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标题: 高凉陈君纵谈21世纪通讯卫星研制与载人登月工程捆绑进行的重要性 [打印本页]

作者: TrollAhax    时间: 昨天 21:26
标题: 高凉陈君纵谈21世纪通讯卫星研制与载人登月工程捆绑进行的重要性
高凉陈君纵谈21世纪通讯卫星研制与载人登月工程捆绑进行的重要性
本系列评论具有重要的预见性与影响力,现进行一番整理以让后人能够更好地进行研究分析。
第一节 手机与裤兜定律决定通信卫星平台发展必须巨型化
人类已经进化了几百万年,未来10000年内人类都不会长到3米高,因此未来人类的裤兜也不会比今天人类的大多少,而且未来几万年内人类都是不能没有手机的,就如我们不能没有筷子刀叉一样,尽管筷子也使用了几千年,也不是什么高科技,但却是生活必须品,我们缺了它可不行。手机之类的东西一经出现,由于功能独特,就立即成为生活必须品,在没有其它替代品出现之前,一定会使用到无穷无尽的未来岁月。10000年后人类也一样要使用手机,因为我们的耳朵听力不过一两公里,没有手机我们很难在现代社会生存;由此推之,我们就可以知道为了与人类可能持续使用10000年的手机相配套,但手机又不能大于裤兜太多,太大了不方便携带。我们又要将电视、导航、通信上网诸如此类的一切东西都集成在手机之上,而且还希望能够无缝接驳、随时随地使用,为实现这一目标,通信卫星就自然还大有使用的潜力空间。10吨级的通信卫星很大吗?!为实现上述目标,100吨级的通信卫星高凉陈君还觉得有点小呢。
从这个角度来思考通信卫星产业的未来,纯粹的需求决定论。就象我们对筷子一样。电视直播卫星的功率当然是越大越好,问题是电视直播卫星对高功率的要求还远远比不上宽带通信卫星对高功率的要求巨大。这是由手机行业的裤兜定律所决定的,因为手机的体积严重限制了其信号发射功率的扩大。因此,说到未来10年内中国可能发射的最重通信卫星只有欧洲之星3000平台的水平,最重也只有6100公斤,这还是存在极大变数的。因为目前版本的东四平台基本型通讯卫星已经重达5200公斤以上。如果要基于这一平台研制中国的移动通信卫星、宽带多媒体卫星与某些衍生型军事卫星,未来东四平台卫星的重量修修补补,添添加加,重量最终达到7000公斤是非常容易的事。如基于东三平台研制的天链卫星就已经要使用长三丙火箭来发射。
反正目前版本的长三乙火箭已经注定要升级,何不干脆一步到位直接研制终极版的长三丁火箭来得更方便实惠?!如此一举将长二H火箭的LEO运力提高到14吨以上,将长三丁火箭的GTO运力提高到7吨以上。这将为未来中国重型通信卫星的研制留下更多的设计升级余地空间,也为未来中国的货运飞船、空间站与探月工程留下多一项火箭备份,一举多得。
由于重型火箭发动机已经高度成熟,火箭制造工艺的持续发展进步,人类进入GTO轨道的经济成本将持续下降。而全球市场对宽带通信卫星的需求也持续增长,巨型通信卫星还存在广阔的发展长大空间。宽带通信卫星与市场越来越成熟,将迅速形成规模效应,反过来只会促使宽带卫星上网成本成指数级下降,如此良性循环,直至宽带通信卫星的延时缺点最终取代经济成本成为人们决定是否选择宽带卫星还是地面光纤网络上网的首要因素为止。只要全球网民有10%经常使用宽带卫星上网,这就是一个高达1000亿美元的巨大市场空间。这个市场已经足够支持巨型通信卫星的持续进化长大,直至通信空间站时代的来临。宽带通信卫星的频率利用问题也是完全可以克服的。巨型通信卫星并不一定是GEO卫星,铱星、全球星之类中低地球轨道的通信卫星也是可以大型化甚至巨型化的。如果使用东四平台或者劳拉LS1300卫星平台研制低轨道的铱星系统,其通信容量就能够增大不少。
互联网信息的全球化无阻隔流通是一个无法阻挡的发展洪流,但这需要技术的进步来保障。这也是美国欧洲政府机构为何对发展宽带通信卫星如此重视的核心根源。美国欧洲的目标就是要让伊朗朝鲜等相关政府从根本上彻底死了企图阻碍干扰其国民无限制随时随地进入全球互联网的野心,让上述相关国家的企图彻底破产。大型电视与广播通讯卫星已经极为成功地实现了这一目标。由其是广播卫星,今天人们要想收听外国电台易如反掌。而电视直播卫星巨型化之后,电视卫星碟型天线缩小到一个手掌那么大,价钱只要几十块钱也是完全能够实现的。这样国内企图垄断阻隔私人用户私下使用卫星电视接收器的可能性就日渐归零。
