Contents ...
udn网络城邦
【美国】【工业】波音和载人登月(续)
2019/08/07 08:02
浏览14,273
回响9
推荐22
引用0

熟悉我的读者,应该知道我不是一般的时评人:后者是文人的一个子集,他们写作是爲了抒发情感、引起读者的共鸣;我的文章则纯粹表述科学上的分析和研究,所以表面看来是科普或评论,实际上其核心目的在于要对现实世界里的重要事件做出正确预测。

这里的读者群虽然小,但都是在乎时间一贯性和空间普世性的人。我的分析,不但五年来就摆在博客,供公众检验,而且其实我一再反复要求新读者先读完旧文,再参与讨论。可惜大陆读者因爲习惯于閲读一般时评人的评论,往往头几次看了我的新文章就开始反射式地喷。

然而我的250+篇文章、6000+留言回复,包含了大大小小约1000个预言,应该有80%已经被后来的发展证实(至少从独家意见转爲主流),另外10%还有待观察,失败率大概是10%。如果有其它时评人,在预言几月或几年后的世界事件(往往是可能性极多的多选题)上有50%以上的胜率,还请赐教。

但是我也有一小部分文章比较特别,它们的主要目的不是做正确的预测以自娱,而是对业内的相关人士发声,希望直接改变现实里的政策和决定。最早的例子是三年前有关大对撞机的辩论,后来对学术界一窝蜂发热门论文的批评也可以算是这一类。到今年,例子就更多了:《域外管辖权》是写给华爲听的,《737Max必须重新认证》则针对航空公司和民航局,然后就是这一篇写给中国航天人的《波音和载人登月》。

正因爲是写给行内专家看的文章,所以不须要仔细科普每个技术细节,只要把论证最后结论所需的事实和逻辑都解释清楚就行了。在这个案例里,反而是波音如何挟NASA以自肥的历史,才是中国的航天人所少知的,因而我也就专注在那个议题上。

结果《波音和载人登月》在《观察者网》首页注销来之后,绝大多数的留言还是遵循前述一般大陆读者的习惯,把它当成一般时评人的卫生纸式写作,亦即偶尔臭不可闻,一贯用后即丢,绝对没有重复使用五年的必要。结果不但都忽视了正文里面已经解释过的事实和逻辑,居然还有指控我居心否测、抹黑长征九号的留言。

我想这一方面是很多读者对科幻小说太当真了,没有把娱乐和学术分开。我曾经在《观察者网》评论过:“请科幻作家来评论现实世界的科技,这和选举演总统的演员来当总统有什么差别?”金庸的武侠小说我也喜欢看,但我绝不会想要跑到少林寺练易筋经。至于少林派从来就只是一个诈骗集团的历史,请重读四年前的旧文《从少林来谈宣传和迷思》。

另一方面,《波音和载人登月》对技术上的事实和逻辑也的确写得十分简略,往往一笔带过。所以我在这里补充一下。

首先,100+吨级LEO轨道载重的火箭,除了一次性发射载人登月之外,真没有任何其它的用途。我以爲已经写得很明确了,但是没有受过科学训练的人性,是自然会对与自已既有认知有冲突的说法,视而不见,而不是去做理性逻辑分析。这也是爲什么近年来,有“重要的事说三遍”的段子。如果有读者还是不能接受这个事实,请自问:在Apollo退役之后40几年,爲什么到现在才又有开发同一级别火箭的讨论。

在改用20+吨级火箭多次发射、轨道并接之后,即使未来在载人登月之外还出现了新任务,效费比仍然会有20倍左右的优势,那么不但使100+吨级火箭成爲白象,与其相关的衍生技术也是如此。20倍的费用是什么概念?有点像把铝锂合金拿来做家用冰箱,然后说可以衍生用铝锂合金做压缩机的技术。别说世界上没有铝锂压缩机的需要,要是真有了,直接去开发不是更快、更便宜、更适切?

