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中国版的“猎鹰9”——驭龙航天和他的DD-1火箭

2016-08-08 跆拳道大灰狼 航天爱好者

说起商业航天公司,就不能不提美国的“太空探索技术公司”(SpaceX),该公司自2002年草创至今,完成了从“屌丝”到“高富帅”的逆袭过程,如今发射订单源源不断。自年初独揽美国空军新一代GPS卫星的发射合同之后,近日又获得了NASA的第二张载人航天运输合同。这些成就的取得得益于其低成本的研发和制造模式:为了节省研发经费,降低开发难度,其主打的猎鹰9火箭一二级采用同种燃料组合的同款发动机的不同版本;同时为了弥补单台发动机推力不足的窘境,规避大推力发动机开发的技术挑战,火箭一级采用按特定结构并联9台“梅林”发动机来获得足够的起飞推力;箭体和储罐上大量采用2195铝锂合金、搅拌摩擦焊、3D打印、复合材料等成熟的商业化部件和工艺技术;最后还引入了可复用设计,意图更进一步的降低发射成本。事实上,以上这些设计思路并不是孤例,世界上众多民营航天新贵和草创公司都殊途同归的采取了类似的思路。这种思路的成功极大启发了其它初创的商业航天公司,并催生了一系列模仿者。


并不孤独的的DD-1火箭

这不,我国驭龙航天科技有限公司的DragonDrive-1火箭突然曝光,出现在该型火箭的官方网站中,并已经开启发射预订,预计2018年首飞。

根据其宣传资料,DD-1火箭高度21米,直径2.4米,起飞推力45吨,起飞重量38吨。能将300kg的载荷送入LEO轨道,从官方宣传图中说明来看应该主要瞄准的是立方星,当然也有可能包括部分微卫星。这个运力指标相对于以往运力动辄数吨乃至十数吨的运载火箭来看,简直是“惨不忍睹”或者是“不值一提”。但是事实上,随着微小卫星,尤其是立方星的平民化和普及化,卫星已经早就卸下了高大上的身份,部件成本不断走低,货架零件日渐丰富,然而制约立方星行业井喷式发展的主要原因之一就是没有灵活机动成本低廉的运载火箭。因此近两年来,这种“小而美”的运载火箭层出不穷,且大多出自初创的民营航天企业,比较出名的就有RocketLab公司的Electron火箭,Firefly Space System公司的FireFlyAlpha火箭,以及Vector Space公司的Vector 1火箭等等(见后图)。而单纯从宣传资料中的火箭运力尺寸来看,驭龙航天的DD-1火箭已经和前文这几家国外的民营火箭处于同一水平了(不过运载系数偏低一些,但是可以理解)当然,我国的长征十一号和长征六号运载火箭也可以算作这个范畴,而且我们这两型运载火箭均已首飞,而国外的大多仍处在研发阶段。

DD—1火箭官网页面的发射宣传图

RocketLab公司的Electron火箭,欲详细了解可以关注本公众号,并查看往期文章

Firefly Space System公司的FireFlyAlpha火箭


Vector Space公司的Vector 1火箭

笔者举了这么多的例子,其实主要是想说明,DD-1这个级别的运载火箭虽然运力仅仅为传统运载火箭的一个零头,但是正所谓存在即是合理,这种火箭在同一时间突然出现如此多的研发企业,绝不是一个偶然的巧合。

目前,火箭已经开启了发射预订,最早的发射日期瞄准2018年初,但是这个发射预订界面和RocketLab的不太一样,后者是直接把适配器的剩余舱位展现出来,类似飞机选座位



