月亮漫步系列策划之五
今年10月,美国政府因债务问题停摆,连NASA的员工都被迫休假。而地球这边中国嫦娥三号干的有声有色。或许是对比过于强烈,美媒纷纷认为中国正超越美俄。现实果真如此吗?中国航天现在在世界处于什么位置?
债务上限危机迫使美国NASA大部分员工无薪休假,更不要说很多航天项目也面临被砍掉的危险。
今年10月,美国政府因债务上限问题而暂时停摆,美国家航空航天局(NASA)高达97%员工被迫休假,连官方网站也一度关闭。而地球的另一边,中国则开始准备嫦娥三号的发射,这将是人类近30年来再次发射落月探测器。或许是对比过于强烈,或许是为了帮助NASA争夺有限的预算,美国媒体纷纷将中国航天计划渲染为“雄心勃勃”,认为中国正在超越美俄,成为世界航天的领头羊。现实果真如此吗?中国航天现在在世界处于什么位置?
我国航天事业一直得到党和国家领导人的高度重视,航天工业的辉煌成就也已成为我国技术和工业实力发展的标志。在综合国力相差巨大的情况下,我国曾领先欧洲发射了技术和性能都毫不逊色的长征二号运载火箭;而且领先苏联和俄罗斯,将低温氢氧发动机在长征三号上投入实用;我国是世界上第三个独立具备载人航天能力的国家,现在正在稳步实施嫦娥探月工程;我国现在还在建设北斗导航系统和高分辨率对地观测系统,这两套系统建成后,将使我国成为在卫星导航和卫星遥感领域仅次于美国的国家。近年来,随着技术进步和经费的充裕,我国的航天发射规模和在轨航天器数量也稳居世界第三位,其中发射规模有时还超过美国跻身第二。
在投资并不算多、以及工业技术实力薄弱的条件下,我国航天能有如此成绩确实难能可贵。但对比世界其他航天强国,中国航天直到今天仍只能用大而不强来描述,在规模上也远远未及美俄当年曾达到过的水平。
嫦娥任务使用的长征三号系列火箭还在使用剧毒燃料,这一点落后全球先进水平约50年。

中国运载火箭与先进水平仍有很大差距

我们先看技术方面的差距,一个国家的航天能力以发射能力为基础,即其商用火箭的运载能力。以发射高轨道卫星为例,美国在此领域能力最强的火箭是德尔塔4Heavy,其发射质量为773吨,GTO轨道运力为13吨。欧洲阿丽亚娜5ECA火箭的发射质量为777吨,GTO轨道运力为10吨。俄罗斯质子M火箭的发射质量为713吨,GTO轨道运力为7.5吨。日本的H2B火箭的发射质量为531吨,GTO轨道运力为8吨。而在此发射领域,我国运力最强的火箭为长征3BE,但其发射质量为459吨,而GTO轨道运力仅为5.5吨。可见,在发射能力方面,我国目前不仅比不上欧美俄,与日本也有较大的差距。更不要说,美国早在1960年代就已发射了起飞质量达到3000吨,成功将人类送上月球的土星5号运载火箭。
我国目前正在研制长征5系列运载火箭,其中长征5D最早将于2015年首次发射,设计发射质量675吨,GTO运力为10吨,届时我国航天发射能力才能跻身于第一方阵。但在长征5号身上,我们还可以看到我国航天核心技术与发达水平的差距。长征5号将是我国首款采用液氧煤油发动机的运载火箭,液氧煤油这种推进剂组合优点是污染小、没毒性。而现在我国长征2、3系列火箭还是采用四氧化二氮+偏二甲苯推进剂组合,有剧毒、对环境污染大,这方面落后世界约50年。
在核心性能方面,长征5号的YF-100液氧煤油发动机和YF-77氢氧发动机尚未投入使用,但性能尚不及欧美俄日的现役同类机型。YF-100的原型为俄罗斯RD-120,其推重比仅为72尚达不到原型机水平,而俄罗斯已推出新一代RD-191M发动机。YF-77氢氧发动机推重比为52,而欧洲阿丽亚娜5火箭所用的火神2发动机推重比为65,日本的LE-7A使用更复杂的分级燃烧设计,但推重比也达到56以上,仍优于YF-77。发动机性能落后,加上火箭结构质量较高,这导致长征5系列火箭的运载系数并不高。
只是说,我国作为后来者,只要长征5火箭的运载能力上去了,效率稍微落后一些,这也是可以接受的。
即使算上在研的大推力火箭发动机,中国的火箭推进技术仍然远远逊色于美俄,甚至不如日本和欧洲,处于第一阵营垫底的位置。
在欣喜与天宫神舟对接成功的消息时,须清醒地认识到,这仅相当于美苏上世纪60年代水平。