在上周的博客留言栏讨论里,有人提出因爲港珠澳大桥的实际使用率,只有原估算最低底线的1/3,现在中共当局已经开始重新正视和警惕这类浮夸的面子工程;这和我所知的长九计划基本停摆是相合的。此外,有大陆读者说中国航天界已经提出921火箭的设计,所以长五载人登月必然是次优的。这个说法在逻辑上完全错误;正确的解读是行内人必然是知道长九已经死透了,才会拿出替代方案,否则就是自打嘴巴、自找麻烦。至于921火箭的技术价值,我们来详细讨论一下。

首先,载人火箭的安全性要求,天生就远高于卫星和机器,后者又远高于燃料和货物。定量来说,NASA在21世纪所订的载人级别标准(Human Rating)是全任务事故率必须小于0.4%,所以发射过程的事故率绝不能超过0.2%,如果使用N个发动机,单个发动机显然顶多(假设所有其它部件都100%可靠)只能有0.2%/N的事故率。开发大推力发动机已经够难了,但是载人任务要求远超过99.9%的可靠性,这和卫星和机器所需的~99%,或燃料和货物需要的~90%,根本不是同一回事。看起来是同一型的引擎,其实费用差别和开发/制造难度就可能是几十倍。

1960年代的历史,也证实上面的论点:苏联的N1载人登月火箭,由于没有超大推力引擎可用,第一级就用了30个中推力的NK-15并联,结果正因爲无法保证全部30个引擎都正常工作,结果计划完全失败。

Apollo的Saturn V用的是5个F1引擎,所以维持可靠性就容易了6倍,再加上美国的工业实力更加扎实,这才成功了。但是实际上,Apollo的事故率依旧远高于现代标准:除了Apollo 13的著名事故之外,Apollo 11 和12都有一个罕爲人知的设计错误,在重返大气层的过程中,仪器舱的脱离过程太简略,很可能会撞上返回舱。NASA在太空人报告了两次惊险之后,才赶紧修改设计。大家想一想,7次登月就有3次是险象环生,这种事故率是21世纪人类能接受的吗?(虽然这些事故不是全发生在发射阶段,但仍然证明相信Musk吹嘘的人太过天真;见下文。)

那么921火箭是怎么回事呢?它基本是在抄袭SLS(本身又是Saturn V的现代化版本)的长九无法上马之后,改爲抄袭SpaceX的BFR(名义上是Big Falcon Rocket的缩写,但是实际上大家都知道是Big Fucking Rocket)。因爲Elon Musk宣称可以省钱,所以就希望用同样的论点来做类似的圈钱。

但是BFR的第一级就用了35个Raptor引擎,比苏联的N1还多。35个货物级别(Cargo Rated;SpaceX至今的所有火箭,虽然有发送卫星的记录,实际上都还是货物级别的,而且用的是旧式的Merlin引擎,Raptor根本还没有首飞)的Raptor或许会比SLS的4发载人级别的RS-25便宜,但是如果要求同样的安全级别,那么单发Raptor的事故容错率必须达到低于0.0057%,也就是十万分之五。人类历史上还没有造出任何一个如此可靠的火箭发动机,更别提价钱必须低于RS-25的十分之一。不管你们信不信Musk,反正我只相信物理和工程定律。

改用ACES/Depot方案之后,长征五号只需要运送燃料,这可以有高达10%的容错率,宇航员则继续飞已经千锤百炼的长征二号F,那么即使不看20倍的价差,孰优孰劣还是一目了然的。

总结来说,在决策核心对面子工程有高度警惕的今日,中国要在未来20年载人登月的唯一希望和可能,就只有Depot方案。刚好它还多快好省,以极低的价格和极高的安全性,在10年内就可以完成。我本来以爲只有像波音这样坏的,才会反对这样的计划;但是显然无知可以比自私更糟糕。

有谁推荐more

限会员,要发表回响,请先登入
回响(9) :
9楼. K.
2019/08/23 16:29
.
呃,我的意思就是,其它国家的精英不是傻子,他们早就明白,不需要等到中国载人登月来提醒他们,而其它国家的普通人,由于美国媒体掌控著他们的头脑,中国载人登月也没用

