载人飞船和月球着陆器,因此还需要靠SpaceX的“星舰HLS”在月球上着陆。空叉的月球着陆器目前还在娘胎里,它的实际费用目前没有任何人可以预测。



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