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楼主: joki
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[专题专项] 下一代运载火箭方案及CZ-5/6/7中后期改型方案信息汇总贴

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ssizz 发表于 2018-4-16 15:40 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-16 13:25
你看到的有可能是YF77M。
我觉得把一堆需求揉在一起,难以形成良好的工程方案,容易搞成四不像、钱也没 ...

这里说的是实践不是验证,而是在常态化的重复使用中去发现问题、解决问题,弄清楚怎么提高效率,为类似构型的重型火箭开路。这有些像土星一号和土星五号的关系。
规模、复杂程度差太远,试验结果的参考意义就不够大,好比动物模型,小白鼠代替不了灵长类。

我脑洞的这个东西要求一级回收复用的情况下GTO运力7~8吨,一次性使用的时候(视情况加整流罩内第三级)运力不小于现有CZ-5和CZ-5B的。
 楼主| joki 发表于 2018-4-16 16:41 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-16 15:40
这里说的是实践不是验证,而是在常态化的重复使用中去发现问题、解决问题,弄清楚怎么提高效率,为类似构 ...

照这个理论,得先搞一款重型火箭上VTVL才有验证价值不是?反正你搞个700吨火箭离重型火箭规模和复杂度也差的远。。。
话说BO搞NG之前,有过什么常态化火箭重复使用经验?F9其实也没有。弄清楚怎么提高复用效率的问题也不需要1:1的来验证(何况这个设计还不是按复用优化的),而且相对重型火箭你这个也只能算缩比。没有土星一提前实验氢氧级,就没有后来土星五的成功,包括动力冗余技术,这两个型号的关系恰恰不支持你的观点。说句题外话,现在实验新药还是离不开小白鼠,灵长类反而用得少。
粗略计算显示复用运力搞到7~8吨很困难(按我优化的方案),至于你那个一级关机速度和二级推重比比较低的情况,重力损失至少因此额外多200m/s+,能不能过6吨都是问题。一次性加罩内三级,由于受长径比限制并不能完全替代现有CZ5(双星GTO不行,虽然理论运力能到),只用来打LTO和MTO另说。唯一能完全搞定的大概只有CZ5B
ssizz 发表于 2018-4-16 23:16 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-16 16:41
照这个理论,得先搞一款重型火箭上VTVL才有验证价值不是?反正你搞个700吨火箭离重型火箭规模和复杂度也 ...

美国人啊,在设计的时候就知道火箭用起来会是什么样的。土鳖则只有在长期使用中才慢慢知道。他们的大型发动机BE-4从整机试车到取证只要2年,土鳖哪有这种自信。

对于火箭规模,我只是半直觉地认为,如果尺寸相差超过10倍的话,哪怕是同类动力,热环境上也会大不一样。
 楼主| joki 发表于 2018-4-17 09:21 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-16 23:16
美国人啊,在设计的时候就知道火箭用起来会是什么样的。土鳖则只有在长期使用中才慢慢知道。他们的大型发 ...

有些事情不必妄自菲薄。美国人也不是先知,搞得快恰恰是因为验证和基础研究做的扎实。
何况只有美国人艺高人胆大么?欧洲完全没有VTVL经验,搞阿7之前只打算做一个单发HM70的超迷你验证机。这东西才多大?不会超过5吨。阿7最大构型起飞重量有望达到1500吨级、21发并联。动力类型/数量/燃料不同、构型/热流环境完全不一样、规模差300倍,不妨碍它能用来验证VTVL技术。
9m96e2 发表于 2018-4-17 16:49 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-17 09:21
有些事情不必妄自菲薄。美国人也不是先知,搞得快恰恰是因为验证和基础研究做的扎实。
何况只有美国人艺 ...

其实欧洲为什么不和日本合作呢...
不过有消息说VTVL验证机可能会用LE-5做动力
 楼主| joki 发表于 2018-4-17 16:54 | 显示全部楼层
9m96e2 发表于 2018-4-17 16:49
其实欧洲为什么不和日本合作呢...
不过有消息说VTVL验证机可能会用LE-5做动力

因为欧洲不是一个国家,光ESA内部各成员国分工搞平衡就已经很头疼,再引入个日本不知道怎么处理。何况日本航天这块实力很强,总想着来分润一些市场。欧洲人肯定也警惕合作不成养肥个新对手。
ssizz 发表于 2018-4-17 22:24 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-17 09:21
有些事情不必妄自菲薄。美国人也不是先知,搞得快恰恰是因为验证和基础研究做的扎实。
何况只有美国人艺 ...

验证,只是探知预定的道路能不能走通。长期实践才知道怎么让道路平整。
在我看来,F9和阿7就是我说的长期实践,VTVL要想在商业上成功,得它们的下一代。至于NG,能不能赚钱,对于贝索斯来说可能并不重要。
 楼主| joki 发表于 2018-4-18 08:50 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-17 22:24
验证,只是探知预定的道路能不能走通。长期实践才知道怎么让道路平整。
在我看来,F9和阿7就是我说的长 ...