美国宣布载人登火不需要真的实现,只是对冲中国载人登月的策略,只要再拖10-20年就好,过几任总统取消,到那时根本不会有人在意
我对欧洲人的观察是,他们会尊重这类和平的科技成就,例如去年嫦娥四号成爲人类首次在月球背面着陆的飞行器,在欧洲(包括英国)的媒体基本看不到任何酸葡萄的言论,连一向仇中的群众(例如Daily Mail的读者留言栏)都是一面倒地赞好。载人登月比嫦四重要百倍,宣传效果也会是百倍。 王孟源2019/08/23 18:03回覆
8楼. K.
2019/08/23 14:00
.
您好,我看了一下您在八月12日的八方论坛访问视频,有一个疑问,请指教。
.
您说如果中国未来数年内开战,如果没有合理性,载人登月可以创造一个,因此要尽快载人登月,我觉得理由不太充分,因为如果中国这么做了,美国媒体必定全方位贬低这一成就,例如:
1) 美国70多年前就成功载人登月了,中国依然落后70多年(一种常见话术)
2) 像当年贬低苏联一样,尽管中国成功载人登月,但其它地方很差,是面子工程
3) 画个载人登火星的大饼,为期10年,吹捧这是更大的成就(不需要真正实现,反正大多数人连10个小时的记忆都没有)
.
归根结底,如果人类尚未登月,这还可以考虑,但美国毕竟已经成功登月,它可以用宣传将这一竞争扭曲为「中美并未发生竞争,只是中国赶上了美国70多年前的成就」(除非是显而易见的更加伟大的成就,例如建立月球基地)
当然这不能欺骗所有人,但是,如果一个人不会被这种话术欺骗,那他也不会被其它话术欺骗,早已准确认识到中国的实力;
如果一个人已经被其它话术欺骗,那他很有可能依然被这种话术欺骗,依然不会改变看法。(更不用说,大多数人只会相信他希望相信的信息……)
.
再者说,如果因为台独势力越过红线而开战,那么无论有没有这种合理性都是必须要打的,而台海战争必定是短期战争,打完之后就解决了您所说的先有鸡还是先有蛋的问题。
.
我绝对支持载人登月,也十分支持尽快载人登月,但我不认为中国会为了、或者应该为了您所说的理由载人登月,现有的其它理由已经足够了。

美国的新一代载人登月计划已经搞了近20年,也就吹嘘了20年。如果中国赶在他们前面,美国媒体当然会换一套话说,不过大概只有美国人才会相信。世界其它国家会看明白的,而他们也才是广告的对象。

美国的另一个反应,应该是会上马载人登火;这下花真正的大钱不说,大概会死人了。

王孟源2019/08/23 15:10回覆
7楼. 上大人(双城记)
2019/08/13 12:11
没能力﹐没价值。

人类现在的太空科技﹐最有用就是放一堆卫星在轨道﹐做定位和通讯的功能﹐同样也是加强本国自卫和攻击的能力。 至于到月球或火星﹐因为技术还未到﹐但成本超高﹐对人类来说是毫无意义的事。

科幻片除了想象人类在其它星球生活﹐就是从其它星球挖矿﹐带回地球﹔这些就是其它星球对地球最实用的地方﹐但以现在的科技是不可能的事﹐所以除非有突破﹐不然这钱和时间是白花的。

所以美国要登火星,就让他去。中国如果提前载人登月,美国浪费在火星计划的钱更多。 王孟源2019/08/13 22:06回覆
6楼. !@#$%^&*()_+
2019/08/09 18:58
.