DD-1——迷你版的猎鹰9

熟悉航天的人在看完火箭的资料后,最大的感想估计就是——这不就是一个缩小版的猎鹰9么?同样的燃气发生器循环的液体火箭发动机驱动(但燃料组合不同),每台发动机5吨运力,一级9台发动机模仿SpaceX的猎鹰9运载火箭的OctaWeb布置方式,同样的冗余设计,在其中部分发动机失效或降推力的情况下依旧可以保证载荷入轨。同样为可回收可复用设计,甚至也在一级箭体上部设置了调整箭体姿态用的格舵,但是没有见到过着陆腿。箭体的三维尺寸与SpaceX最早期的猎鹰-1型运载火箭类似,只不过猎鹰-1火箭的一级只采用了一台梅林发动机,而且由于燃料为液态甲烷,箭体直径也略比猎鹰1火箭粗壮。


这就是搅得全世界商业航天发射市场“鸡犬不宁的”猎鹰-9火箭,请注意一级发动机的布置方式

而对于最关键的发动机的资料,目前笔者对于驭龙航天只查到了一些发动机试车的消息。液氧-甲烷燃料组合,可复用设计,海平面推力5吨,比冲265s,虽然比冲不高,但是在我国民间液体火箭发动机中已经属于高水平。但是尚不能最终确认这就是DD-1火箭的一级发动机,不过估计也是八九不离十。


官方宣传图,清晰可见发动机喷管部分采用了管束冷却的方式,不过呢,这个是严谨的实物3D模型还是示意图暂且存疑


驭龙航天创始人之一卢驭龙的微博发动机试车消息,笔者猜测这款50kn发动机就是DD-1火箭的主发动机,注意甲烷燃烧产生的标志性亮蓝色火焰,像不像你家的天然气灶台?


驭龙航天研制中的200kN大推力液体火箭发动机的心脏--DAS-TP200涡轮泵缩比样机刚刚进行了首次整机水试,来自燃气发生器的高温燃气在300毫秒内将整个系统转入主级工况,主泵达到额定流量及扬程并工作稳定,未产生汽蚀或异常震动(该发动机应用领域不明)

此外箭体材料工艺、GNC系统、整流罩和分离技术方面的水平尚不明确。不过排开单纯的技术问题,DD-1火箭的未来主要面临着一些基础设施和政策上的未知。比如说发射场尚未确认,按照国内情况,该火箭内陆发射的可能性很低,因为这涉及到射界和群众疏散的问题,一家民营企业显然没有这种能量。所以笔者瞎猜最可能的是低纬度东向发射,而且该公司应该是无法具备完全独立的测控能力,势必要依靠我国现有的一些基础航天设施。而目前我国唯一现成的低纬度发射场只有刚刚执行完发射任务的文昌发射中心,但将成熟的国有发射场部分租用给民营公司在我国几无先河。而且这种火箭只是借地方,而不是借塔架,这种火箭肯定要自建发射设施。而且笔者猜测如无意外肯定是采用的类似猎鹰-9的三平方式,只在发射之前起竖加注(我国长征6号也是类似模式)。不过之前该公司探空火箭试射据称就租用了军用靶场,据称得到了科技部门的协助,但是面对未来的正经的轨道发射情况尚不明确。


之前探空火箭的试射画面,这个发射装置大家就别吐槽了

驭龙航天创始人之一卢驭龙的微博上解释此次发射得到了有关部门的支持和帮助


正经说起来,其实我国在这方面也不能算是完全空白,只不过没人做过而已


部分参数和性能存疑

我们书归正传,虽然宣传资料中已经曝光了不少资料,但是如果作为一款真正意义上投入商业发射市场的小型运载火箭,还有不少值得关注和探讨的地方。

首先火箭资料中并未提及二级的相关资料,资料中只写了整箭具有9台发动机,而一级就有9台,这总不能是单级入轨吧。所以资料中应该是笔误,按理来说火箭肯定是有二级的。按照潮流,二级应该是采用了单台一级发动机的真空版,也就是5吨级液氧甲烷引擎的真空版?

此外资料中5吨级别引擎的详细指标尚未公布,不确定是否就是之前试车成功的50kn液氧甲烷发动机?宣传图中的发动机图可以清晰地看到采用了管束式冷却方式,不知是否为发动机的实际冷却方式?