当然,这样就需要研制重达三、四十吨,功率达180KW(甚至300KW)的巨型电视直播卫星。宽带通信卫星也一样如此,采用先进相控阵列天线,发射点波束与终端采用跳频接收技术的宽带通信卫星信号可不是那么容易干扰与定位的。总之技术的进步正在倒逼世界的相关政府机构不得不改革开放,并不得不“与时俱进”。帝国主义的最高境界就是全球一体化,当今地球上的任何国家与机构想与全球一体化趋势抗衡注定是要最终失败的,因为时间、思想与技术都在全球一体化主导力量的这一边。当然也可以象朝鲜那样,为了阻隔国民与外部世界无缝联系,干脆远离电气化时代直接倒退回石器时代,对大众社会直接中断电力供应。这样倒也不必担心民众私下收听外国广播、卫星电视与私下接入国际互联网。从北美洲的卫星上网发展趋势我们就能够知道这个市场有多么的巨大。美国的有线宽带上网市场难度就不够发达?!TERRESTAR之类宽带卫星就是主要服务于美国与加拿大市场的。至少在目前的中国,如果卫星上网的价格能够下降到中国电信宽带上网价格的3倍左右,那些对网速与带宽没有特别要求(只要能够上上网浏览下互联网即可),流量也不是特别大的用户(月流量在3000M左右,月上网费控制在100元左右)就会有相当多的人(五百万以上)会转向使用卫星上网,因为这样至少就不会受中国电信、中国移动太多的恶气(由其是中国电信,服务态度极端恶劣,霸王条款极多)。
什么是市场?!这就是市场。中国的卫星上网规模只要能够做到1000万的用户规模,东方红五级别的通信卫星年需求量什么也有7、8颗以上,加上军事通信卫星,同平台导航卫星、深空探测器与其它商业通信卫星的需求,年发射达到20颗的水平只是小意思。一旦到了这种市场规模程度,要养活中间运力型火箭乃至载人登月级火箭就完全是小菜一碟。因此,我们只有从这一种角度分析才能够看得更深与想得更远。只有通信卫星的使用市场大幅度扩张,运载火箭的发射市场才能够真正搞活。
地面上使用的手机功率很低,只有区区几瓦(甚至更低),但在36000公里GEO轨道的大酒瓶电子监听卫星、移动通信卫星与宽带上网卫星都能够接收到其发出的微弱电波信号。这种技术的军事作用是非常恐怖的。可以毫不夸张地说,如果中国能够依靠自己的力量搞出基于东四平台的移动通信卫星(手机直接联接通信卫星,而不是车载平台)与宽带互联网卫星,那么中国就绝对有能力研制出中国版的大酒瓶电子侦察监听卫星。手机、通信卫星与衣、食、住、行产品一样都是典型的“万年产业”,那怕我们有一天移居外星球也是如此。遥远未来的人类可以没有导弹核武器、没有航空母舰但却不能够没有手机与通信卫星。因为地球是圆的,月球与火星也是圆的。
至于什么中微子通信,离现在还太遥远。但宽带卫星上网与电视直播卫星却是近在眼前的东西。说通信卫星重量做到10吨级就到头了,那实在是目光太过短浅。只要地球上还存在“国界”之类的东西,不提经济因素,巨型通信卫星就还存在政治上存在的理由。重型通信卫星是典型的全球一体化推动利器,地球村的打造绝对离不开通信卫星。人们想在中国的土地上用手机终端随时随地地收看CNN、BBC与福克斯电视台,在非洲、南美随时随地地收看CCTV、广东卫星,没有重型通信卫星什么行?!当然,重型通信卫星平台的产生对于小国家、小民族与弱小文明体系是非常不利的,不仅它们租不起卫星转发器,更重要的是它们本身就没有多少“母语”电视台与网站。在全球一体化时代它们的声音就没有人听得见,也没有人会去理会。当然这已经不是本文要过多关注的问题。
重型通信卫星有很多种,仅仅商业通信卫星就有广播卫星、电视直播卫星、移动通信卫星与宽带互联网接入卫星等等。卫星上网谈QQ、打互动游戏会受到延时的大影响,但上上网,无限制地浏览下外国网页,上上外国论坛还是没有大阻碍的。 至于市场价格问题,如果重型通信卫星足够多与足够便宜,政策又开放,中国移动的全球通、神州行也可以升级为地面网络与卫星通信双模通讯方式,在地面网络没有的地方自动转接为卫星通信,这在技术上并没任何不可克服的问题。如果不行直接研制地面蜂窝网络与移动卫星双卡双待手机,这只是钱的问题,卫星与手机技术倒没有无法克服的难题。美国的大酒瓶电子侦察监听卫星就可以直接接收目前地球上所有现成的地面手机信号,我们就可以知道目前人类的通信技术有多么的强大,只是还没有转化为民用而已。
