火箭发展历史上之最(美国大力神4H火箭的发展历

美国大力神4H火箭的发展演进历程对中国未来升级长征五号火箭启发价值巨大

第一节，长征五号火箭构型方案改进“退一步”会海宽天空。

本系列评论的最大意义就是要将未来中国实施载人登月工程“方方面面”的细节都逐渐摸底一遍，好让人们都心中有一个“底”。

一，为长征五号火箭增加一个固体燃料上面级的建议非常具有建设性。

在执行LTO、GEO与奔火星轨道发射任务时，为中国长征五号火箭再增加一个固体燃料上面级（这样改进后，就非常象美国人当年的大力神—IUS固体上面级（也叫惯性上面级）重型火箭了。JOKI兄的这一建议构想，无疑是非常具有“建设性”深远价值意义的。，长征五号火箭发展捆绑6枚3点35米直径煤油助推器的升级方案还是存在继续发展的必要，因为与5吨级“固体燃料上面级火箭”相结合之后，其LTO运力就将能够直接提升到13吨的水平区间。这样用于发射中国未来的NRHO深空站的舱段平台就再好不过。与需要极高可靠性，专门用于发射NRHO版本的神舟载人飞船的“载人级”火箭所不同，发射NRHO深空站舱段平台的捆绑6枚液体助推器的“改进型长征五号火箭”的可靠性出现“一定程度”的下降还是能够接受的。

目前版本的长征五号火箭深受“一级半、二级半”构型陈腐理念思想的害与限制，其运载使用潜力还远远没有发挥出来。现在仅仅添加上一个区区5吨级重量的固体燃料上面级（即演化为“三级半”构型火箭来执行LTO轨道的发射任务），其LTO运力就已经提升到10吨以上。可见长征五号火箭的运载能力的提升挖掘还远远未到尽头的地步。目前长征五号B火箭的起飞质量规模高达837吨，是日本H2B火箭的1点5倍，如果能够走“二级半”构型路线来执行LEO轨道的发射任务，其LEO运力提升到27吨以上完全是易如反掌的事情。长征五号火箭就是“瘦的骆驼比马大”的经典例子。它那怕随便“弄弄”改进下，仅仅是加装上一个“性能垃圾”的固体燃料上面级，其LEO运力就能够增加15%，LTO运力就能够增加20%。但今天却硬生生地落入“一级半”构型陈腐设计思想的牢笼而不能自拔。这绝对是长征五号火箭研制发展史上最为重大与致命的悲剧，没有之一。

二，美国大力神4H火箭发展演进历程所带来的启示。

事实上很早之前，高凉陈君就曾经拿美国著名的大力神4H火箭与中国的长征五号火箭来进行过详细的比较分析。大力神4H火箭的起飞质量为943吨（大力神34D火箭是780吨），长度62米。拥有LEO运力21点6吨，SSO运力17点6吨，GSO运力5点76吨，地球逃逸轨道运力高达5点66吨（曾经发射过著名的卡西尼土星探测器）的巨大运载能力（数据来自维基百科）。中国的长征五号B火箭的起飞质量也高达837吨，而且还是使用低温氢氧发动机主芯级与煤油发动机助推器的现代化火箭，但LEO运力却只有区区的24吨（长征五号A火箭的起飞质量也高达867吨，GTO运力也只有14吨的水平）。美国人当年的大力神4H火箭却是使用比冲更低的固体燃料助推器与LR87肼类有常温燃料主芯级发动机的落后火箭（，作为低温上面级的“半人马座”火箭非常出色）。但LEO轨道的运力却与中国长征五号B火箭相差不大，也达到21点6吨的惊人水平。长征五号B火箭如此庞大的发射质量规模，其LEO运力却与大力神4H相差不大。最重要的原因就是因为中国的长征五号B火箭采用了“一级半”构型这个有的火箭设计方案。而美国大力神4H火箭却是“二级半”构型执行LEO轨道任务、“三级半”构型执行SSO、GTO轨道（乃至奔火星、奔木星、奔土星轨道）发射任务的产物。从那时起高凉陈君开始就对长征五号火箭的“一级半”构型设计思想极其反感，并且坚决认定“一级半”构型的陈腐思想是导致到后来长征五号火箭的研制为何久拖不决的最重要根源，因为YF77氢氧发动机的超长工作时间大大增加了其的研制难度与持续工作的可靠性风险。而长征五号遥2火箭后来的发射失败，也完全证明了高凉陈君当年忧虑的正确性与预见性（详见〈高凉陈君文集精选〉一书）。，展望未来，中国的长征五号火箭完全有必要通通改进为使用“二级半”构型来执行LEO轨道的发射任务，使用“三级半”构型来执行GTO、LTO轨道的发射任务。