由于提及了冗余设计,这就要求发动机必须具备矢量摆动能力,那么发动机是否设置了矢量摇摆机构,泵前还是泵后?从图中看来,DD-1火箭整流罩看起来过长,是否类似宇宙神5火箭整流罩包覆了部分的二级在内?还有DD-1火箭有可回收设计,似乎是采用了类似猎鹰-9的VTVL方案,但是未见着陆腿。另外采用VTVL回收方案,发动机是否具有节流能力?最低能够节流到多少,都未可知。


VTVL的回收方案是否靠谱,还是要靠时间来证明

DD-1火箭的储箱采用什么材料?复合材料还是铝锂合金还是其他?火箭GNC开发情况如何?发动机是否有采用3D打印等技术?

火箭开发进度如何?九机并联试车何时进行?整流罩和一二级分离实验何时进行等等。。。一大串的问题

以上种种都是这种火箭在面对公众时有可能被问及的问题,面对这些疑问,主页菌已经电话联系了驭龙航天公司,将部分问题发送给了负责人,但尚未得到答复,如有进一步更新,我再另行发文


模仿究竟丢不丢人?

模仿和借鉴,山寨和抄袭,在科学和航天领域几乎是永恒的话题。SpaceX已经完成了从模仿者到被模仿着的转变。但是这也使得SpaceX之后的模仿者层出不穷,前面介绍的国外小火箭中,几乎都能不同程度看到SpaceX的身影,甚至这些公司的不少初创人员就是来自于SpaceX的辞职员工。甚至于一些国家都已经开始借鉴这种全新的商业化航天思路,比如”推力不够数量凑,不但冗余还挺抠“(不押韵,凑活看吧)。


嗯,你没看错,大宇宙帝国的KSLV-4火箭——熟悉的配方,熟悉的味道


驭龙航天亦不免俗

但是在很多人的眼里,外国人模仿叫合理借鉴,我们中国人就叫山寨抄袭,这个思想可真是要不得。中国人无论弄什么都有人先给找个”爹“,为了洗刷山寨和模仿的恶名,似乎中国人只有做出方形轮子的汽车才能堵住某些人的嘴了。

事实上商业航天公司之间在技术路线和商业模式上相互借鉴和模仿并不是偶然事件,而是由航天领域本身的固有特点及初创航天企业的现实条件所决定。航天领域投资相对于其他行业,具有投资周期长,资金需求大,技术门槛高的特点,而如此高的风险之下投资的利润率和回报率却并不明朗,因此公司创业投入期融资难度很高。而对于初创企业而言,资金链断裂几乎是致命的打击。比如“太空探索技术公司”在猎鹰1号火箭时期曾经连续三次试射失败,导致后续发射资金乃至员工工资均无以为继,公司一度濒临破产。如果一家初创公司没有好的商业模式,成熟的技术路线,根本就是自找麻烦,最后很可能撞了一头包然后惨死在融资的道路上。所以借鉴一点儿也不可耻,正相反,借鉴是对被借鉴着的认可,也是对自己投资人钱的尊重。就像国产手机行业一样,青出于蓝而胜于蓝才是应该有的态度,我们是模仿你们起家不假,但是今天除了苹果三星,几乎绝大部分的非国产手机几乎都已经销声匿迹在神州大地(sony也快了),恐怕光靠广告肯定是达不到这个水平的,还是要靠后来居上的真正实力,用户会用脚投票的。

当然DD-1火箭后面的路还很长很长,究竟能不能看到它拔地而起,直插云霄的那一天还未可知。他的模仿能否复制SpaceX商业上的成功也都没准,或许哪天突然网站关闭销声匿迹也有可能,甚至又是一个圈钱的噱头也不是不可能。但是作为一名中国人,我们都是希望能够有越来越多的不忘初心的航天人能够投身其中,毕竟在商业航天的大潮中,不希望中国人只是站在岸边看热闹,目送勇敢者渐行渐远;而是也能投身其中也做一把弄潮儿,虽败犹荣。

正如笔者经常所说的——SpaceX开了一个好头,但是却教“坏”了一大批人,这里的“坏”是个褒义词。



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