研制中间运力型火箭是21世纪世界大国们实施低成本载人登月工程的最优解决办法

第一节，火箭只要能够实现可重复使用那怕是使用氢氧发动机都可以非常省钱。
       

日本人的这一款中间运力型火箭在光棍使用时，其一次性版本的LEO运力就达20吨、GTO运力就达6点8吨，比美国ULA公司的火神火箭的光棍版要大很多，妥妥的弱化版921火箭。另外，日本人这款火箭的光棍版在可重复使用时的LEO运力则为15吨左右、GTO运力则为4点2吨左右。至于3CBC的重型版本，在可重复使用时的LEO运力则达26吨左右、GTO运力则达8点1吨（至于是陆返还是海返、目前信息不明）。日本人这一款火箭的各项运力指标都要比俄罗斯人阿穆尔火箭的光棍复用版要大不少。与欧洲人规划中的阿里安7火箭的光棍版运力相差不大，但日本人现在也无法确定要使用什么发动机来研制。如果日本人未来能够研制成功100吨级的甲烷火箭发动机，并联7台研制主芯级就可以了。但如果改为使用氢氧发动机，除非日本改为研制100吨推力的中型氢氧发动机，否则要在5点2米直径中塞下5台氢氧发动机就相当困难。总之，如果要走氢氧发动机的可重复使用技术路线，LE9氢氧发动机就不能再使用，这也是让日本人目前举棋不定的重要原因。

由于光棍版火箭可重复使用的GTO运力目前规划就达4点2吨的区间，这个运力指标末来再提升1吨，即达到5点2吨所面临的技术升级的难度也不大。一旦如此，日本人这一款火箭的GTO运力未来就瞄准了今天猎鹰9、长三乙与及质子火箭“专吃”的GTO运力5至6吨的商业航天黄金运力市场区间了。这也说明了日本政府与及三菱重工公司始终对全球商业航天发射市场心不死，末来无论如何还是会与猎鹰9、长征七号与及安加拉5号等等商业火箭来龙争虎斗一番。如果LE9氢氧发动机可以改进升级为甲烷发动机，并联5台甲烷版LE9研制主芯级也可以，反正光棍版火箭的起飞推力也达750吨。但不知道5点2米直径主芯级可否容纳5台甲烷版LE9发动机不？！当然，由于日本人在火箭研制领域一直以来“有一说一”的严谨作风，从来不喜欢玩PPT火箭的画饼游戏。在手头上的H3火箭研制项目完成之后，未来JAXA与及三菱重工公司的研究精力就会全面转移到这一款火箭的研制上面来。因此，最迟到2025年之后一切都会明朗化，到时侯日本人的这一款中间运力型火箭的研制将会对欧洲人与俄罗斯人产生巨大的倒逼压力。日本人使用氢氧发动机要在5点2米芯级直径内做到一次性光棍版火箭的LEO运力就达20吨所面临的技术挑战非常大。因为ULA公司的德尔塔4火箭的光棍版的LEO运力也只有不到10吨的水平。但如果使用甲烷发动机来研制的话，要在5点2米芯级直径内做到一次性光棍版火箭的LEO运力就达20吨，其所面临的技术难度就要小得多。至于煤油发动机则就更为简单了，5点2米芯级直径的一次性光棍版火箭的LEO运力要做到25吨都完全无压力。中国现在研制中的921火箭就是如此。