如果有商业卫星运营客户肯以10亿美元一颗的价格向波音、洛马(一次性订购10颗以上,太少了商家不肯生产)订购直接使用诺基亚、酷派、苹果之类普通版手机直接拔打与接入互联网的移动通信或者宽带上网卫星。波音与洛马公司也一样会基于大酒瓶巨型电子监听卫星平台研制商业版重达13吨(或者15吨)级的巨型通信卫星的。而且也只有10颗以上的巨型通信卫星发射订单才会促使阿里安五或者ULA开发GTO运载能力15吨以上的火箭来承接商业发射市场的需求。 总而言之,目前巨型通信卫星平台已经是现成存在的产物,大酒瓶间谍卫星的重量从德尔塔四H火箭的运载能力持续升级中可以明白无误地推测到。而且大酒瓶卫星的手机信号接收能力极强,否则美国政府也就不会对其倾注那大的心血了。
但大酒瓶卫星平台转为商业用途,还得看欧洲的阿尔法卫星平台的成熟时间。只要劳拉的LS1300与波音的BSS702、洛马的A2100X在商业市场上相较之阿尔法平台竞争力大为减弱,劳拉、波音与洛马就会有动力去搞大酒瓶电子侦察卫星的民用版本。事实上美国商业通信卫星为什么这么牛,与美国政府一贯强力投入电子侦察监听卫星与军事通信卫星的持续开发关系巨大。美国的未来军事通信卫星(先进极高频卫星的后继通信卫星)计划采用激光通信技术就是最好的证明。重型通信卫星、宇航深空探测网与大型电子侦察监听卫星的核心技术都是完全相通的。都是必须想方设法接收到来自遥远地方的微弱电波信号。说到这里我们就能够明白研制重型通信卫星对于中国的国家安全与军事力量的可持续发展有多么的重要。目前最重的通信卫星平台就是洛马与波音公司为美国NRO研制的巨型电子侦察监听卫星(实质就是将NASA的深空网从地面搬到GEO轨道上,深空网接收来自木星、土星与外太阳系探测飞船的微弱信号,而大酒瓶电子侦察监听卫星则探索接收来自地球表面的微弱手机信号)。其重量保守估计在11吨以上,改进型至少重达13吨,主天线直径则在100米以上,当然价格也高达20亿美元1枚。而劳拉、波音与洛马在公开商业市场上销售的LS1300、BSS702与A2100X系列通信卫星重不过6、7吨,天线直径不过二十多米,价格也只要3、4亿美元1枚。
基于成熟大型、巨型通信卫星平台来研制红外预警卫星、gps卫星(美国的新一代gps卫星也是基于洛马a2100平台研制的,基于成熟通信卫星平台来研制导航卫星已经是一个全球性发展趋势,不仅仅中国的北斗卫星才如此)、深空探测器乃至地球轨道的各类军事侦察卫星尽管会增加不少重量,但由于火箭运力“不值钱”(单独研制新的特化卫星平台成本更高昂),实际的研制与运营经济成本不升反而大幅度下降,这一发展趋势由其值得关注。
另外,低轨道通讯卫星也一样可以持续做大,象铱星低轨道通讯卫星就可以做到5至8吨一颗,以增加通讯容量并扩展通讯天线的口径。
第二节  重型通信卫星的研制与载人登月火箭捆绑进行具有重大现实意义
当年切洛梅的想法奠定了质子火箭LEO20吨的发射运力区间,并且由此决定了后世空间站舱段平台20吨级的重量范围。今天NRO的想法也同样开拓了德尔塔4H火箭GTO13吨的发射运力区间,也由此决定了后世新一代重型通信卫星的大体重量范围。当然,由于可以捆绑更多的助推器,德尔塔4H火箭的运力还可以提升到GTO18吨以上,方法就是再在芯级捆绑多几枚固体燃料助推器。
问题是如果德尔塔四H的GTO运力如果能够一举提升到GTO18吨的区间,一箭就可以将一艘神舟级别的载人飞船直接送入环月轨道。 因此,对于未来中国的长五火箭而言,如果要想打造一个能够活命百年的发射市场空间,就必须将运载能力提升到GTO运力18吨以上。即使中国目前并不实施载人登月工程,但本着火箭先行的原则,只要一鼓作气将运载能力提升到GTO18吨,并成功发射一次之后,那怕这一次仅仅发射了一个18吨的石头进入GTO。那么就象今天的美国德尔塔4H火箭那样,十年八年无多少人关注,但只要你已经证明了你的能力。