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王孟源:波音本末倒置 中國載人登月卻大有可為
關鍵字: 波音丑聞洛克希德馬丁公司航天中國載人登月【文/觀察者網專欄作者 王孟源】
我在今年四月初的《737Max必須重新認證》一文中,詳細介紹了737Max問題的來龍去脈。最近有消息傳出,南方航空也在四月就決定要取消所有后續的737Max訂單,但是客機行業的慣例是不能退訂金的。當然南方航空可以要求中國民航局或法院強制認定波音負擔100%的責任,不過更大的可能是要把訂單轉為787。
這里的問題在于波音的漏子已經大到連美國聯邦航空管理局(FAA)都不敢再幫忙遮掩的地步,結果是美國媒體(尤其是《紐約時報》)又得到了一連串的爆料。其中有關737Max的,仍然集中在MCAS那套飛控軟件的諸般細節上,所以表面上雖然難堪,實際上卻幫助波音遮掩了氣動設計的真正問題。但是后來連生產787的南卡羅萊納州(South Carolina)工廠也鬧出一大堆丑聞;其本質是波音在過去十幾年,為了降低成本、提升利潤,在人事和管理上亂抄捷徑,已經是整個公司每個部門都腐爛到底。這一方面證實了我在《737Max必須重新認證》一文中的邏輯推論,另一方面卻暗示了787很可能也帶著一身的病。波音占有全世界民航客機市場的一半,未來各國的航空公司和乘客如何自求多福,實在是個大大的難題。
在軍用市場方面,美國國防部代理部長帕特里克·沙納漢(Patrick Shanahan)在六月23日因家庭丑聞而辭職,美國總統特朗普最后決定讓馬克·埃斯珀(Mark Esper)接手國防部。沙納漢是波音高管出身,埃斯珀卻是雷神公司(Raytheon)的人。沙納漢在國防部當主管雖然不久,但是積極主動地做出了許多重大的采購決定:不但無視KC-46加油機的一大串毛病,徑行增發獎金;空軍的新教練機和海軍的艦載無人加油機,亦即軍方過去幾年最大的兩筆新航空訂單也都很巧合地給了波音;連正在準備退役的F-15都重新畫上口紅、粉墨登場,要搶洛克希德·馬丁公司(Lockheed Martin Space Systems Company) F-35的生意。
當然人去政息,到了7月23日,波音反過來宣布要提前退出價值850億美元的GBSD(Ground Based Strategic Deterrent,陸基戰略威懾,其實就是美國新一代的陸基核彈道導彈)競標;這個肥得流油的項目(金額和大對撞機的實際價格相當),現在基本已經落入諾斯羅普·格魯曼公司(Northrop Grumman)的口袋里。好玩的是,在2017年的上一輪競爭中,沙納漢作為剛上任的副國防部長,主持了將洛克希德·馬丁公司淘汰出局的決定。
回顧了民用航空、軍用航空和軍用航天,我們終于可以言歸正傳,來談本文的真正主題,也就是波音的民用航天生意。
美國的民用航天由NASA(國家航空航天局)主管。在Space Shuttle(太空梭,或航天飛機)計劃嚴重超支并且連續出事之后,只能回歸舊式的大火箭。
在2004年,小布什如同今日的特朗普一樣,也突發奇想,要重新載人登月。于是NASA啟動了長達30年、總額2300億美元的Constellation(星座)計劃,開始設計Ares I和Ares V兩型火箭,低軌道(LEO,Low Earth Orbit)最大載重能力將達到188公噸。不過奧巴馬上臺之后,發現NASA執行效率極低,五年多下來什么正事都沒干,基本上純粹是對承包商的利益輸送,于是在2010年初取消了整個計劃。
但是NASA那么大的官僚體系,再加上政治能量極大的承包商,數以萬計的工作崗位都要繼續吃飯,沒有個名目也不行,于是把計劃和火箭都換了同一個名字,成為Space Launch System(SLS,空間發射系統)。借著回收使用航天飛機(Shuttle)的各種既有子系統(包括火箭引擎、燃料箱和助推器,獵戶座載人艙則是太陽神的放大版,所以真正換了的就只有火箭殼子和電子系統),低軌道最大載重能力降到70公噸(然后將增加到130公噸),每年的預算則勉強壓低到20億美元左右。就這樣因陋就簡的設計,九年下來同樣也是一再拖延,例如原本(2013年時)預期在2017年首飛,結果每年延后半年,現在的計劃是明年六月;但是如同英文里常說的: Don’t hold your breath。
那么這個十幾年來拿了錢不干事的承包商是誰呢?是一小一大兩個:負責Orion載人艙的是洛克希德,占了絕大份額的SLS火箭主體則由波音包辦。
引發我寫這篇文章的,是以下這個有關波音SLS火箭生意的最新爆料:https://arstechnica.com/science/2019/08/rocket-scientist-says-that-boeing-squelched-work-on-propellant-depots/;它的消息來源則是George Sowers(美國科羅拉多礦業學院空間資源教授)。
