美国要给中国一个信息!阿尔忒弥斯重返月球:美国表示他还是老大

但在8月27日,法国《费加罗报》刊发了一篇文章有些让人费解,标题很简洁:“给中国一个信息”,给中国什么信息?该报是这样描述的:“在短短几年内,中国已经制定了登月计划,还要在月球轨道上设立一个前哨站,这对华盛顿来说是一个严重威胁”、“华盛顿向中国发出了一个非常明确的信息:美国仍有竞争能力”。

SLS火箭:一个搬运航天飞机零件火箭却延迟了16次

在39B发射台上的SLS火箭着实非常威风,橘黄色芯级加上路两侧两枚白色的助推器,还有顶部的飞船整流罩和逃逸火箭,真有一种阿波罗计划登月现场再现的场景,当然美国媒体也是有意无意的将其和阿波罗登月靠拢,这从美媒发布的摄影作品中就可以看出:

拍摄视角和取景时机都差不多,显然美媒要把阿尔忒弥斯计划与当年的阿波罗登月相提并论,而SLS火箭和当年的土星五号的运载能力尽管有些差别,但基本已经算是在同一个数量级上了!

但事实上土星五号绝对要算是一个划时代的突破,而且在50年后的今天依然是前无古人后无来者,韦恩赫尔·冯·布劳恩博士为土星五号设计的F1发动机绝对算得上怪物级,在和前苏联的N1火箭比拼中完胜,但SLS却无法再提到这个高度,因为它的助推器和火箭发动机,全部都是航天飞机时代遗留的产物,那个时代,是在阿波罗11号发射9年以后,也就是1978年!

航天飞机全家福。从左至右:“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号”、“亚特兰提斯号”和“奋进号”

SLS火箭:全部用“二手”发动机,却推迟了16次

SLS虽然被命名为太空发射系统,但它却是一个全部由“二手货”组装起来的火箭,SLS火箭总共有如下几个部分:

  • 1、两枚助推器;
  • 2、芯一级火箭;
  • 3、芯二级火箭;

助推器是五段式固体火箭助推器,其使用的是航天飞机时代的固体助推器系统,而芯一级火箭用的是航天飞机的的三台RS-25氢氧发动机同一款发动机RS-25D,只不过航天飞机用的是3台,而SLS一级火箭用的则是4台,而且更显节约风范的是先把亚特兰蒂斯号和 奋进号航天飞机的备件用完,然后在未来再用RS-25E的版本。

不过凭良心说,RS-25的指标还是不错的,这是一种低温氢氧发动机,推力为189.6吨,(海平面),232.4吨(真空),海平面比冲366秒,真空比冲为452秒,这个参数就算是到现在也不会太落后,比如我国长征五号的一级发动机YF-77,其海平面比冲为316秒,比RS-25还要略低一些。

芯二级火箭用的是RL10火箭发动机,这是Aerojet Rocketdyne在上世纪60年代开发的发动机,尽管一直有在迭代发展,但当2012年NASA选择这款发动机时,其评价是:

RL10是一个非常古老的发动机,有很多与其制造相关的工艺……这就是这项研究将要弄清楚的,是否有必要建造一个RL10替代品?

— 戴尔·托马斯,马歇尔太空飞行中心技术副总监

使用已有的成熟发动机来研发新火箭,这会大大降低工程难度与缩减开发时间,当然更重要的是减少开支,毕竟一枚火箭中,发动机是最重要的,剩下的就是为它们配上氧化剂和燃料贮箱,然后一枚火箭就制造成功了。

显然NASA就是这么想的,想着美国已经有过一次登月经历,第二次显然是轻车熟路,而且选用成熟产品就是要大幅缩短重返月球这个时间,但显然超出了NASA的预料,从最早的重返月球开始计算,那么是2005年,要是从奥巴马宣布重返月球开始,那么是2010年!

原计划是从2016年首发,但让人无法预料的是它至少被推迟了16次,比原来的六年计划增加了五年多,而且预算也大幅度增加:

从2011至2021财年,SLS计划资金总额为230.11亿美元,还有上面级(芯二级)火箭开发的15亿美元,另外为SLS组装、集成、准备和发射 SLS 及其有效载荷的成本由Exploration Ground Systems单独资助的,每年为6亿美元,至少保证4次发射,按这样计算,SLS计划的总额费用已经直逼300亿美元。

不得不佩服开发SLS系统的波音和诺斯罗普的A钱能力,难怪负责美国空军采购的空军副助理部长卡梅伦霍尔特少将对美军国防采购方面吐槽美国武器购买价格太贵了,中国人花1美元能买到美国人20美元才能买到的东西:

China Acquiring New Weapons Five Times Faster Than U.S. Warns Top Official

中国获得新武器的速度是美国的5倍!