后来规划发展的通信卫星、载人飞船与深空探测器之类载荷就会参照你GTO18吨的运载能力上限来进行规划设计。这就是火箭先行,之后再来培育GTO轨道10至18吨重型载荷发射市场的道理。说白了就是要先研制出GTO运力18吨以上的重型火箭,再引诱政府与国际商业客户来研制重型载人飞船、空间站舱段平台、巨型通信卫星与巨型深空探测器来与火箭运力配套的技巧。如果当年的土星五火箭不抛弃,即使美国政府之后不再进行载人登月飞行,但由于土星五火箭已经是现成的产物,美国空军也会参照苏联发展质子火箭的模式,研制一款“减配缩水”版的完全使用廉价常温第二级(甚至常温上面级)的LEO运力只有60吨级的中间运力型火箭来发射美国空军的大型侦察卫星。毕竟二十世纪70年代的大力神3系列火箭的LEO运力就已经有15吨的水平了。使用LEO运力60吨的土星五火箭,一箭就一次发射2、3颗KH9(即著名的“大鸟”照相侦察卫星)之类的侦察卫星还是非常有可能的。而日后美国的土星、木星、金星之类行星探测器也完全可以在目前版本的基础上,重量再增加3倍搞个重15吨级的卡西尼土星探测器或者重达5吨级的火星车,结果想想就让人震奋不已。
今天回头细细思考质子火箭为什么始终不发展低温上面级来与之配套;就是因为质子火箭运力强大,前苏联与俄罗斯都没有不使用低温上面级就发射不了的大型GTO与深空探测器载荷,事实上如果质子火箭配上半人马座之类低温上面级,GTO运力完全可以提升到9吨以上,只可惜了质子火箭的好身材。而美国中国却抢先发展了低温上面级火箭,就是因为大力神4H与长三乙火箭如果再使用常温上面级,运力已经无法满足发射运力要求。由其是中国的长三甲、长三乙系列火箭,如果不使用低温上面级,GTO运力最大只能到3吨区间,东四平台之类卫星就无法发射。但如果从这一角度反思,当年美国人放弃土星五火箭就更为不值了。为什么美国人不照抄苏联人研制质子(或者天顶)的思路放弃土星五火箭昂贵的低温第二级、第三级,改而研制一款第二、第三级单纯使用煤油(或者有毒肼燃料)的“廉价版”土星五火箭呢?!以二十世纪70年代的通信卫星重量只有几百公斤的水平,廉价版的土星五火箭当然没有什么用处,但在LEO军事侦察卫星发射市场,纯煤油甚至使用有毒肼燃料第二级的土星五火箭还是大有可为的,为什么当年美国人不如此做?!是不是航天飞机思想毒害美国人太深了?!结果土星五火箭与强大的F1发动机就这样死掉了。而前苏联与俄罗斯人喜欢使用常温上面级的特点却导致了天顶火箭的诞生,尽管能源火箭最后也抛弃了,但RD170发动机无论如也保留了下来。可惜美国人却没有这么做,这真是冷战时代一个难解的谜。
因此,对于未来中国而言,如果GTO运力达18吨的升级版长五火箭一时找不到发射市场,不如参考苏联人研制质子与天顶火箭的发展演进模式,转而再研制一款使用常温上面级的“廉价版”长五火箭来发射GTO通讯卫星与深空探测器更好。这样火箭的性能也许不什么出色,但却胜在价格十分便宜。这样在商业卫星发射市场还是大有发展潜力的。美国私人公司的猎鹰9与猎鹰9H火箭就有这样的计划,搞便宜的煤油上面级,研制纯煤油的GTO运载火箭,性能也许比不上EELV、阿里安五、H2B与长五火箭,但只要价格便宜,在商业市场就所向无敌。这个世界没有多少人会与金钱过不去。至于高配版的长征五号火箭则使用低温上面级,主攻载人登月与外星探测发射市场;而低配版火箭使用常温上面级,主攻近地LEO与商业通信卫星发射市场。
如果当年美国人的土星五火箭能够按这一思路改进发展,土星五火箭的放弃将是不可想象的事情。这一教训对于未来中国巨型火箭的发展也有足够的启示意义。未来中国研制LEO运力100吨级的火箭并不一定只能够在载人登月市场中生存,如果使用常温上面级如质子火箭那样发射直接进入GEO轨道的载荷,GEO运力也不过20吨,这样的巨型低配版火箭在商业通信卫星发射市场还是能够找到巨大的生存空间。从这个角度也可以说未来国际商业发射市场将会产生“巨型火箭配廉价常温上面级”与“小型火箭配昂贵低温高性能上面级”两种完全不同发展思路火箭共存竞争的格局。说白了就是复制今天质子(或者安加拉)、天顶与EELV、阿里安五的竞争。鉴于今天质子与天顶在全球商业发射市场的竞争中并不处于下风的状况来分析,未来巨型火箭配廉价常温上面级或者才是更有前途的发展趋势。
