美國要給中國一個信息!阿爾忒彌斯重返月球:美國表示他還是老大

阿爾忒彌斯的SLS巨型火箭矗立在肯尼迪航天中心的39B號發射台上,全球媒體都在等着8月29日這枚火箭從這裏起飛前往月球,而在1969年7月20日,土星五號火箭載着阿波羅11號飛船從它的隔壁39A發射台上點火升空。

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但在8月27日,法國《費加羅報》刊發了一篇文章有些讓人費解,標題很簡潔:“給中國一個信息”,給中國什麼信息?該報是這樣描述的:“在短短几年內,中國已經制定了登月計劃,還要在月球軌道上設立一個前哨站,這對華盛頓來説是一個嚴重威脅”、“華盛頓向中國發出了一個非常明確的信息:美國仍有競爭能力”。

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SLS火箭:一個搬運航天飛機零件火箭卻延遲了16次

在39B發射台上的SLS火箭着實非常威風,橘黃色芯級加上路兩側兩枚白色的助推器,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場再現的場景,當然美國媒體也是有意無意的將其和阿波羅登月靠攏,這從美媒發佈的攝影作品中就可以看出:

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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並論,而SLS火箭和當年的土星五號的運載能力盡管有些差別,但基本已經算是在同一個數量級上了!

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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年後的今天依然是前無古人後無來者,韋恩赫爾·馮·布勞恩博士為土星五號設計的F1發動機絕對算得上怪物級,在和前蘇聯的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動機,全部都是航天飛機時代遺留的產物,那個時代,是在阿波羅11號發射9年以後,也就是1978年!

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航天飛機全家福。從左至右:“哥倫比亞號”、“挑戰者號”、“發現號”、“亞特蘭提斯號”和“奮進號”

SLS火箭:全部用“二手”發動機,卻推遲了16次

SLS雖然被命名為太空發射系統,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,而芯一級火箭用的是航天飛機的的三台RS-25氫氧發動機同一款發動機RS-25D,只不過航天飛機用的是3台,而SLS一級火箭用的則是4台,而且更顯節約風範的是先把亞特蘭蒂斯號和 奮進號航天飛機的備件用完,然後在未來再用RS-25E的版本。

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不過憑良心説,RS-25的指標還是不錯的,這是一種低温氫氧發動機,推力為189.6噸,(海平面),232.4噸(真空),海平面比衝366秒,真空比衝為452秒,這個參數就算是到現在也不會太落後,比如我國長征五號的一級發動機YF-77,其海平面比衝為316秒,比RS-25還要略低一些。

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芯二級火箭用的是RL10火箭發動機,這是Aerojet Rocketdyne在上世紀60年代開發的發動機,儘管一直有在迭代發展,但當2012年NASA選擇這款發動機時,其評價是:

RL10是一個非常古老的發動機,有很多與其製造相關的工藝......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副總監

使用已有的成熟發動機來研發新火箭,這會大大降低工程難度與縮減開發時間,當然更重要的是減少開支,畢竟一枚火箭中,發動機是最重要的,剩下的就是為它們配上氧化劑和燃料貯箱,然後一枚火箭就製造成功了。

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顯然NASA就是這麼想的,想着美國已經有過一次登月經歷,第二次顯然是輕車熟路,而且選用成熟產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,那麼是2005年,要是從奧巴馬宣佈重返月球開始,那麼是2010年!

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原計劃是從2016年首發,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:

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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)火箭開發的15億美元,另外為SLS組裝、集成、準備和發射 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次發射,按這樣計算,SLS計劃的總額費用已經直逼300億美元。

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不得不佩服開發SLS系統的波音和諾斯羅普的A錢能力,難怪負責美國空軍採購的空軍副助理部長卡梅倫霍爾特少將對美軍國防採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300億美元之後才開始第二次發射。

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,繼續開發。

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2017年12月11日,特朗普總統簽署了《太空政策指令 1》,正式實施重返月球計劃,並且為探索火星奠定基礎,該計劃之後被正式命名為“Artemis program”,這計劃相當宏偉,主要分為幾個部分:

1、太空發射系統:SLS火箭

2、載人飛船:獵户座飛船

3、登月飛船:月球着陸系統

4、月球空間站:月球門户

阿爾忒彌斯計劃的主要設計思想是非常優秀的,它的基本思路是這樣的:

在地月系的拉格朗日L1點將建設一座月球門户,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系統裝載“獵户座”飛船在這裏“停泊靠港”,修整後“擇機”登陸月球。

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月球門户

準備登陸月球的宇航員乘坐SpaceX開發的Starship着陸月球,執行登月任務,完成各項月面任務後再返回小空間站“月球門户”。

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獵户座飛船

與地球之間的“航班”定期輪換,而到月球的“航班”也有規劃,月球門户成了地月之間的橋樑,當然也可以從月球門户出發前往火星,總之月球門户未來還可以升級成“深空門户”。

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看起來確實非常優秀,因為有了月球門户,大量物資可以在這裏中轉,並且登月飛船都是重複使用的,未來的登月成本也將大幅降低,並且還兼具了載人火星登陸,NASA設計的系統果然要比阿波羅登月時代的一次性任務要優秀100倍,那麼實地展開是怎樣的呢?