从实用的角度看,可以大规模量产、短期内极大规模发射是航天的唯一可行方向。

几乎所有的航天计画都有窗口。发射人造卫星和补给ISS的窗口通常很宽。登陆月球的窗口也还可以。如果不是特别要登陆什么地点,降落在黎明的位置就有半个月的阳光。、

但是距离越远,窗口就越窄。火星差不多是每两年有几个月可以节约燃料。如果没赶上窗口,下一次就要等两年。

如果真要开发火星,就必须每两年大规模发射一次火箭。就是说,最好使用很多技术成熟稳定的小型火箭,在最短时间内检查、发射。很多小火箭比一个大火箭实用。


火星探测花钱极多、风险极大、回报极少,还是不要做太多计划,先把门口的事做好。

SpaceX搞回收有些成就,但这是因爲它免费继承了NASA几十年的预研,然后所开发的Merlin引擎,又以效率为代价,选择了世界上最简单的设计(Open Cycle)。现在下一代的Raptor引擎,用的是世界上最复杂的设计,不但采用新燃料甲烷,而且是Full Flow Staged Cycle,偏偏Musk在性能指标上,硬要在Aggressive上面再加20%。当然他有一个热情而且自由(亦即花钱做研发的自由,参见《科技发展与美式自由无关》)的团队,但是高效率、高产出是有极限的。

王孟源2019/08/10 01:43回覆
5楼. 大一统理论
2019/08/09 03:55
中国应该研发可重复使用的运载火箭,最廉价进入近地轨道的方式还是用火箭,问题是目前的火箭除SpaceX的猎鹰9号, 其它的火箭都采用用完一次就丢的设计,但是自从马可斯搞出可以重复使用多次的火箭以后,发射成本的确被降低了很多,欧盟亚利安纳火箭和联合发射联盟发射一次报价是2亿美元,俄罗斯质子M运载火箭在之前一直是最低成本的报价7000万美元,而目前猎鹰9听说已经下杀到4000万美元导致2018年俄罗斯的质子M发射任务和客户被抢掉少了很多次发射,假如未来真的达到马斯克的目标一枚火箭可以从复使用100~1000次,最大成本只剩下燃料成本(几千吨燃料而已),那么的确可很大程度降低成本,火箭还可以采用高效率的设计方式。当年NASA太空梭的设计,因为过度复杂导致低可靠性结果没有达到NASA期望的可重复使用目标,苏联发射过一次暴风雪号太空梭,但是在无人状态发射的,所有模块都采用成熟的技术,而能量号火箭第一次发射并不是发射暴风雪太空梭而是「极地号卫星」这个卫星重量超过100吨上面搭载了斯基泰人-D天基化学雷射的武器平台,当年得技术没办法把雷射缩小尺寸,而且更加的设计是火箭的载荷(极地号卫星)可以采用外挂的方案而没有放进整流罩里

详细发射细节请参考这部影片

1987年5月15日,苏联能源号重型运载火箭发射“极地一号”

http://bilibili.com/video/av10591216/


值得一提的是能源号运载火箭的发动机RD-170到目前为止还是人类历史上推力最大的发动机,而且还是液态氧+煤油燃料的,俄罗斯把RD-170切一半卖给美国就变成擎天神5号运载火箭Atlas V的引擎,RD-180、RD-170比美国阿波罗登月土星5号搞出的氢氧发动机经济性更好,至于要到远距离的天体如果有核子动力火箭+会更好,前苏联和俄罗斯都有核动力火箭发动机这种技术,如果未来需要发展太空武器、或是大型科研设备例如宇宙射线观测设备 大型太空望远镜,但是我不认为太空任务有对地球任何经济性回报,百年之内有意义的事情就是纯科研+发展太空武器之用
载人登月在未来20年,只有两个实用目的:1)探勘月球南北极的水冰含量;2)在月球背面建立一个无线电望远镜(可以完全避免地球来的杂讯)。前者是非常早期的工程预研,后者则是纯基础科研,都没有任何经济上的紧迫性。 王孟源2019/08/10 01:23回覆
4楼. 胶柱鼓瑟
2019/08/09 00:47
退一百步讲
退一百步讲如果考量加速G力问题的话,那至少物资和燃料用电磁发射,人还是靠火箭发射,那只要一个小得多的火箭即可。

总认为一根尾端爆炸喷火的铁管,这种进太空方式并非长久之计,更不是最终答案。

很不幸的,火箭仍然是目前已知唯一在工程上可行的方案。

宇宙太宏大,人类太渺小,偶尔到地球门口探望,大概就是21世纪的极限。

王孟源2019/08/09 01:48回覆
3楼. 胶柱鼓瑟
2019/08/09 00:19
为何所有人总在火箭两字上转?