自阿波罗时代以来,世界主流国家有储备粮,储备食盐甚至储备肉却没有“储备中间运力型(乃至巨型火箭)”。这是阿波罗时代以来人类空间工业的最大悲剧。储备巨型火箭并不是说一定要生产出一些巨型火箭之后现成放在粮仓里坐等发射任务,而是说必须在最短时间内(24个月)随时具备研制生产与发射这种火箭的现成工业能力。如基于质子与大力神四H火箭的发动机平台,只要能够使用RD253或者LR87发动机并联5台研制质子或者大力神四火箭的主芯级,再捆绑不同数量的助推器。一款LEO运力覆盖25至50吨区间的中间运力型火箭就轻而易举研制出来。
但相关国家为何始终不如此干,这也是冷战时代全球空间工业界的一个巨大悲剧。说到没有任务需求这完全不成立。因为使用5台RD253(推力150吨)或者LR87(推力120吨)并联研制的光棍主芯级LEO运力只有15吨左右,要调节运力范围就改变捆绑的助推器数量即可。而现成版的质子与大力神四H火箭LEO运力已经达20吨以上。现在回过头再次细细品味质子与大力神四火箭的发展历程,对于日后长五的改进发展思路极有好处。
首先是质子。
质子火箭显然不是为发射通信卫星而准备的(目前质子的生存已经完全依赖于商业通信卫星发射市场),但质子火箭出现的1960年时代,质子的运载能力显然远远超过同期美国大力神系列火箭,其LEO运力一举达到20吨,而同时期的大力神火箭却只不过还是长二丙的水平,运力只有区区的几吨。因此在LS1300、BSS702与A2100之类大型通信卫星平台还没有出现的早期空间时代,质子火箭生存的主要依赖市场就是LEO空间站舱段与大型军事卫星的发射任务。这就导致到质子火箭历史上从来就没有计划为了应对GTO重型载荷发射而专门研制一款低温上面级火箭。而且通信卫星又是前苏联的短板,前苏联时代的通信卫星平台水平还比不上中国的东方红三卫星平台。苏联崩溃后,俄罗斯将质子投入国际商业卫星发射市场,而国际主流通信卫星可要比东三平台强大得多、也重得多,质子火箭开始在国际卫星发射市场大显身手,质子火箭的上面级技术也开始迅速发展。而美国的大力神四H火箭发展显然受美国电子侦察卫星重量迅速增长影响更大。
成像侦察卫星并不是越来越大的,因为分辨率细到0点2米就已经没有太大的意义。因此美国最重的光学与雷达成象侦察卫星的重量近二十年来已经改变不大,已经到头了。这也是航天飞机将LEO运力定于29吨上限的主要原因。但电子侦察卫星则不同,为了搜集更为微弱的手机之类手持终端的信号,NRO电子侦察卫星天线直径一再扩展,到现在还远远没到尽头。从军事电子侦察的物理学角度与NRO的野心来看,美国电子侦察卫星最终重达三、四十吨都是完全可能的。美国大力神系列火箭就是依赖发射军事侦察卫星的需要而一步步长大起来。由其是挑战者航天飞机爆炸之后,空军独立搞大力神四H系列。大力神火箭仅仅3米多一点直径的主芯级已经捆绑上直径同样达3米多的UA1207巨型固体燃料助推器,再配上五米直径整流罩,长径比与气动外观已经高度特化。如果再不改进主芯级直径,可以说已经将大力神四系列的使用潜力发挥到了技术极限的边沿。
老实说,如果二十世纪80年代里根政府接受洛马公司基于LR87发动机平台研制四芯版的“大力神野蛮人火箭”的建议,再捆绑上航天飞机级巨型SRB,大力神终极版火箭的LEO运力将提升到50吨以上。这样今天EELV系列火箭能否产生还将存在极大的疑问。因为EELV的德尔塔四H火箭就是因NRO电子侦察卫星的发射需求而推动诞生的产物,大力神四H的3米芯级使用潜力已经用尽,而NRO新一代电子侦察卫星已经重达11吨以上,已经远远超出大力神四H火箭的运载能力。但如果上世纪八十年代里根政府研制了四芯版大力神四H火箭,再配上航天飞机级SRB,GTO运力将提升到20吨以上,这样用于发射NRO电子侦察卫星再服役到2020年都是可以的。这样就没有今天德尔塔四H火箭什么事了。事实上从纯商业角度看,波音尽管为研制德尔塔四火箭“倒贴”了不少钱,但好歹将美国NRO重型载荷的发射合同从此从洛马的大力神四H手中抢到波音的德尔塔四H火箭的手上。更为重要的是洛马由于不肯自己投资研制宇宙五的重型版本,今天德尔塔四H已经成为美国空间重型载荷的唯一发射工具,连星座飞船的发射合同也归波音所有。而在大力神四H火箭时代,波音最大火箭只有德尔塔2与不成器的德尔塔3,与洛马公司的大力神四H运力相差极大。