西方对中国航天仍是一种歧视心态

西方媒体在渲染中国航天雄心勃勃的太空计划时,载人航天是重中之重的关键部分,这最主要是因为载人航天代表着人类对太空的征服,体现了一个国家的技术实力和政府的管理能力与远见,尤其是到达太空的是人而不是冰冷的机器,最大程度的激发了人们对外太空的热情和梦想。
没错,我国的921载人航天工程已经取得了巨大的成就。但我们需要清醒看到的是,我国才发射了10艘神舟飞船以及1个实验性质的天宫小型太空站,初步掌握了航天器交会对接技术,仅相当于美苏上世纪60年代末的进度。
更重要的是,西方媒体一直渲染中国航天在政府下,向美俄发起挑战。但事实又是如何呢?相对于当年美苏无条件的支持和无节制的投入,从2003年到2013年,我国仅仅发射了6艘神舟飞船和1艘天宫目标飞行器,不仅在数量上无法和美俄相比,甚至低于杨利伟第一次进入太空时大部分人的悲观预测。其实,懂行的人都会了解到,我国在发展载人航天时其实是将“好,省”放在首位,一步一个脚印,逐渐掌握空间站建设技术,比美俄当年陷入航天竞赛的无底洞要理性得多。
事实上,美国现在正在研制新一代的猎户座飞船,它内部空间大、技术水平高,可用于从近地轨道到月球、小行星直至火星轨道的载人任务,具有很强的多任务能力。美国还在推动商业载人航天项目,波音公司的CST-100,内华达山脉公司的追梦者和太空探索技术公司的载人龙式飞船都正在紧锣密鼓的研制,可望在2017年左右投入使用,这些使用新研制模式的载人飞船,在技术上同样比我国现役的神舟飞船高得多。
国际空间站的寿命问题被放大了,实际上,它允许更新模块从而保持继续领先于中国未来的60吨级空间站。
西方媒体不断提及中国“雄心勃勃的太空计划”,尤其是载人航天超俄赶美的预测,一来是鞭策美国航空航天局,二来是给中国航天戴上“狂热民族主义”帽子,为全方位构陷中国添砖加瓦。
同样可笑的逻辑也见于空间站方面,我国的60吨级空间站尚在研制当中,但西方媒体已开始强调目前400吨级的国际空间站将于2020年退役,中国将成为未来太空的唯一王者。但他们刻意淡忘的是,国际空间站曾计划于2014年退役,现在已确定延寿至2020年,合建多国还在讨论是否延寿至2028年。在技术上看,国际空间站作为一个组合航天器,完全可以通过不断更换舱段继续使用下去。除非美俄欧日等各参与国出现灾难性的财政危机,不得不砍掉耗资巨大但实用价值有限的国际空间站项目,否则美国在超级大国的骄傲心态下,不可能出现中国空间站上天,美国空间站落地的一幕。
西方媒体的这些言论实则是一种“反向歧视”。从美国一直较为平和的与俄罗斯开展航天合作,而对中国航天严加封锁的现状来看,以美国参议院沃尔夫为首的一些人,骨子里看不起中国人的航天技术和能力,他们认为任何中美航天合作都是对中国不恰当的奖赏。
以SpaceX为代表的商业航天公司开创了一种成功的商业模式,发射天龙飞船的猎鹰9火箭的报价比之前以廉价优势著称的中国长征系列还低很多,而且火箭性能还更好。

美国商业航天兴起是真正的挑战

无论是吹捧、还是歧视,我们大可不必介意,走自己的路,让别人说去,关键的是我们是否能够跟上世界航天的发展步伐。我国长征系列运载火箭一直有性价比高的优势,因此在国际航天发射市场上一直具有较强的竞争力。但随着以美国太空探索技术公司(Space X)为代表的美国商业航天公司的出现,我国长征火箭的成本优势开始遭遇极大的挑战。
目前我国长征三号乙火箭GTO运载能力5.5吨,对外发射报价7000万美元,而太空探索技术公司今年新投入使用的猎鹰9号V1.1型火箭,商业发射报价只有5650万美元,而同步转移轨道运载能力4.85吨,单位质量发射成本已经低于我国。事实上4.85吨并非猎鹰9号V1.1的真实运力,太空探索技术公司的发射列表中提到了2015年发射以色列的AMOS-6通信卫星,而AMOS-6卫星的质量为5.5吨,根据美国航空航天局的一个运载能力估算工具,猎鹰9号V1.1型火箭的GTO运载能力甚至超过5.6吨。猎鹰9号V1.1型火箭以类似的运力和低得多的价格,从理论上就堵死了我国长征火箭在自由竞争中获得商业发射合同的可能。
相比技术和性能上的落后,航天发射成本上的逆转,显示了中美航天之间更大的差距,意味着我们要做更多更细致的工作,更努力的研究如何在人力成本日益高涨的条件下,保持甚至降低成本,这不仅需要火箭技术的发展,更需要组织管理和制度上的革命。

结语

随着经济实力的增长,我国航天开始真正进入快速发展阶段。至于我国航天目前处于什么位置?我国长征3号系列火箭总设计师龙乐豪院士在2010年接受《兵器知识》访谈时曾说过,“运载火箭方面,现在美俄还是领先,其后是欧空局,日本应算第二阵营中的领先者,其后是中国”。当然,我国运载火箭的性价比要远低于日本,长征5火箭出来后,运力也将超越日本,我国目前建设的北斗导航、高分对地观测系统,日本也没有可与之比拟的计划。
总的来说,美国人在超级大国心态下,习惯了不仅要事事争第一,还要绝对领先优势,否则就发表各种骇人听闻和危言耸听的预言,对此我们大可不必当真。现在的中国航天仍需要继续加大投入,踏踏实实的在各个技术领域努力追赶国际航天先进水平,而不是仰望星空跟着西方媒体空谈超俄赶美。或许再经过30年的艰苦努力,当中国航天各方面技术尤其是分系统和元器件赶上世界先进水平时,超俄赶美才不会再是遥不可及的目标。(文/张雪松)