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朱雀-3的成功回收无疑是我国航天工业的巨大进步,可喜可贺。 希望尽快进入稳定期,造福于国民经济,造福于人类。 昨天,看到不少人在谈一个相关的话题:液氧甲烷和液氧煤油。由此有人推定液氧甲烷比液氧煤油好。再由此推定朱雀-3的液氧甲烷比猎鹰九号液氧煤油还好。这个推定基本没什么问题。问题在于 ​

朱雀-3的成功回收无疑是我国航天工业的巨大进步,可喜可贺。希望尽快进入稳定期,造福于国民经济,造福于人类。

昨天,看到不少人在谈一个相关的话题:液氧甲烷和液氧煤油。由此有人推定液氧甲烷比液氧煤油好。再由此推定朱雀-3的液氧甲烷比猎鹰九号液氧煤油还好。这个推定基本没什么问题。问题在于:为什么马斯克当时没用液氧甲烷发动机?第二个问题,为什么星舰又用了液氧甲烷?

⭕第一个问题:为什么马斯克当时没用液氧甲烷发动机?其实回答很简单:当时全球火箭都没用液氧甲烷发动机。也就是说当时没这个玩意。如果那时候非要用,那就需要投入时间和金钱研发它。那段时间是2002年-2010年,马斯克既没多少钱,也根本没有时间。如果还花数年时间去研发一款全新的液氧甲烷发动机,黄花菜都凉了。人类航天史上虽然早就有人做了液氧甲烷实验(上世纪20-30年就有了),也有人研究过液氧甲烷发动机但最后都放弃了,原因在于甲烷性价比不如液氧煤油。就是现在也不如。航天用的精炼煤油简称“RP-1”,它的优势如下:a 密度高 → 油箱更小、更轻,对穿过大气层的第一级特别有利。 b 常温下是液体,储存和处理比液氢或液甲烷简单。 c 推力密度好,适合地面起飞的助推器。所以,即使价格上RP-1比甲烷贵一些,但性价比RP-1远胜甲烷。因此各国(包括我国、美国、前苏联和欧洲航天局)都研发过液氧甲烷但最终都没用,因为RP-1真地是全球最稳定,最成熟的航天燃料。最客观的结论:如果人类没想到要回收一级火箭,直到现在也没人会想到要用液氧甲烷燃料。因为完全没这个必须,用一次就扔,积碳不积碳的无所谓。

最后,SpaceX从NASA买回液氧煤油发动机图纸,进行了一些改进,很快造出了著名的“梅林”发动机。随即开始了征服太空的长征。

⭕第二个问题:为什么星舰又采用液氧甲烷?回答也很简单,被逼的。当马斯克的目标开始投向火星,投向星舰时,马斯克必须研发液氧甲烷发动机的时间到了。大家都知道,RP-1会产生积碳。积碳可以在地球上清洗,但在火星月球上那就是非分之想。因此2012年马斯克对外宣布,SpaceX未来用于火星殖民计划的下一代大推力发动机,将彻底放弃猎鹰九号的液氧煤油路线,转而选择液氧甲烷。说真话,马斯克真地很厉害:2016年9月,首台液氧甲烷发动机实物诞生并点火;第一台实物缩比开发版猛禽发动机在德克萨斯成功点火。2019年2月,全尺寸“猛禽”飞行版诞生;并在同年7月成功把星舰的早期试验机“星虫”推上了天空。2023年4月20日,33台猛禽液氧甲烷发动机将人类最大的航天器送上天空。这是人类历史上的第一次入轨级全系统超重型助推器+星舰飞船组合体试飞(图一)。虽然最后发射失败,但充分证明了液氧甲烷发动机的“暴力”。

马斯克这个人是个物理迷。在SpaceX研发“梅林”液氧煤油发动机和“猛禽”液氧甲烷发动机过程中全程亲自参与,彻底改写了传统航天动力路径,开创了航天动力新篇章。由于他的功绩,2022年2月9日,埃隆·马斯克正式当选为美国国家工程院(NAE)院士。由于马斯克只有学士学位,能获得如此殊荣是非常破格的事情。马斯克之所以能够获得这一工程师领域的最高专业荣誉之一,正是因为他“在可重复使用运载火箭的设计、工程、制造和运营,以及可持续交通和能源系统方面取得了突破性进展”(荣誉书如此写)。

⭕第三个问题:为什么马斯克不将猎鹰九号换成液氧甲烷发动机呢?1 实际上已经没必要了。在马斯克和SpaceX工程师心里已经很清楚,当星舰成功后,猎鹰九号的意义已经不大,最终会被淘汰。因为用星舰的成本比猎鹰九号还低。最新的信息显示,预计本月底或下月初星舰第十四次试飞时就会第一次正式发射真正的V3星链卫星。这就预示着星舰在抢猎鹰九号的“饭票”了。星舰的净载荷一次可达100-150吨(理论上),一次星舰发射的净载荷等于猎鹰九号的6次。所以猎鹰九号的存在价值会肉眼可见地萎缩,直到消失。

2 经济上也没必要理论上前三四年可以搞,但随之会发生生产线推倒重来,猎鹰九号机体内部的改动和生产线设备重新设计和订购,更何况还要去重新研发——在上述1的情况下都显得完全不具备任何性价比。

3 特别说下猎鹰九号的清洗实际上并不存在专门的清洗单项项目。每次猎鹰九号回来后有一个“整备工序”。这个工序包括所有设备的检查,探伤,零部件更换等。今后我们的企业一样有这一套工序。而清洗也在这个过程中完成。按SpaceX职工的话说,如果非要把“清洗”作为单项计算的话,猎鹰九号的清洗一天就能结束。原因很简单,每次回来都要清洗一次,不可能发生人们想象的那样有那么多积碳。另外,一级火箭外壳基本不清洗,虽然看着觉得黑糊糊的可并不影响发射和回收。马斯克本人就不是一个讲究人,也不看着外观。2 这套“工序”要花多少时间呢?按SpaceX内部工人的说法,最长的时间是一个月,最短9天。但这与清洗毫无关系。时间的长短与进入工序的那枚火箭有关,越新,时间就短,用了几十次的,时间就长。如果遇上要换重要零部件的确实需要时间。因此,马斯克曾说今后的星舰当天回来当天走这种话我认为太乐观了。

(图二是梅林液氧煤油发动机。图三是液氧甲烷猛禽发动机,最右边的是第三代)