“In purchasing power parity, they spend about one dollar to our 20 dollars to get to the same capability.”

“在购买力评估中,他们花费大约1美元就能得到我们20美元的购买力”

这就是卡梅伦·霍尔特少将对美国现有体系的评价,而SLS这个旧瓶装新酒的工程,居然搞了12年,花掉300亿美元之后才开始第二次发射。

阿尔忒弥斯:一个帝国时代遗留的计划,庞大到难以复加

阿尔忒弥斯是阿波罗的孪生姐姐,所以从这个计划的名称就可以看出这是一个重返月球的计划,该计划最早是从2005年开始,不过当时叫做“星座计划”,预计在2020年前重返月球,但在2010年时被奥巴马取消,不过火箭与飞船部分被保留了下来,继续开发。

2017年12月11日,特朗普总统签署了《太空政策指令 1》,正式实施重返月球计划,并且为探索火星奠定基础,该计划之后被正式命名为“Artemis program”,这计划相当宏伟,主要分为几个部分:

1、太空发射系统:SLS火箭

2、载人飞船:猎户座飞船

3、登月飞船:月球着陆系统

4、月球空间站:月球门户

阿尔忒弥斯计划的主要设计思想是非常优秀的,它的基本思路是这样的:

在地月系的拉格朗日L1点将建设一座月球门户,名字不重要,其功能是一个小型空间站,地球来的宇航员乘坐SLS系统装载“猎户座”飞船在这里“停泊靠港”,修整后“择机”登陆月球。

月球门户

准备登陆月球的宇航员乘坐SpaceX开发的Starship着陆月球,执行登月任务,完成各项月面任务后再返回小空间站“月球门户”。

猎户座飞船

与地球之间的“航班”定期轮换,而到月球的“航班”也有规划,月球门户成了地月之间的桥梁,当然也可以从月球门户出发前往火星,总之月球门户未来还可以升级成“深空门户”。

看起来确实非常优秀,因为有了月球门户,大量物资可以在这里中转,并且登月飞船都是重复使用的,未来的登月成本也将大幅降低,并且还兼具了载人火星登陆,NASA设计的系统果然要比阿波罗登月时代的一次性任务要优秀100倍,那么实地展开是怎样的呢?

到目前为止,ARTEMIS计划有3步伐,其中第一步执行的是太空发射系统(SLS)和猎户座飞船的绕月飞行测试,也就是8月29日的发射活动,这次并非登月,宇航员在发射台周围拍照也就是造造势,根本就是无人登月,当然第一次绕月上宇航员显然是不安全的,也是不负责任的。

表1

第二步则是在2024年5月,四位宇航员乘坐SLS搭载的猎户座飞船绕月飞行再返回地球,相当于阿波罗10号任务。

表2

第三步才是正式登月,2025年适当的时候将执行4人登月组,2人登月,2人留在月球轨道看家!至于他们用什么登陆月球,这要表1和表2对照起来看,2025年,星舰会向Artemis III 交付Starship HLS,这是SpaceX为阿尔忒弥斯计划开发的月球登陆版星舰,这个结果是这样来的:

  • 1、2020年4月,NASA向Blue Origin、Dynetics和SpaceX提供资金,用于竞争为期10个月的HLS初步设计研究;
  • 2、2021年4月16日,NASA与SpaceX签订合同,使用Starship HLS月球着陆器开发、制造和飞行两次登月飞行;

这个事情还曾以引起一场诉讼,Blue Origin起诉NASA将登月着陆器合同给了SpaceX,其实大家都知道,蓝色起源和Dynetics想要完成着陆器简直就做梦,各位看蓝色起源的大丁丁发射的亚轨道飞船就知道了,只有SpaceX更接近现实,只是马斯克的目标是在有些宏伟,不知道这点时间是否能完成。

Starship HLS登月版

这是SpaceX为NASA专门设计的登月着陆器版,和星舰的差别是不需要再入大气层,只要在月球这个没有大气层的卫星上降落起飞重复使用即可,其工作流程为:

  • 1、超重型助推器将Starship HLS发射到地球轨道上;
  • 2、在近地轨道上将完成多次加油(同样利用重复试用版星舰完成)
  • 3、加满油的星舰HLS版将飞向月球NRHO轨道;
  • 4、SLS火箭发射猎户座飞船与其会和并完成人员转移;
  • 5、星舰HLS版执行登月任务,完成后将从月面起飞与猎户座飞船对接转移人员返回地球;

不知道各位有没有发现一个问题,马斯克家的星舰HLS完全可以独立完成载人登月,还要SLS和猎户座飞船干什么?感情NASA只是投点钱赞助马斯克赶紧把星舰搞起来的意思,这是不是利益输送?联邦调查局是不是要对NASA审计一下,到底和马斯克之间有什么猫腻?