2009年時,Sowers教授還在ULA(United Launch Alliance,聯合發射聯盟,這是波音和洛克希德·馬丁公司在2006年合資成立的新公司,負責統合兩者以往賣給NASA的老產品,以期消弭競爭,維持較高的利潤率)任職,做一個研發計劃主管。他的構想是直接利用既有的20+噸級載重火箭(即Atlas V和Delta IV,都是ULA的產品;前者來自洛克希德·馬丁公司,后者原屬波音)推送Centaur(半人馬,也歸ULA管,來自洛克希德·馬丁公司;這是目前還在飛的美國航天器中的老爺爺,1962年首飛,比阿波羅計劃的前身雙子座還要早)上面級,把燃料(在阿波羅計劃里,占總載重的70%)、登月飛行器和宇航員分幾次送上近地軌道,組合之后再飛往月球。
這個主意(叫做Distributed Launch)在60多年前太空時代剛開始,就已經被仔細考慮過了。后來Apollo還是采用一次性發射的設計,除了當時不差錢的時代背景之外,最主要的考慮,在于60年代的技術,無法把低溫液體燃料(Cryogenic Fuel,包括液氧和液氫,后者尤其是個大問題)在軌道上保存,只能在發射前直接加注入火箭。
Sowers教授注意到燃料冷藏技術已經今非昔比,而100+噸級和20+噸級載重火箭的價差卻比50年前高出許多,于是登月的最優解也就顛倒過來,而且差別極大,可以節省十倍以上的費用;這主要(次要的因素是發射燃料和補給,可以用風險高但是便宜的火箭)是因為他的ACES/Depot(Advanced Cryogenic Evolved Stage/Depot,先進低溫演進火箭級和儲藏倉;參見https://www.ulalaunch.com/docs/default-source/exploration/evolving-to-a-depot-based-space-transportation-architecture.pdf)不需要花幾百億、甚至上千億美元去開發新一代的100+噸級重載火箭(Heavy Lift Rocket),例如SLS。
ACES/Depot的上面級總成,由Centaur搭載一個附有遮陽罩的低溫燃料箱;只需要Atlas V-400這個基本型火箭就能發射進入軌道
做為ULA的大股東,波音自然不會容許一個一年1億美元(而且還要和洛克希德·馬丁公司平分)的生意,取代一年至少20億美元的SLS。于是先在2011年下令不準對外提起ACES計劃和“Depot”這個字眼,隨后Sowers教授和ULA的CEO(Michael Gass)也先后離職。Sowers尤其懷恨,但是人在航天工業,怎么能得罪波音呢?一直到最近幾個月,波音真正成為過街老鼠,他才敢對媒體談起這件往事。
特朗普上任不久,就要求NASA在2028年之前完成載人登月;上個月副總統彭斯又宣布時限提前到2024年,NASA的執行計劃也隨之不斷修改。然而不論預算如何大幅增加,技術核心仍然是SLS。我們可以總結上文,得到兩個很強的邏輯結論:1)波音在八年前扼殺ACES/Depot,是絕佳的商業決定;2)既然SLS是由波音負責,別說2024年,就是2028年,NASA的載人登月也絕無成功的可能。
相對的,中國的載人登月計劃還沒有正式啟動;目前先期上馬的一些準備項目,例如100+噸級的長征九號火箭,仍然依循阿波羅和SLS的一次性發射思維路線,所以在資金和時間上的投入都非常大,風險也很高,隨之使得載人登月不可能在2035年之前完成。尤其中國在氫氧火箭引擎技術上,特別落后,不但不如美國,連日本都比不上。2016年才有20+噸級的長征五號火箭完成首飛,隨即2017年的第二次發射失敗了,問題就出在第二級的YF-77氫氧火箭引擎上。
如果中方仔細研究一下(真是相當簡單的)ACES/Depot設計,就能揚長避短,繞過開發100+噸級火箭這個大難關,在長征五號稍微成熟穩定之后,馬上可以開始載人登月計劃(因為長征五號只須要送燃料,有些風險也可以承受)。如此一來,不但節省十倍左右的經費,而且在2030年之前就能成功。中國有那么多航天人才,相信也一定有人注意到了類似的方案。
20+噸級的火箭,除了載人航天之外,還有許許多多的實際應用;100+噸級的火箭,卻只有一次性發射載人登月這個唯一的用處。一旦有了換為前者來完成同樣任務的選項,而且還多快好省,那么純粹為了發展100+噸級火箭技術而硬要去發展,就不只是極大的浪費,而且是本末倒置。我相信中國的航天從業人員,會做出正確的技術路線選擇。
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- 責任編輯:柳葉刀
- 最后更新: 2019-08-06 07:44:49
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