国战会论坛》从SpaceX星舰发射 看中国神龙号太空征程(谭传毅)
SpaceX 20日发射全球最大火箭Starship,惟在升空后4分钟爆炸。图/路透
马斯克的SpaceX进行「星舰」(Starship)发射测试,虽然成功升空,但在第一节推进器分离前就发生爆炸,恐怕烧掉了约30亿美元(约917亿元新台币)。
关于这种可重复使用的火箭或太空飞行器,我们采用中国大陆的名词,近几十年中国大陆的航太空事业进展迅速,对于名词也比较讲究。
空天飞机与航天飞机
由于外形大小、功能、发射方式的不同,区分出「空天飞机」以及「航天飞机」。两者最大的相似之处,就是都能够在地球低轨道执行任务,又能够独立返回地面,是可以重复使用的轨道飞行器,甚至于连外形上也差不多。主要差异在于:
第一,从外形来看,空天飞机比较小、而航太飞机比较大。航天飞机相对很大,如美国NASA的挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号、奋进号等,可装载24吨货物。而空天飞机小得多,以X-37B为例,只能载荷约2吨左右;空天飞机只能算迷你版的航天飞机。很明显,马斯克的星舰属于大型的航天飞机。
第二,功能不同。航天飞机主要用于太空探索以及太空与地面往返(Shuttle);空天飞机除了具备太空梭的功能,还有商业用途,例如快速穿梭于世界各大城市运送客,并可用于侦察、远端打击和轰炸,争夺制空权和制太空权。
第三,发射方式不同。太空梭发射只能采用(可重复使用)火箭发射架垂直发射,而空天飞机可采用火箭垂直发射、也可搭载在飞机上水平发射。
第四,动力系统不同。航天飞机只能装备在太空飞行的火箭发动机,例如星舰的第一级与第二级推进器都是火箭发动机。空天飞机则同时安装冲压发动机和火箭发动机,既可在无氧条件下飞行,也可在进入大气层后飞行,降低了氧化剂和燃料用量。未来也许会有核动力空天飞机,但到目前,没有一个国家实际推出实用型的的空天飞机。
星舰可重复使用火箭
虽然星舰发射失败,而且发射成功率大约只有50%,但这不表示以后不会成功,至少,马斯克把发射成本下降到200万美元的企图,只要成功,的确可以拉近人类与太空的距离。
只要马斯克的SpaceX解决了发射可靠率过低的问题,按照计划,SpaceX将在2025年使用星舰把阿尔泰弥斯(Artemis)载人太空人送上月球。
星舰最大的特色就是可重复使用火箭,是指在发射后全部或部分返回并安全着陆,经过检修维护与燃料加注,可再次执行发射任务的火箭。
其优点是可回收昂贵的箭体、发动机及电气设备,避免造成浪费,就是通过火箭多次使用来分摊费用,一如特斯拉汽车制造一样。未来,星舰将能够搭载100人进行长时间的星际飞行,还将用于卫星传输、开发月球基地和地球上的点对点传输。
可以重复使用火箭的技术极为复杂,包括:第一,精确返回飞行与安全着陆控制技术。在从亚轨道高度逐渐下降到地面的飞行环境复杂且存在较多干扰性因素。例如中国嫦娥3号在月球表面软着陆,就属于这种控制方法。
第二,变推力可重复使用发动机技术。返回着陆时燃料箱推进剂剩余量不足10%,发动机必须调节推力,使速度降低到着陆所允许的条件。
第三,高可靠着陆缓冲机构技术。在回收火箭过程中,必须使用可靠度高的缓冲机构,减缓着陆瞬间冲击负载,使箭体平稳着陆。
第四,返场快速检测与维护技术。火箭返场后,必须在短时间内对箭体状态进行检测分析与维修,而且必须能够快速、智慧、高效的快速检测与维护。
中国版可重复使用火箭:神龙号
神龙号空天飞机是中国自主研发的空天飞机,首架神龙比美国X-37B小。试飞成功后,中国开始尝试研制放大版的神龙空天飞机。神龙号使用固体燃料,表示无需加注燃料,随时可以起飞、安全性更高,这是空天飞机能够搭载火箭重复往返的基础保障。
而且,神龙号可改装为对地面精确打击的大型空天飞机(或轰炸机),以该机的飞行速度和高度,极难被追踪和拦截。看起来,神龙号空天飞机比星舰航太飞机小一号,是专为军事用途而生,到目前为止,中国官方并未显示其商业或其他用途。
中国新一代可重复使用运载器特色是:重复、经济、安全,不但可以局部或者全部进行回收及可重复使用,而且可以火箭发射、也可挂载于于轰-6机腹之下作为发射平台。
但是马斯克的星舰系统、功能、设计非常复杂,而且承包许多可以无人太空船进行的任务,导致维护费用高、容易发生事故等高代价,经济上反而很不合理。
2022年8月5日,中国酒泉卫星发射中心,发射了长征二号F运载火箭运载1艘可重复使用的试验航太器。其主要目标是在2030年之前,完成中国首架可水平起飞、水准着陆并且可以多次重复使用的空天往返飞行器。
神龙号的工作原理:一级运载飞行器(视为火箭的第一节主推进器)背着二级空天飞机从地面水平起飞,并可以多次地重复使用。一级飞行器在大气层中飞行,之后二级飞行器分离点火进入太空。
结论
中国大陆航空太空技术进展神速,必然归功于举国体制。毋庸置疑,举国体制可以解决许多技术困境,但这也是举国体制的困境之一:中国大陆缺少像马斯克这种狂人。
中国大陆的狂人不会少,马云、马化腾、刘强东、王兴(美团老板)、黄峥(拼多多老板)等人都是,但这些人都是剥削中国平民百姓的企业,没有一个能够达到马斯克的水准,即使华为任正非的野心也到不了月球,遑论火星、还有宇宙......
(作者为台湾国际战略学会研究员,法国博士,国战会专稿,本文授权与洞传媒国战会论坛、中时新闻网言论频道同步刊登)
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