你说的这个长期实践改进下一代的思路我不反对。不过有个问题,一旦复用运力卡位不准,根本没有几个复用档任务可用。刨除国际竞争不谈,简单说如果复用运力还不及CZ-3D/CZ-724、价格恐怕也没优势,又怎么会有人选用。又拿什么实践频繁周转、多次发射呢?从F9的经验看,恰恰说明卡位的极端重要性。阿7的设计也在围绕这个做文章。回收和有限复用已经不是需要再探索的未知问题,如何提升复用次数、加快周转、找到合适的经济平衡点才是关键。然而这个前提是复用的档位是主力才行,光靠一次性发射模式并不能积累VTVL经验,这也是我一直主张卡位要准的主要原因。
ssizz 发表于 2018-4-18 15:11 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-18 08:50
你说的这个长期实践改进下一代的思路我不反对。不过有个问题,一旦复用运力卡位不准,根本没有几个复用档 ...

从“实践频繁周转”而言,只有SSO 3吨的比较现实;GTO任务一年就十来次,可以说是无位可卡。
一级回收时LEO 15吨以上的大型火箭,想实践频繁周转,只能指望那种几百颗组网的大型星座能变成现实需求了。
我脑洞的这个东西实际上就是个起飞级多一台发动机、二级承重能力更强、贮箱数量大幅减少的CZ-3D/CZ-724。回收一级时,替代CZ-3D/CZ-724;一次性使用时,替代CZ-5/CZ-5B。
 楼主| joki 发表于 2018-4-18 16:58 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-18 15:11
从“实践频繁周转”而言,只有SSO 3吨的比较现实;GTO任务一年就十来次,可以说是无位可卡。
一级回收时 ...

难啊。这个设计的复用GTO运力大概率不及CZ-3D,共底氢氧级和两台YF77都比较贵,很难做到成本更低。复用运力代替CZ-724应该可行,不过也是成本问题存疑。一次性之前讨论过,CZ5B可以,CZ5还是替代不了。
SSO3吨倒是可以琢磨琢磨看看能怎么搞。
ssizz 发表于 2018-4-18 18:50 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-18 16:58
难啊。这个设计的复用GTO运力大概率不及CZ-3D,共底氢氧级和两台YF77都比较贵,很难做到成本更低。复用运 ...

CZ-3D大部分时候任务载荷可能也不超过6吨。7吨级和7吨以上的都是些特别高贵的卫星,对运价不敏感,可以在整流罩内加高干质比上面级来达到运力。CZ-5的GTO 14吨实际上没有任务需求,达不到也就算了,他的奔月和奔火运力可以靠整流罩内上面级来实现。这个脑洞的前提就是随着技术的进步,5米贮箱加工难度不比3.35米的更高,不然就继续用CZ-5吧。

SSO3吨(一级回收状态下)靠光杆3.35米还是可以实现的,高干质比的甲烷上面级是绕不过去的坎。
 楼主| joki 发表于 2018-4-19 09:21 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-18 18:50
CZ-3D大部分时候任务载荷可能也不超过6吨。7吨级和7吨以上的都是些特别高贵的卫星,对运价不敏感,可以在 ...

特别贵的星数量有限,何不继续沿用CZ5?20吨以上LEO特别少,连CZ5B都没几个任务。说实话,如果运力卡位不佳,光靠这个档位有限的需求很难拉动一个新型号研制的。
罩内加上面级是个可以考虑的方法,但我跟你观点恰恰相反,不是加高性能的、而是加低成本的。现在的3米氢氧级就是半个CZ-3B的成本,使用、操做成本恐怕还占大头。一款火箭有二个共底氢氧模块大概只有土星5这样的土豪才搞得起,不是没有原因。别的不说,氢氧模块发射前的整备、发射场几十次吹除、共底夹层抽真空,这一下子来两套要整发射队估计要炸毛。。。。至于液氧煤油和甲烷的,搞罩内的小玩意儿似乎就没有能高干质比的。我觉得用CZ-4C的共底三级或者干脆用固推,都是可以的。
不过这个模式面临两大老问题,一是二级推重比,加了上面级这下掉0.6x,重量损失进一步加大,估计只能高抛弹道了。二是长径比问题,参考宇宙神5长罩23.4米(实际载荷能用的可能也就10米多),整箭长径比奔18去了,大概得有搞定F9这种一条柴的结构/控制水平才能上。
我的想法是尽量搞二级通用构型,这样GTO、SSO、LEO累计起来的发射需求就会比较可观,才谈得上之前说的真正的VTVL快速周转复用能力验证。
SSO3吨我算了算,应该不需要所谓高干质比设计。一级加一台30吨发动机做降落用(也可以考虑双YF115)、加注量跟CZ6A一级接近,二级60吨级干质比10,三级类似TY-2(罩内),起飞重量230吨左右就能实现一级复用SSO3~3.5吨。这个指标难度不算太大。
喵科动物 发表于 2018-4-19 09:31 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-19 09:21
特别贵的星数量有限,何不继续沿用CZ5?20吨以上LEO特别少,连CZ5B都没几个任务。说实话,如果运力卡位不 ...

