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随笔感悟1||谢谢MUSK验证了我们20多年前的论文观点

随笔感悟1||谢谢MUSK验证了我们20多年前的论文观点 星际航行
2021-11-14
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导读:相信所以看见


    突然间收到国外发来的邮件,邀请我去线上观看SpaceX公司的火箭发射现场直播,这让我既感到惊奇,又感到兴奋,怀着复杂的心情,全程看完了他们用猎鹰9发射Crew3的任务过程。

    对于这张飞行剖面图,我实在是不能再熟悉了。因为“两级可重复使用运载火箭方案设计”是我在1997-1998年间做过的硕士论文,有我公开发表的学术论文为证。

    我的研究生导师是刘竹生院士,我还记得当年他给我出这个题目,是因为他去美国考察学习的过程中,发现一家叫Kistler的商业运载火箭公司正在研发K-1运载火箭。刘导给了我一些外文材料,让我做做这个研究方向,看看能有些什么发现?现在想想,我的导师真的是很高瞻远瞩,20多年前还没几个人知道运载火箭会重复使用这事儿之前,就能安排我做做理论研究。

    为了能做好这篇论文,我不仅查阅了很多外文资料,而且动手编制了运载火箭的轨道计算程序,为了确保分析的准确性,我还找了当时室里搞轨道计算最权威的老师,帮我一行行代码查验我的程序,当然现在大家都知道他了,他就是我们运载火箭轨道计算届最知名的专家,余梦伦院士。

    在几位导师的精心联合指导下,我十分顺利地完成了这篇学位论文,当时内心还是很高兴的,自己跑去找工厂的师傅帮我加工制作了火箭模型,还在火箭院的院刊上发表了2篇论文作为历史的纪念。(实际上我是很懒的人,压根不爱写论文当年一定是没压抑住内心激动的心情)。我还记得我的论文答辩时,请来了王德臣总师,他关心询问的问题,比如技术成熟度、研制成本、市场前景、任务应用等方面吧,我好像都没答上来,反正是哭着鼻子就毕业了。

    斗转星移,岁月流逝。转眼间我成了受邀客户去线上观摩别人家的重复使用火箭发射画面,如果我说我的内心世界相当复杂,波涛汹涌,应该不难理解吧?今早听闻第53批星链卫星顺利入轨,目前在轨卫星已将1844颗星链卫星送入轨道(包括最初的测试版卫星),仍在轨道运行的星链卫星约1600多颗

    据网友统计,截至2021年11月13日,SpaceX猎鹰9Block5一级现役10枚,退役9枚,待服役新箭5枚,累计飞行78枚次(72发F9、2发FH)。其中,飞行次数最多的F9B5一级为10次11手的B1049、B1051,10手及以上的一级已有3枚(B1049.11、B1051.11、B1058.10)。

    10次是什么概念呢?10次意味着投入产出比的临界点,也就是说再往后就是纯赚钱了。当然很多人会不服气的,说火箭也好,飞船也好,能重复使用第2次就是赚钱的,那主要是看跟谁比以及如何比了,重复使用的好处要抵消掉因重复使用的功能而额外增加的费用,不同国家不同研制单位各自的情况还是有区别的。

  国外的新一代载人飞船,基本重复使用都是按10次设计的,这是因为载人飞船的内部系统组成会更加复杂些,有些舱段比如推进舱很难复用,这与总体设计理念和思想是有关的。以两舱或三舱结构的载人飞船执行近地轨道空间站任务为例来看,完成重复使用10次后的分摊至每次发射的成本是最低了。如果重复使用次数过多,包括器件老化、结构疲劳探伤及防热材料更换等事情就多了,未必更划算。

    当然,也有人会更不服气,说谁让你死脑筋非要用两舱或者三舱构型呢,你看人家SpaceX的新飞船方案是不是更酷更好呢。的确,我们是工程师嘛,我们能给出的判断都是在一定假设和有设计边界条件下的分析结果。如果连初始分析条件都变了,再来讨论谁对谁不对,那可真不会了。

    我个人觉得,那应该去找战略家问,而不是来找工程师讨论了。

    看到SpaceX官方发布的这张照片,心情也还是很激动的。未来空间经济的发展前景,都在向着可重复使用的空间运输技术、空间资源开发利用技术招手。就像这张照片上展示出的那样,纵然迷雾茫茫,总会有人冲出迷雾来,向着更深远的宇宙出发。世界各国的科学家、工程师都在为这个目标做出努力。

   无论如何,谢谢Musk团队的努力实践,至少验证了我们20多年的论文观点,两级重复使用火箭技术上是可行的。虽然当年的K-1运载火箭早已不见了踪影(想想看商业竞争的残酷,更别说我们这些做过的理论研究的人了),现在世人只知有SpaceX公司的猎鹰火箭了。而我们也只看到了第一级回收的画面,期待着能早日看见第二级的回收,到那时我们曾做过的理论分析,就被更完美地验证了,唯一可惜的是,不是被我们自己证实的。

   回想这一路走来,有的人是相信所以看见,而有的人是看见了都不见得会信。如果你有幸看到我的这篇随笔,你觉得自己是哪一种人呢?

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本公众号是国内第一家以载人航天和深空探测为主题的公众号,下设国际月球村、Artemis任务、美天军观察、太空评论、太空经济、深空探测、读书荐书感悟等十个专题栏目,希望能以此推动国内航天科普事业的发展和进步。
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