退一步海阔天空。这不仅能够大大增加长征五号火箭工作飞行的可靠性，也能够大大提升其各轨道任务的实际运载能力水平。参考今天中国的长征三号乙火箭与美国当年的大力神4H火箭的优秀可靠性表现。高凉陈君认为“二级半”构型火箭执行LEO轨道发射任务，“三级半”构型火箭执行SSO、GTO、GEO与LTO轨道发射任务完全能够接受。盲目增加火箭的工作级数量不可取，但盲目减少火箭的工作级数量也绝对不必要。凡事都要有一个“度”。长征五号火箭的未来，绝对是“退一步海宽天空”。美国的泰坦火箭的确是一款“非常有趣的火箭”，是美国人在挑战者航天飞机爆炸之后“啃”大型固体燃料助推器的产物。但可靠性还是相当优秀的。当年中国在论证长征五号火箭研制项目时，为何不采用美国人的泰坦4H火箭的构型方案，却采用了原苏联人的“小能源”火箭构型方案（与中国人相反，印度人则采用了泰坦4H火箭的构型方案）。今天细细回顾起来还是相当有意思的事情。高凉陈君认为这与中国的“航天飞机派”势力的努力关系极大。走“小能源”的技术路径，起码还研制了一款YF77大型氢氧发动机，以后航天飞机“如果还有机会上马”，使用3台YF77发动机，走美国人的技术路径，也能够搞出一款“小型航天飞机”来。

但如果长征五号火箭当时就决定走美国人泰坦4H火箭的构型发展方案，未来历史就注定没有YF77氢氧发动机什么事了，中国人的“航天飞机梦”也永远胎腹中了。如此细细回想起来，今天YF77氢氧发动机已经是中国在航天飞机时代“追梦”仅存的一线脉了。在很早之前，高凉陈君就主张要将目前版本的长征五号火箭的主芯级改进为并联4发YF77氢氧发动机的版本。然后主芯级YF77发动机的持续工作时间缩小为250至300秒左右，之后再搭配上使用YF20高空版常温发动机研制的“过渡性第二级”，再来执行LEO轨道的发射任务。至于JOKI兄推演的如果长征五号火箭主芯级的燃料减少三分之一，YF77发动机（还是目前版本的并联2台YF77发动机的方案）的持续工作时间缩小为300秒左右，加装上YF20“常温过渡第二级”后，LEO运力只有16吨左右。这个运力的下降幅度高凉陈君是有预感的，但就是不知道“运力下降的最低边界”在那里。当时估计是LEO运力20吨左右，这也是高凉陈君当时认为的GTO运力也能够维持在7吨水平的主要原因。因为高凉陈君也是按照初始版本的欧洲阿里安五火箭来推测改为使用“常温上面级”后长征五号火箭的GTO轨道运载能力的。而高凉陈君的这些设想方案都是在2013、2014年提出的。按目前的态势，明年长征五号B火箭就要实际执行发射任务。如果再出意外，这些设想方案中就必然会有一个被推上历史的前台。，高凉陈君也不趣怪网希望看到这一局面。但如果必须要走到这一步，高凉陈君认为还是研制并联4台YF75D氢氧发动机的大型低温上面级火箭最好，再将YF77发动机主芯级的持续工作时间缩小为350秒左右。之后，再以“二级半”的构型来执行LEO轨道的发射任务，“三级半”的构型来执行SSO、GTO与LTO轨道的发射任务。而第三级就只能够改为使用“YF40C常温上面级火箭”。如果目前版本的“远征常温上面级”不适合执行LTO的发射任务。那么模仿俄罗斯人的布雷加特常温上面级搞个“中国版”的也没有什么技术上无法克服的难关。象目前中国长征四号火箭所使用的第三级的YF40C主发动机的推力就有49千牛，稍微升级改进下就能够用于研制中国版的“常温地球出发级火箭”。反正目前版本的长征五号火箭就是典型的“瘦的骆驼比马大”。长征五号A火箭高达867吨的起飞质量，已经要比目前的阿里安五、H2B、质子、安加拉五火箭与未来的H3、阿里安6火箭都要大上“整整的一圈”。那怕“随便弄弄”、稍微升级改进下，目前版本的长征五号火箭的LTO运力要提升到10吨的水平区间也是相当容易的事情。如果决心改进为捆绑6枚3点35米煤油助推器，再使用4台YF75D低温发动机并联研制大型上面级，搭配上“中国版的布雷加特常温地球出发级火箭”。一款LTO运力高达13吨的中间运力型火箭就能够迅速“拼凑”而成。这样在通过NRHO深空站进行“集合与中转”的月球载人飞行时代，中国就能够与美国、欧洲、日本共同处于一个起跑线上，也做到了“人有我也有”。，这一方案设想显然更能够获得“方方面面势力”的支持、接受与认可。这在当前的环境下也是“没有办法的唯一可行办法（至于研制长征九号火箭，就相差得太遥远了，典型的远水救不了近火）”。