人都一直在火箭这两字去想,我常在想一种电磁道道,目前电磁炮困境在于要浓缩放在车船上造成的众多问题,但如果一种地面式的发射装置,放在青藏高原上倾斜的掘地坡道沟里,其不受炮管长度限制所以能长达几公里或十几公里,速度也只须达到脱离地球的速度就够。

透过漫长的轨道逐级加速,难道真没可能进入太空吗
这种固定装置是一种设施,所以有无限大的空间可以放各种电能控制装置和旁边的发电厂,各种冷却系统。

人如果离开地球只有靠火箭这种唯一方法,我看普及化的太空时代再过一千年也到不了,终究困死在一颗星球上。

你这个想法其实并不太离谱,科幻小说界真正在乎现实的大师,例如Arthur C Clark就研究过,不过一般是设想在月球上,全真空,而且重力只有地球的1/6。

在青藏高原当然也可以研究,但是要进入轨道,最低的那几公里,其实无足轻重,真正消耗能量的是1)要克服300公里的爬升进入轨道高度;2)然后必须保持第一宇宙速度(First Cosmic Velocity),大约7+km/s,相当于海平面的Mach 20+。

现在你应该可以看出问题的所在:如果主要依靠自由弹道爬升到轨道高度,那么初速必须在Mach 25左右,这样的摩擦生热,连实心弹丸都无法承受,空心的飞行舱基本很快解体。

用大飞机载到同温层(~20公里高)发射火箭,比较靠谱些,但是所得不大,在尺寸上和方便上的牺牲却不小,目前还不能确定是否会有经济性。
王孟源2019/08/09 01:45回覆
2楼. 冯纪游(陆游:重返狼群 狼的印象 中)
2019/08/08 20:24

感谢澄清了许多疑点!

赞啦

你是指正文中有关BFR的讨论吗?其实还可以再详细一些,例如Musk号称35个Raptor有一两个失灵也没有关系;当然这也是忽悠,不过我想技术细节不必穷追到底,毕竟这个博客不是专业的航天智库。 王孟源2019/08/08 20:37回覆
1楼. !@#$%^&*()_+
2019/08/07 11:09
.
民主社会言论自由就是湘西赶尸:都是死人、都会走路、都会变成殭尸。如果中国不能强制灌输愚民自信,智障就会逼国家踩每一个陷阱每一个坑。人有头脑,就是要被别人利用。我一直支持长照政策。99.99%的人只有在变成植物人的时候才有思想自由(我认为他们会做梦)。

过去中国没钱没能力,但是大多数高科技计画会花几十年论证。就是在纸上盖大飞机。真的可以动手的时候,往往已经想得非常透彻。相反的,美国在1960年代的登陆月球完全是大干快上。如果两份讲稿都叠在尼克森的威尔逊书桌上,我相信哀悼演讲一定放在上面。那个时候造发动机的有rain dancer。就是发射前他们会跳印第安人祈雨舞,希望老天下雨,不要发射。

今天只要中国还是党指挥枪,而且商人被党踩在脚下,就还有一点点可能免于被美国控制。要不然中国就不是走自己想走的路,而是被广告逼著上路。
其实西方政治人物(“representatives”),从人民的“trustees”变成“delegates”,也是在1980年之后,由于右翼智库的兴起,才被有意篡改出来的。这两个字眼,一般都同样被翻译成“代理”或“代表”,其实英文里意义完全不同:前者是“全权独立代理”,后者才是“忠实公仆”。

这个改变,看来不起眼,却是现代民粹的基石。台湾根本没有学到从19世纪一直到20世纪中期,英美建立霸权过程中,如何减低抑制民主制度祸害的秘诀,直接被马英九和蔡英文这样留学海外的“菁英”,带著跳进了美国土豪智库搞出来的民粹思想体系。
王孟源2019/08/07 12:42回覆