蓝色起源说的对,星舰登月不靠谱!

2021-08-10 星期二

SpaceX耗时两年,迭代十几个版本,炸掉一堆原型机后,终于把马斯克在5年前放给全世界的PPT变成了一枚高达120米的,实际伫立在发射台的火箭。
2016年国际宇航大会上的演讲,估计当时没几个人拿这玩意当真吧

虽然星舰后面的挑战还很多,估计还要炸个几次,甚至不排除项目失败的可能,但Talk is cheap. Show me the rocket.这句话,SpaceX确实是做到了,祝贺!
不过今天的正文是给星舰泼冷水的,真够分裂的!
近日,被业界集体讽刺的“蓝色亚轨道”公司为了争夺登月舱的第二份合同,发了一张公开宣传图。对比了SpaceX星舰登月方案和蓝色起源牵头的国家队“综合着陆器”(Integrated Lander Vehicle,ILV)的优劣,结论是蓝色起源牵头的国家队登月舱相对SpaceX更安全、低风险、且快速!

蓝色起源这是点了几个菜啊?喝成这样?


蓝色起源是睁眼说瞎话么?其实非也,还是有点道理的,他揪住了SpaceX星舰登月方案最致命的缺点——多次大规模低温推进剂在轨加注,这也是NASA在登月舱合同的评标过程中公开指出的星舰方案的一项重大缺陷。这在我们的往期文章里已经注明了《SpaceX独揽登月舱之后,友商投诉,国会不爽,新局长扬言再寻“新欢”!

SpaceX方案的主要劣势如下:

1.星舰需要多次连续快节奏的密集发射才能执行任务,这被NASA认为是一项重大缺陷(a significant weakness)。

2.星舰需要多次大规模低温推进剂在轨加注,NASA认为这也是该设计的一项重大风险。但由于星舰的在轨加注是在近地轨道进行,NASA认为该风险相对于环月轨道加注更容易克服(entail operational risks in Earth orbit that can be overcome more easily than in lunar orbit)。

3.舱门距离月表高达30米,不便于宇航员进出,需配备电梯。

跆拳道大灰狼,公众号:航天爱好者SpaceX独揽登月舱之后,友商投诉,国会不爽,新局长扬言再寻“新欢”!


这个缺陷到底是啥,通俗讲就是星舰的月球运力不足,大家都知道星舰有百吨以上的近地运力,非常强悍,但是他的构型非常不利于高轨任务。单次星舰发射,别说着陆月球了,就算是进入奔月轨道(TLI)都费劲(运力损失很大)。


那怎么办,没运力这还登个毛月球?于是马老板提出了一个在轨加注的概念,登月的星舰要在环绕地球的轨道上停泊一周左右,停泊过程中要再进行10多次其他星舰发射,给登月用星舰对接,并灌注推进剂,灌够之后才有能力登陆月球并返回。

另一个登月方案图,估计是18次,这个有点儿多啊


你一定奇怪,蓝色起源为啥认为要在一周内完成10次左右发射才能登月一次?因为星舰采用的是双低温推进剂(液氧、甲烷沸点都在零下150度以下),在地球轨道上受太阳照射推进剂会迅速蒸发(防热不当甚至会沸腾),如果加注周期拖得太长,加注的推进剂都不够蒸发的,所以必须缩短加注周期!

那为啥要10多次星舰发射才能登月一次?这是算出来的,马老板最近的采访中,透露了星舰的诸多关键参数,星舰二级干重、推进剂加注量、发动机比冲等,加上已知往返月面所需ΔV(见下图),简单计算就能得出补加推进剂量和次数。其实蓝色起源给出星舰需要补加的次数是7-11次,次数取决于星舰本身减重水平和载荷重量。

请放大观看
我的粗算结果比蓝色起源的更理想一些,在完全无载荷(只演示登月技术),星舰二级干重可压缩至80吨(登月版免去了隔热瓦),且登月舱无需返回地球重复使用的情况下,仅需5次在轨加注即可无人登月

5次看起来比10次美好多了,但其实还是人类航天史上最麻烦的登月方案,要知道阿波罗时期可是土星五号一箭包往返的啊。5次发射,就要有5倍的风险,一周内打5发,就要每不到2天就打一枚重型火箭,你能想象么?同为重型火箭的SLS设计的发射频次可是一年一发啊!

如果万一星舰真的能登月了,那就侧面说马老板在星舰上吹的牛基本都实现了——低成本、高可靠、快频率!但技术上这真的真的很难!所以蓝色起源挑的这个“刺”不无道理。但如果SpaceX真的实现了,那蓝色亚轨道的脸可真是啪啪响了。
三款登月舱真实比例,左边这款29亿,中间的60亿,最右边99亿
那么蓝色起源的方案是啥样的呢?他这个国家队的登月舱命名为“综合着陆器”,实际由转移级、下降级和上升级三部分(仔细看图1蓝线部分)组成,三部分可分别通过“新格伦”和“火神”运载火箭发射,并在环月轨道或月球轨道平台门户进行组装;也可以通过SLS的改进型一次性整体发射。听起来好像是简单多了,但是别忘了,蓝色起源可没说他的登月舱便宜哦。

技术上国家队的登月舱采用了大量已有技术,下降级源于蓝色起源2019年5月公开的的“蓝月亮”项目,公司为该项目单独研发了代号BE-7的氢氧发动机,该发动机推力40千牛,可深度节流(变推力),该型号采用独特的“双膨胀燃烧循环”(dual-expander combustion cycle),还为此进行了相关试车。上升级的动力系统和乘员舱均由洛马负责,设计上尽可能与猎户座飞船共用系统。转移级则由诺格负责,同样充分参考其在天鹅座货运飞船上的设计;德雷珀公司则负责航电系统的研发。“综合着陆器”可以与猎户座或月球轨道平台门户对接,并可长期在轨以供远期重复使用。
GAO判决NASA的采购合法,蓝色起源翻盘落空
现在两家的撕逼已经进入了白热化状态,美国政府问责办公室(GAO)已经判决SpaceX中标合法,蓝色起源的申诉被驳回。现在蓝色起源的唯一机会就是让国会继续施压NASA强行颁发第二份登月舱合同了。

另外,上图其实是很不错的,这就是基于猎户座和星舰的登月方案和ΔV图,但我认为这个图的小图1(红圈处)有个问题,出发阶段的停泊加注轨道不应该在HEO轨道,而应该在LEO轨道更好。

还有,图3其实还暗藏了一个新的方案,也就是根本不需要猎户座飞船,只需要载人龙和星舰即可登月的方案!你认为这应该怎么登月呢?
(全文完)



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