     总而言之，燃料密度太小的氢氧发动机火箭在CBC构型流行的时代中，与使用甲烷、煤油燃料的火箭相比，至少在火箭的体积控制方面就处于天然的竞争劣势。这就看日本人未来如何去取舍了。如果日本人的这一款中间运力型火箭的芯级直径可以做到6米至6点5米，要实现一次性光棍版火箭的LEO运力就达20吨的目标就会好很多。同样，如果日本人未来使用氢氧发动机的可重复使用火箭研制成功，对于日后美国SLS火箭的改进升级也具有重要的示范性意义。例如美国人也可以研制J2ⅹ氢氧发动机的地面起飞版本（海平面推力120吨左右），再并联9台J2X发动机做个芯级光棍就可发射使用（合计起飞推力1080吨）、并具备可重复使用能力的SLS改进型火箭。光棍构型SLS火箭的一次性版本的LEO运力能够达到30吨左右、GTO运力能够达到16吨左右，光棍构型SLS火箭的可重复使用版本的LEO运力能够达到22吨左右、GTO运力能够达到12吨左右。而3CBC构型方案的SLS巨型火箭其一次性版本的LTO运力能够达到40吨左右，3CBC构型方案的SLS火箭的可重复使用版本的LTO运力能够达到25吨左右。并且都具备至少重复使用10次的能力。一旦如此，未来波音与及洛克达因公司还能轻松再续命个几十年时间。

尽管芯级直径只有5点2米，但日本人的这一款火箭的光棍一次性版本的LEO运力就达20吨，GTO运力就达6点8吨。己经要比美国ULA公司火神火箭的光棍版本要大得多，这也是非常令人赞赏称道的地方。高凉陈君早前就明确指出中间运力型火箭的光棍构型的LEO运力最底的起步运力区间就必须要达到20吨，否则未来那怕决定要走CBC构型方案来研制LEO运力达五、六十吨的中间运力型火箭，也都必须去啃5CBC构型这个高风险、高技术难度的硬骨头。但个人认为，能够使用3CBC构型方案解决的运力问题就应该使用3CBC构型方案来解决，至于5CBC的构型方案，由于研制的技术风险过大，能够避免就必须尽量避免。

美国NRHO版龙式XL月球货运飞船的发射重量就控制在15吨以内，并计划要使用猎鹰9H火箭来发射。JAXA上面的这幅规划图也明确说到末来日本人的这一款中间运力型火箭也将肩负发射NRHO版HTV月球货运飞船的重任。考虑到这款火箭的LTO运力高达16吨，要比H3H火箭大很多，未来NRHO版HTV货运飞船就是一箭发射入LTO轨道就了事，既简单方便又粗暴直接。现在，就看欧洲人与及俄罗斯人未来如何去研制可以发射自己的NRHO版ATV货运飞船与及NRHO版进步货运飞船的重型火箭了。面对21世纪的载人登月浪潮，欧洲与及俄罗斯人“不想出局（即丧失作为世界大国的现成地位）就必须入局”，没有任何的退路可言。至于NRHO版的天鹅座货运飞船，ULA公司的火神562火箭稍微升级就可以发射，但NRHO版星际线载人飞船则不行。

同时，这幅规划图还透露出另一个重要的信息，那就是日本电推版HTⅤ月球货运飞船方案也大概率被抛弃了。因为在讲求快节奏、“有事时（例如月球基地或者NRHO空间站上出现重大安全事故、被困宇航员们必须迅速进行救援等等危急时候）”能够快速反应的载人航天领域，要用电推慢慢“荡”到NRHO月球空间站，那就黄花菜都凉透了。

火箭只要能够实现可重复使用那怕是使用氢氧发动机都可以非常省钱。

     可以拿使用J2X氢氧发动机地面版的光棍可重复使用的SLS火箭来进行建模分析。J2X氢氧发动机地面版的推力按130吨来分析，并联9台地面版J2X发动机研制8点4米直径的主芯级，合计起飞推力1080吨，一次性光棍版火箭的LEO运力为30吨左右、GTO运力为16吨左右。而光棍可重复使用火箭的LEO运力为22吨左右、GTO运力为12吨左右。按目前洛克达因公司生产的氢氧发动机的市场销售定价逻辑来估算，每台J2X氢氧发动机的市场采购价格都必须高达4000万美元。使用9台J2X氢氧发动机并联来研制8点4米直径的光棍版SLS改进型火箭，箭体制造成本+9台J2ⅹ氢氧发动机价格＝5亿美元。