由于质子火箭的一级推力强大,仅仅依靠常温上面级,质子火箭的GTO运力目前也已经能够达到7吨左右(质子火箭所发射的通信卫星中最重的已经达6700公斤)。质子火箭的商业发射订单已经积累到2018年。不过欧洲最重的通信卫星平台阿尔法的重量已经达8吨以上,几十年来一直推力有余的质子火箭的主芯级使用能力终于挖掘殆尽,因此质子如果要发射欧洲阿尔法平台的重型通信卫星,研制低温上面级已经无法回避。同样,俄罗斯的安加拉火箭即使研制成功,如果不研制低温上面级,安加拉五也仅仅能发射阿尔法平台基本型通信卫星而已。10吨以上的阿尔法平台升级版卫星就只能使用传说中的安加拉七火箭来发射了。问题是现在的世界已经不再是冷战时代,一切都要讲求经济可行性。目前全球火箭工业的一切生存希望(由其是中间运力型火箭、巨型火箭)只能依靠军事卫星与商业通信卫星市场的持续发展来维持。纯科学性质的探测器发射数量,连EELV、阿里安五级别的火箭都不能养活(H2A就是标本)。而军事成像卫星的重量已经发展到顶,但商业通信卫星却还前景无限,以目前的趋势预测,未来重三、四十吨的通信卫星出现都是完全可以预见的。载人登月级火箭如果不能死死抱着这最后一条大脚与救命稻草还能够什么样?!能源号火箭为什么不得不放弃了?!还不是因为没有足够的空间载荷发射量来养活的原因?!
老实说,即使航天飞机不发生挑战者与哥伦比亚事故,面对通信卫星巨型化的发展趋势,航天飞机由于运力的固死性迟早也一样要玩完。因为做大航天飞机要远远比做大运载火箭来得更为困难。至于什么重复使用,在全球年发射总量没有超过800次的时代完全没有必要。现今全球年发射量不足100次,航天企业根本就没有开发复用技术的任何动力与心情,而且即使复用技术开发出来,但由于发射量太少,成本也一样下降不来,因为维持火箭企业正常生存的年产量目前已经降到最低水平。象日本的H2A火箭,如果年发射量再下降到1枚每年,那么其单价将是3亿美元而不是1亿美元,因为这已经是维持三菱重工之类火箭企业持续生存的最低经济开支标准,换成复用火箭也一样是如此道理,做一枚H2A级别的火箭可复用10次,但每年只能发射一次,那么每一次的飞行成本也一样要3亿美元,否则发不起工人工资,做复用火箭的企业也一样无法生存。因此对于目前全球空间工业而言,如何全力做大全球空间工业(核心是通信卫星产业)市场才是现时最为迫切的核心问题。只要全球的火箭年发射量搞上去了,其他的一切问题才能够得到彻底的解决基础,如果再维持目前全球年发射量不足100次的局面,神仙来了也挽救不了全球火箭工业的衰落命运。
太空X公司又能够什么样?!除非它能够将猎鹰9火箭的生产成本下降到EELV、阿里安五与长三乙火箭的20%水平,从而刺激了全球太空旅游业的爆炸性发展,否则巧妇难为无米之炊,没有足够的商业发射需求谁也是没法子长久生存。这一切显然不是短时间能够完成的任务,因此全球火箭工业“要饭”的方向只能向着通信卫星市场走。目前也只有通信卫星市场的大发展才存在足够的市场需求理由与需求可能。卫星上网与卫星手机的使用成本只要能够从目前的基础上下降80%与90%,这个市场的使用规模至少就能够膨胀10倍,甚至50倍都不止。
只有通信卫星的使用市场大幅度扩张,火箭的发射市场才能够真正搞活。而其它的什么火箭复用技术,载人登月火箭研制才能立足于更加坚实的发展基础之上。与之相反,如果通信卫星研制企业还抱着“三年不发市、发市吃三年”的想法,将通信卫星搞成天价而不是白菜价。不仅火箭产业迟早崩溃,通信卫星产业也迟早一样要接着崩溃,因为全球火箭企业“死绝”,只剩下一两家公司,那么每枚火箭的价格那怕是使用有毒燃料的质子也一样会上升到7、8亿美元一枚,从而导致更多的通讯企业无力购买商业发射服务。这样反过来又进一步绞杀掉全球通信卫星生产企业。这就是恶性循环还是良性循环的道理。
第三节  研制中间运力型火箭是搞好中国未来载人登月工程的核心基石