阿尔忒弥斯I

当然到星舰登月之时,月球门户还没开建呢,而在登月成功后,登月门户也将逐渐开始建设,未来从载人登月将变成定期航班,并且将开始建设月球基地,星辰大海的窗户再次或将打开。

要是这个任务在20年以前执行,笔者毫不犹豫地选择相信灯塔国一定会实现如此伟大的计划,但现在已经是2022年,这个计划执行预计费用是350亿美元,不过按NASA和各个承包商A钱的本事,这个350亿美元x2完全是有可能的,而且到目前才SLS+猎户座火箭而已,连计划的1/3都没有铺开,这个坑实在是太大了。

中国登月更为务实高效,向火星采样返回看齐

其实在登月问题上种花家还是希望美国能干成,这绝对会成为刺激全球各国的载人航天计划,但无奈这个坑实在太大,至少种花家真没多少信心,就像火星采样返回一样,美国的计划从毅力号开始一直延续到2031年火星采样返回,整整11年的计划,由欧空局和NASA合作:

上图是火星采样返回的三次发射计划,第一次就是火星登陆毅力号采样,第二次是火星登陆,收集样品+发射样品到火星轨道,第三次是接回样品返回地球;

其中第三次是欧空局执行的,目前因为俄乌冲突,NASA官员对欧空局是否能按时完成这个计划持悲观态度,NASA官员在接受采访时已经表示,毅力号的样品可能丢在火星上永远都带不回来。

NASA决定将任务拆分

当然即使先不管欧空局,NASA的第二次计划(收集样品+发射样品到火星轨道),这个任务已经因为确保任务完成而分成了两次发射,一次发射收集设备,一次发个从火星表面起飞的火箭,而任务计划也从2031年延续到了2033年,结果被中国的火星采样返回计划设定的返回时间表整整超前了2年!

NASA-ESA任务执行流程

火星采样返回要的就是新鲜感,要是中国人真的在2031年完成了火星采样返回,无论带回来多少火星土壤或者岩石样本,那么这个第一件永载史册,第二位是谁?百年之后还有谁会记得NASA曾经执行过一个史无前例的、比第一位中国庞大十倍的计划?

可以预见的是,阿尔忒弥斯计划和NASA-ESA火星采样返回会遭遇同样的问题,然而中国载人登月计划已经有了时间表,而且很干脆,只有载人登月,没有NASA那么多花花肠子,当然计划规模也更为务实。

中国载人登月:两步走

龙乐豪院士在《科创中国·院士开讲》第十二期节目中公布了中国载人登月计划,时间指向2030年,计划将使用两枚CZ-5DY火箭!《院士开讲》的PPT28页,龙乐豪院士介绍了整个登月计划的内容,其中有非常关键几个内容:

  • 1、研制新一代载人火箭;
  • 2、载人登月时间为2030年前后,可能提早也可能略微延迟;
  • 3、载人登月火箭总共发射两次,在环月轨道对接;
  • 4、登月环节包括:登、巡、采、研、回 四个环节;
  • 5、登月火箭详细技术参数;

其中比较关键的信息是两枚火箭在环月轨道对接,而不是在近地轨道上对接后飞向月球,另一个则是登月环节,包括了:登、巡、采、研、回等。

我国目前就是缺大推力的运载火箭,用两枚CZ-5DY(CZ-5的登月版)比CZ-9更为务实,毕竟CZ-5还是一个比较成熟的平台,用它的运载能力,2枚火箭完成一次任务还是非常靠谱的,这要比CZ-9火箭更为保险。

按计划,我们将在2030年前后完成载人登月任务,似乎看起来比美国人的2025年要延迟5年可能还不止,但阿尔忒弥斯计划存在比较大的不确定性,这个计划延迟是必然的,但延迟多久却不太好确定,极端的情况下被中国超前完全有可能。

我坚持认为美国需要快速登月,一场全新的太空竞赛正在来临,只是现在的对手已经变成了中国”,这是NASA局长比尔·纳尔逊在2021年11月9日在电话会议中的发言,也许他将一语成谶。