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到目前為止,ARTEMIS計劃有3步伐,其中第一步執行的是太空發射系統(SLS)和獵户座飛船的繞月飛行測試,也就是8月29日的發射活動,這次並非登月,宇航員在發射台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。

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表1

第二步則是在2024年5月,四位宇航員乘坐SLS搭載的獵户座飛船繞月飛行再返回地球,相當於阿波羅10號任務。

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表2

第三步才是正式登月,2025年適當的時候將執行4人登月組,2人登月,2人留在月球軌道看家!至於他們用什麼登陸月球,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的月球登陸版星艦,這個結果是這樣來的:

  • 1、2020年4月,NASA向Blue Origin、Dynetics和SpaceX提供資金,用於競爭為期10個月的HLS初步設計研究;
  • 2、2021年4月16日,NASA與SpaceX簽訂合同,使用Starship HLS月球着陸器開發、製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將登月着陸器合同給了SpaceX,其實大家都知道,藍色起源和Dynetics想要完成着陸器簡直就做夢,各位看藍色起源的大丁丁發射的亞軌道飛船就知道了,只有SpaceX更接近現實,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。

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Starship HLS登月版

這是SpaceX為NASA專門設計的登月着陸器版,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衞星上降落起飛重複使用即可,其工作流程為:

  • 1、超重型助推器將Starship HLS發射到地球軌道上;
  • 2、在近地軌道上將完成多次加油(同樣利用重複試用版星艦完成)
  • 3、加滿油的星艦HLS版將飛向月球NRHO軌道;
  • 4、SLS火箭發射獵户座飛船與其會和並完成人員轉移;
  • 5、星艦HLS版執行登月任務,完成後將從月面起飛與獵户座飛船對接轉移人員返回地球;
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不知道各位有沒有發現一個問題,馬斯克家的星艦HLS完全可以獨立完成載人登月,還要SLS和獵户座飛船幹什麼?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?聯邦調查局是不是要對NASA審計一下,到底和馬斯克之間有什麼貓膩?

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阿爾忒彌斯I

當然到星艦登月之時,月球門户還沒開建呢,而在登月成功後,登月門户也將逐漸開始建設,未來從載人登月將變成定期航班,並且將開始建設月球基地,星辰大海的窗户再次或將打開。

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要是這個任務在20年以前執行,筆者毫不猶豫地選擇相信燈塔國一定會實現如此偉大的計劃,但現在已經是2022年,這個計劃執行預計費用是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+獵户座火箭而已,連計劃的1/3都沒有鋪開,這個坑實在是太大了。

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中國登月更為務實高效,向火星採樣返回看齊

其實在登月問題上種花家還是希望美國能幹成,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,就像火星採樣返回一樣,美國的計劃從毅力號開始一直延續到2031年火星採樣返回,整整11年的計劃,由歐空局和NASA合作:

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上圖是火星採樣返回的三次發射計劃,第一次就是火星登陸毅力號採樣,第二次是火星登陸,收集樣品+發射樣品到火星軌道,第三次是接回樣品返回地球;

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其中第三次是歐空局執行的,目前因為俄烏衝突,NASA官員對歐空局是否能按時完成這個計劃持悲觀態度,NASA官員在接受採訪時已經表示,毅力號的樣品可能丟在火星上永遠都帶不回來。

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NASA決定將任務拆分

當然即使先不管歐空局,NASA的第二次計劃(收集樣品+發射樣品到火星軌道),這個任務已經因為確保任務完成而分成了兩次發射,一次發射收集設備,一次發個從火星表面起飛的火箭,而任務計劃也從2031年延續到了2033年,結果被中國的火星採樣返回計劃設定的返回時間表整整超前了2年!

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NASA-ESA任務執行流程

火星採樣返回要的就是新鮮感,要是中國人真的在2031年完成了火星採樣返回,無論帶回來多少火星土壤或者岩石樣本,那麼這個第一件永載史冊,第二位是誰?百年之後還有誰會記得NASA曾經執行過一個史無前例的、比第一位中國龐大十倍的計劃?

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可以預見的是,阿爾忒彌斯計劃和NASA-ESA火星採樣返回會遭遇同樣的問題,然而中國載人登月計劃已經有了時間表,而且很乾脆,只有載人登月,沒有NASA那麼多花花腸子,當然計劃規模也更為務實。

中國載人登月:兩步走

龍樂豪院士在《科創中國·院士開講》第十二期節目中公佈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容,其中有非常關鍵幾個內容:

  • 1、研製新一代載人火箭;
  • 2、載人登月時間為2030年前後,可能提早也可能略微延遲;
  • 3、載人登月火箭總共發射兩次,在環月軌道對接;
  • 4、登月環節包括:登、巡、採、研、回 四個環節;
  • 5、登月火箭詳細技術參數;

其中比較關鍵的信息是兩枚火箭在環月軌道對接,而不是在近地軌道上對接後飛向月球,另一個則是登月環節,包括了:登、巡、採、研、回等。

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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更為務實,畢竟CZ-5還是一個比較成熟的平台,用它的運載能力,2枚火箭完成一次任務還是非常靠譜的,這要比CZ-9火箭更為保險。

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按計劃,我們將在2030年前後完成載人登月任務,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。

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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,只是現在的對手已經變成了中國”,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

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