中间运力型火箭能够成功地在商业通信卫星发射市场更好地“捞饭谋生”,从而大大降低当年土星五火箭登月成功后无用武之地的悲剧再现。因此中间运力型火箭“保命”需要技巧。质子火箭就是最好的例子,先不研制高性能低温上面级,但胜在廉价。这样尽管性能一般般很平凡,但也要比土星五火箭过早死掉要好太多。大火箭也要懂得低调,不能时时想着搞光彩四射的登月工程,但能够时不时做个“有用的苦力搬运工”,能够保证长久生存下来就是最大的成功。研制中间运力型火箭,一定要搞个低配的常温上面级,好让“大火箭”也能够在商业发射市场“混口饭吃”,这才是质子火箭的发展演进历程留给后世最大的经验教训。由于洛马的A2100M卫星平台未来还会在重量上有很大的提升空间,这对促进美国EELV火箭运力的升级具有重大促进意义。
事实上通信卫星的重量增长近十几年来是极为明显的,阿里安五、质子与长三乙火箭的持续改进也主要是由通信卫星重量的提升来牵引。但从全球角度而言,最先突破10吨重量关口的商业通信卫星最大的可能还是出现在洛马的A2100M平台与欧洲的阿尔法平台身上,而劳拉的2020平台还没听到有商业客户订购的消息。目前美国MUOS军事通信卫星已经“用尽”宇宙神551火箭的GTO运力上限,A2100M与阿尔法卫星平台再改进升级下就可以穿透全球商业发射市场霸主阿里安五火箭GTO运力10吨的上限。这是今天与阿波罗时代最大的不同之处。如果土星五能够生于今天的时代,土星五主芯级去掉一台F1发动机,二级改用2台或者3台J2低温发动机,再装上半人马座上面级,NRO的重型电子侦察卫星与重型军事通信卫星的发展还是能够支撑住它的生命的。
这种设想其实对今天的中国航天企业才更有启示性,要忽悠政治领导人研制巨型火箭来实施载人登月工程,现在立项成功的可能性恐怕不会大。倒不如直接拖上军队,以要研制巨型军事通信卫星为理由来上马巨型火箭与中间运力火箭的研制工程,或者这才能拥有更为坚实的需求基础。 当然,由于技术的原因,美国7吨级MUOS军事通信卫星所能达到的功能,中国的军事通信卫星恐怕要做到14吨重才有可能达到同样的水平。反正目前版本长五火箭的GTO运力也有14吨,未来中国通信卫星还有大量的余地来“做大做重”。如果中国的通信卫星做到了14吨级,日后再升级下就能够做到18吨以上,而能够发射18吨级通讯卫星的火箭也一样能够发射神舟载人绕月飞船。因此扯上通信卫星的未来发展为理由来上马研制载人登月级火箭实际上是不得已的问题。但将研制发射巨型军事通信卫星与登月工程“捆绑进行”却有着坚实的理由基础,毕竟军队对于通信卫星的需求绝对是多多益善与越大越好的。
广播卫星的发展已经差不多到了尽头,现在重型通信卫星市场只能够指望电视直播卫星与宽带通信卫星来挑大梁。而太空旅游又迟迟不见起色,通信卫星产业只能够“死马当成活马来医”,通信卫星如果不能够成功做大,登月级火箭甚至中间运力型火箭未来将没有什么活路。仅靠深空探测与空间站工程,中间运力型火箭一年也发射不了两三次,即使强如美国今年大型深空探测器也只发射了朱诺号与好奇号(如果EELV火箭运力足够强大,朱诺号可以做到10吨,好奇号做到4吨也可以的,这些十多年才发射一次的旗舰探测任务,探测器自然造得越大就越好)。全球火箭工业生存的艰难由此可见一斑。
以今天的全球空间产业发展前景分析,也只有商业通信卫星还存在“做大”的充足理由,军事成像卫星发展到锁眼的20吨级也到极限了。不实行载人登月工程,要养活全球的火箭工业,其实无论是中国、欧洲还是美国,都应该财政补贴相关宇航企业研制10吨以上的重型通信卫星,就权当是为了养活各自火箭产业工人的失业补贴就了事。
以今天全球发射市场的极端萎缩,日本的H2系列火箭年发射量已经只有3、4枚,全依靠政府项目活命,在商业发射市场上完全一败涂地。阿里安五的年发射量也在下降,如果沦落到每年4、5枚的水平,维持生产线正常运转的成本也将会越来越高昂,进入恶性循环也是时间迟早的事。由此分析,未来长五的命运也是非常不容乐观的。如果7、8吨级别的通信卫星一年发射不了3、4枚,长五火箭的生产线将根本无法长期维持运行。
这些年全球年发射量全依靠中国的发射量快速上升才不至发生暴跌,俄罗斯则呈缓慢下降趋势,而日本、美国与欧洲的年发射量已经缩小到不能再缩小的程度。但只要北斗导航系统建设完毕,中国版的锁眼侦察卫星研制成功,中国的各类“资源卫星”的年发射也一样会锐减,想象一下目前美国的一颗陆地成像卫星寿命就高达十几年,而当年一颗大鸟胶片侦察卫星寿命却只有区区几个月。这让全球火箭生产企业简直无法生存。