先搞个SSO中小运力的就行了,替代CZ4。GTO连想都不用想,太难太少也冒不起二手火箭的险。
 楼主| joki 发表于 2018-4-19 09:34 | 显示全部楼层
喵科动物 发表于 2018-4-19 09:31
先搞个SSO中小运力的就行了,替代CZ4。GTO连想都不用想,太难太少也冒不起二手火箭的险。

是啊,所以我现在觉得搞个SSO主流运力火箭VTVL也不错。八院搞了CZ6VTVL以后,正好可以做个大点的。
 楼主| joki 发表于 2018-4-19 10:13 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-18 18:50
CZ-3D大部分时候任务载荷可能也不超过6吨。7吨级和7吨以上的都是些特别高贵的卫星,对运价不敏感,可以在 ...

更深入的计算了一下。以7M作为一级极限约束条件,按一级干质比13、VTVL增重3吨,不可用推进剂1吨,二级干质比8、不可用0.5吨粗略估算,如果以优化GTO任务为核心,结论是不宜采用大型二级。
按你的一级500吨、二级200吨带入计算,复用一级的情况下GTO运力只有大概4吨,这个性价比就不用说了。仔细分析发现,虽然一级减速开销小,但是由于二级规模太大,干质比8、干重也会达到25吨,导致高速任务十分不理想。这个构型最大的优势是LEO能力,一级复用也能干到27吨以上。
按一级600吨、二级100的构型进行试算,虽然一级关机速度超过10M减速开销大(2倍+于之前构型),但是由于二级干重本身较轻12.5吨。在以上约束条件下一级复用可以达到5.5吨以上。这个构型的缺点是LEO能力较弱,不过一级复用情况下也有22吨左右。相较而言,这个构型二级只有1台YF77(经济性)、且长径比较小(降低难度和风险)、高速性能有优势,因此综合性能较佳。
一二级比例2:1~2.5:1应该只适合主打LEO/SSO的全煤油构型。

ssizz 发表于 2018-4-19 10:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-19 09:21
特别贵的星数量有限,何不继续沿用CZ5?20吨以上LEO特别少,连CZ5B都没几个任务。说实话,如果运力卡位不 ...

因为Naga,让我觉得成本不在动力形式,而在贮箱数量和加工难度。CZ-5最讨厌的地方不是贵,而是劳师动众。占两条船不说,下船后搬家到发射场居然要几天时间,对人力的占用很恐怖,也容易受天气影响。总装后还有10个以上的贮箱及其增压系统要检查,那么多罐子啊。
如果是450吨的一级,35吨干重;180吨的二级,干重(连卫星基座)20吨,一级复用时GTO有6吨吗?
 楼主| joki 发表于 2018-4-19 10:37 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-19 10:27
因为Naga,让我觉得成本不在动力形式,而在贮箱数量和加工难度。CZ-5最讨厌的地方不是贵,而是劳师动众。 ...

二级180,卫星连干重20吨,卫星6吨,干质比180/(20-6)=12.85?跟ACES打擂么,这怎么可能做到。。。。
ssizz 发表于 2018-4-19 10:48 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-19 10:13
更深入的计算了一下。以7M作为一级极限约束条件,按一级干质比13、VTVL增重3吨,不可用推进剂1吨,二级干 ...

哦,那一级减速开销没有想象的大。这个大级间比的方案比较好。二级干质比要是能改进到9,这东西就能完全取代CZ3D了。
ssizz 发表于 2018-4-19 10:51 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-4-19 10:37
二级180,卫星连干重20吨,卫星6吨,干质比180/(20-6)=12.85?跟ACES打擂么,这怎么可能做到。。。。

汗,是包含卫星的座位,不包含卫星。
 楼主| joki 发表于 2018-4-19 11:16 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-4-19 10:48
哦,那一级减速开销没有想象的大。这个大级间比的方案比较好。二级干质比要是能改进到9,这东西就能完全 ...

落区船降,相对开销小,而且这个方案是按一级13(比现在水平高)。返场干质比低就没法看了。
不过7M再入,也是火烧屁股的水平,F9实际这样都算极限要报废了,真正状态好的都控制在6M左右再入。现在看看Blk5的改进,能不能让这样的速度再入保持良好可用性,不行的话约束还得收窄。
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