     再使用1台J2X氢氧发动机来研制上面级火箭，箭体制造成本+J2X发动机价格合计=0点5亿美元。

     每发射一枚SLS光棍版火箭所消耗的整流罩、发射场整备、海上回收费用、回收火箭后的检查整备等等开支作价为0点5亿美元。

      A，如果每枚SLS光棍改进版火箭的第一级都可以实现可重复使用10次的目标，每次任务的均摊成本就为0点5亿美元。

      那么每次使用SLS光棍版可重复使用火箭来执行发射任务时的成本就为0点5亿+0点5亿+0点5亿=1点5亿美元。

      B，如果光棍版SLS火箭的第一级都可实现可重复使用20次的目标，每次任务的成本的均摊成本就只有0点25亿美元。

      那么每次使用SLS光棍版火箭来执行发射任务的总成本就降低为0点25亿+0点5亿+0点5亿=1点25亿美元。

      C，至于3CBC构型的重型版火箭，可重复使用时LTO运力为25吨左右。比德尔塔4H火箭的LTO运力都要大1倍以上。

      1，按可重复使用10次来计算，每次执行发射任务的成本则为0点5亿ⅹ3+0点5亿+0点5亿=2点5亿美元。

      2，按可重复使用20次来计算，每次任务的成本则为0点25亿ⅹ3+0点5亿+0点5亿=1点75亿美元。

      通过上面粗略的建模来分析，无论是使用何种燃料，火箭只要能够实现可重复使用都能够大幅度降低发射成本。这也是可重复使用火箭的市场运营基本逻辑。因此，在21世纪，一次性火箭就不必再与可重复使用火箭来比较发射成本的高低了，这完全就是降维打击般的残酷事实。

H3H火箭的LTO运力与美国德尔塔4H火箭差不多，都是LTO运力10吨左右。但LTO运力10吨在NRHO载人登月时代中明显就属于垃圾运力区间。即做什么都不方便，不顺手。与之相反，在NRHO载人登月时代之中，LTO运力15至20吨就属于典型的运力黄金区间。最起码通过NRHO月球空间站中转，玩玩“月面插旗一日”式载人登月还是完全无压力。今天日本人这一款中间运力型火箭的LTO运力设计指标与早年中国龙乐豪院士提出的长征五号DY火箭的运力都处于相同的区间，这肯定不是偶然的现象（显然都是经过精密计算论证才得出的结论）。因此，要想低成本地参与NRHO载人登月游戏，火箭的LTO运力达15吨明确就是最低的门槛。但H3H火箭的运力不行，现在的日本人明显也认识到了这一点。当然，日本JAXA此一款中间运力型火箭研制规划的适时公布，现在对中国必须加快速度研制成功921/921H火箭也是一个巨大的激励与鞭策。而且也直接告诉人们，在研制中间运力型火箭的发展道路上，中国人现在也不是“一个人在孤独地奋斗”。

     第二节，在21世纪的载人重返月球时代，全球火箭的LTO运力列表如下（数据非常粗略，多是估计的，仅供参考使用）：

     1，sls基本型火箭，LTO运力35吨。

     2，921H火箭(一次性版本)，LTO运力26吨。

     3，日本中间运力型火箭(一次性版本)，LTO运力16吨。

     4，猎鹰9H火箭(一次性版本)，LTO运力15吨左右。

     5，火神562火箭(升级版本)，LTO运力13吨左右。

     6，德尔塔4H火箭，LTO运力10吨左右。

     7，长征五号火箭，LTO运力8点5吨左右。

     8，阿里安64火箭，LTO运力7吨左右。

     9，质子火箭，LTO运力5点5吨左右。

     10，安加拉5火箭，LTO运力5点5吨左右。

    另外，美国新艾伦火箭(可重复使用版本)与及日本H3火箭的LTO运力则不明朗。

陈天（高凉陈君）

2021年4月8日