空间飞行器的长寿命已经严重危害到全球火箭企业生存的根基,现在全球火箭产业迫切需要开拓全新的生存空间,就高凉陈君个人的感觉而言,也只有电视直播卫星与宽带通信卫星还能够存在充足的应用开拓空间。而军事侦察卫星与气象卫星全球的需求也只会越来越少,今天一颗锁眼侦察卫星的寿命都有十几年,军事图象侦察卫星产业未来的前景也越来越灰暗。至于深空探测器领域,其需求存在极大的不确定性,经济处于上行周期时发射多点,无钱时10年、8年不发射一次也是可以的,现在的俄罗斯就是如此。总而言之,如果通信卫星使用领域再不能产生革命性进步,全球火箭产业前景将极度悲观。即使有太空X公司之类乐观者,但卫星寿命越来越长,猎鹰9H火箭迟早也一样会无米下锅。
第四节    重型通讯卫星市场必须大力培育
欧洲空间局现在就主导研制8吨级的重型阿尔法通讯卫星平台。象阿尔法这类重型通信卫星平台现在商业用户不使用,就让政府机构与军事部门先用,当平台高度成熟,再慢慢投入商业市场。美国的洛马公司就有基于A2100平台研制10吨以上的巨型军事通信卫星的设想,即“先进极高频军事通信卫星”的后继升级版,计划使用德尔塔四H火箭来发射。 高凉陈君有一个预感,随着宽带通信卫星的加速发展,专用数据中继卫星将会与巨型宽带通信卫星完全融合为一体。未来十多年后,全球恐怕将不会再有专用的数据中继卫星,巨型宽带卫星在实时图象与视频数据传输方面上将完全能够取代今天专用数据中继卫星的所有功能。
航天飞机时代最大的错误在于没有成功培育出成熟的巨型空间载荷产业链。
在航天飞机时代,无论是通信卫星、空间站舱段平台、军用成像侦察卫星还是深空探测器,没有那一个重量是超过30吨的。但在阿波罗时代,所有设想的空间站舱段平台普遍在五、六十吨以上。由于土星五火箭的现成存在,那时的人们认为空间站舱段平台重60吨以上可是理所当然的事情。后来由于重型火箭的缺失,阿波罗时代之后全球空间载荷平台的重量受到严格的限制。三十年都没法走出“质子瓶颈”的阴影。直到EELV系列的德尔塔四H火箭出现为止。对于今天的全球重型火箭产业而言,必须要以通信卫星的巨型化发展趋势为契机,以通信卫星产业的巨型化为基本来“倒逼牵引”中间运力型与巨型载人登月级火箭的研制才是最有希望的出路。
作者简介
高凉陈君,实名陈天,广东省茂名市高州沙田镇人,1981年出生。帝国学分析家、作家,地区知名人士,白云山舍主人。曾经就读于沙田中学与及广东省高州农业学校。高凉陈君一直致力于从事帝国学问题的分析研究,并且是中国中间运力型载人登月火箭的开拓先驱。高凉陈君提出中国21世纪必须基于YF100K煤油发动机来研制长征9号可重复使用巨型火箭,再在广东的阳江茂名徐闻或者广西的北海防城等地区新建设长征9号火箭的发射场,以缓解海南文昌发射场的繁重任务压力。
高凉陈君的标志性论文有《帝国学与陆权战略》(2005年5月6日),《从全球一体化角度解读苏联帝国崩溃解体》(2013年12月28日)与《帝国全球化与亚洲大角逐》(2014年9月15日)等等。
高凉陈君雄文累出,思想开放务实,历史观气势磅礴,研究观点独特新颖,观察视界覆盖全球。高凉陈君的所有创作完全出于历史责任感驱动,不受任何利益方支配影响,完全本着“国家兴亡、匹夫有责”之责任感努力笔耕开拓。历年来发表的论文与评论高达500多万字,其中关于帝国学方面的研究分析论文更是核心精华。高凉陈君(陈天)在推动中国上马实施载人登月工程方面上发挥了巨大的历史贡献作用。高凉陈君(陈天)在载人登月与航天研究方面重要的贡献是最先提出并完善“中间运力型火箭(即小巨型火箭)”概念与应用理论。高凉陈君(陈天)力主必须基于“月球轨道对接方案”来执行中国的载人登月工程。高凉陈君(陈天)历年发表的作品有:《高凉陈君帝国学论文集》、《高凉陈君载人登月与航天发展研究论文集》、《高凉陈君论文汇总选集》、《高凉陈君载人登月与航天发展研究补充论文集》、《高凉陈君论乌克兰评论汇总精选》与《高凉陈君文集精选》等等。




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