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流纹岩:美国重返月球的着陆器为什么就搞不定?
“国家队”的综合着陆器(ILV)包括蓝色起源的着陆段、诺格的转移段和洛马的上升段。ILV将使用三次蓝色起源新格伦火箭或是联合发射联盟火神-半人马座火箭发射至月球轨道并且交会对接。当然ILV也可以使用SLS Blk1B火箭发射,NASA认为“国家队”开发ILV在时间管理上问题不大,而技术风险可以接受。Dynetics的方案是一个低矮的着陆器,需要两次发射,且具备改装为大型货运着陆器的能力,NASA对Dynetics的方案的时间管理和技术风险都给出了非常好的评价。
“综合着陆器”是一个需要三次商业火箭发射的着陆器
Dynetics的着陆器相当低矮且具备货运能力,但超重了
相比之下,在2021年的当口,SpX确实没什么优势。由于“星船-超重”当时甚至只有一个破烂不堪的原型机,且其涉及极其复杂的在轨交会和加注,且其热气姿控也不太成熟,NASA只评价为“可接受”。
相比那两个看起来还算正常,只需要从NRHO到月面再回到NRHO的方案,SpX的“星船-超重”HLS方案极其激进:需要一枚“超重”将HLS送入绕地轨道,随后发射4次(记住这个数字)补加飞船和HLS对接,随后HLS自行爬进地月转移轨道,刹车进入NRHO,和Gateway或是猎户座飞船直接对接后从NRHO着陆至月球表面,完成月表任务后起飞和Gateway对接。由于“星船”飞船是一个直径9米、长50米的庞然大物,其对着陆区的限制和系统的复杂度超过另外两家。在开标之前,SpX的HLS并未有非常高的期待值。
“星船”HLS和猎户座飞船在NRHO上对接,注意Artemis III任务不涉及Gateway
但出人意料的是,2021年4月16日,NASA只选择SpX基于“星船-超重”两级重复使用重型运载火箭开发HLS着陆器,并授予了28.9亿美元的合同,包括一次无人着陆和一次载人着陆(Artemis III)。NASA称虽然“星船”方案具有较高的风险,但SpX可以通过快速迭代以解决方案中的风险。目前看来选择SpX的可能性大概只是钱——Dynetics的方案要价最高,为85-90亿美元,而“国家队”的方案要价60亿美元,SpX只要29亿美元。
另一个可能打动NASA的因素是SpX的“星船”HLS足以将20吨货物送到月球表面,但相比原来的三选二,只选择SpX似乎确实有点偏心了。Dynetics的方案当时还存在问题,着陆器只能将负质量送到月球表面,而似乎十拿九稳的“国家队”也落选让蓝色起源十分恼火,随后向GAO起诉SpX被NASA所偏袒,最终败诉。
二
现在我们知道,“星船-超重”系统虽然理念十分先进,但在过去几年的开发中并不顺利。抛开我们之前在“星船”SN-36爆炸的文章中提到的一系列问题,更大的一方面来自于该系统的严重超重。
相比于号称的150吨两级全回收运力,目前“星船-超重”v1版的运力只有区区15吨,在这篇文章发出来时已经打完了的v2版也只有35吨。而马斯克号称更换了“猛禽-3”的v2(也就是v3)可以达到100吨运载能力,而究极拉皮版的v4可以达到200吨以上的运载能力,而且这个数大概率是吹牛逼。由于运载能力不足而需要发射更多的“星船-超重”,愈加复杂的在轨集合加注对管理和技术提出了更高的要求,则会进一步拖延该系统能够建立月球到达能力的时间点。
目前“星船”HLS系统因为超重,除去近地轨道集合加注外还计划在大椭圆绕地轨道上再进行一次加注,而Eric Berger的文章指出目前来说一次HLS任务需要20-40次“星船-超重”火箭的支持,充分表明了这玩意超重的问题十分严峻。如果需要发射大量的补加飞船,则对“星船”的快速周转和在轨加注等都提出了更高的需求。虽然目前SpX在“星城”建造第二个能够支持全推力起飞的发射台,并且在卡纳拉维拉尔角计划建造一堆发射台,包括肯尼迪航天中心LC-39A和卡纳拉维拉尔角天军基地SLC-37B。但考虑到目前20-40发服务一次HLS的这个需求实在是过于离谱了。
“星船”HLS在轨加注推进剂
如果“星船”HLS瞄准2028年载人着陆,则2027年底“星船”HLS必须完成无人月球着陆,2027年初的时候就得具备极高的成熟度,能够快速地在轨进行几十吨推进剂的转移、准“航班化”的运行、回收并复用,那2026年中下旬就得完成初步的推进剂船间在轨转移验证和具有较为客观的运载能力,至少得实现二级复用发射。
那么,SpX现在在干什么呢?他们似乎还没有凑齐第一艘v3版“星船-超重”的猛禽-3发动机……
反正“星船”HLS的成熟节点已经甩到至少2028年底去了,就SpX今年在“星船”v2上的狼狈样子,除非墨菲定律彻底失效,后面所有发展一路顺利且进入快车道,不然2028年实现载人“重返月球”的可能性也不太大。不过没关系,Artemis III的发射有传言称也得到2028年中期了,甚至有可能直接放弃Artemis III的着陆任务,改为Gateway对接,不过应该还不算板上钉钉。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 李泠 
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