目前长征四号火箭所使用的“YF40C常温上面级”就是一款非常好的“常温地球出发级火箭”改进平台。改进提升下“YF40C上面级”的重载结构承力水平。即将其重载能力提升到14吨的程度，再为长征五号A火箭研制一款长度高达24米的大型整流罩（参考当年美国大力神4H—半人马座上面级重型火箭的技术发展路径），发射时再将YF40C常温地球出发级火箭与目标载荷一起包住就了事。事实上由于YF75D低温上面级本身就具有2次点火能力，目前版本的YF40C常温上面级也具有2次的点火能力。这在未来发射直送GEO轨道的大型载荷（如10吨级别的GEO轨道航空母舰全球直观测卫星）与深空行星际重型无人探测器时也能够经常使用到。非常值得上马研制。

第二节，研制常温上面级能够大大降低中间运力型火箭的研制投资成本。

如果目前版本的长征五号火箭不使用YF75D低温上面级，参考俄罗斯的质子火箭与美国的大力神—IUS惯性上面级火箭的水平，其LTO运力最多也只有5吨左右，这丁点的运力水平在月球的载人飞行时代中是没有多少使用价值的。，参考美国的猎鹰9H火箭，如果未来中国使用7台YF100煤油发动机研制5米直径的全新主芯级，再走猎鹰9H火箭的技术发展路径。起飞级3个CBC模块，第二级并联2台YF100K高空版煤油发动机，第三级再并联4台YF40C发动机研制的“大型常温上面级火箭”。其LTO运力也勉强能够“堆”到12、13吨的水平。

事实上目前俄罗斯人的联盟5火箭就有这样的研制发展趋势，起飞级3个4点1米直径的RD170煤油发动机CBC模块，第二级也是使用煤油发动机“胡乱拼凑”下就了事，再搭配上“布雷加特常温上面级火箭”。其LTO运力也能够达到11吨的水平。如果联盟5火箭的起飞级改为使用5个RD170煤油发动机CBC模块，其LTO运力也能够“堆”到13、14吨的区，对于中国蓝箭之类新兴商业航天公司而言，未来要染指国家的月球载人飞行任务，走今天猎鹰9至9H火箭的技术模式显然是最好的发展演进路径。毕竟氢氧发动机的生产复杂又昂贵，发射场整备也很复杂麻烦。未来中国的创新型商业航天公司们一定会对研制“常温上面级火箭”非常感兴趣。

如果中国蓝箭公司的80吨级甲烷发动机研制成功，走猎鹰9H的发展路径，不使用氢氧低温上面级火箭，也一样能够“堆”出一款LTO运力达10吨级的中间运力型火箭来支持中国的NRHO深空站的日常运营补给运输任务。这就是高凉陈君一直以来之所以坚决主张要缩小YF77主芯级发动机的持续工作时间为350秒（左右）的最重要根源。即先确保长征五号火箭“能用”，之后再在实际的使用过程中快速发现问题，再改进解决问题。象长征五号遥2火箭，如果当年就能够确定YF77氢氧主芯级发动机的持续工作时间缩小为350秒的方案，长征五号遥2火箭其中一发的YF77发动机在346秒因故障停机，但并不会导致到东方红五号试验通讯卫星发射的失败，更不会造成高达60亿人民币以上的巨大经济损失。但YF77发动机的存在故障隐患，也一样会在这一次的实际使用过程中被暴露发现，接下来就可以进行针对性的升级改进。而目前长征五号火箭在遥2发射失败之后，一停飞又是一年半（乃至2年）时间，但YF77主芯级发动机依旧维持持续工作460秒的时间。如果失败，整个目前版本的长征五号火箭研制项目就通通彻底玩完。

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一句话，缩小长征五号火箭YF77主芯级发动机的持续工作时间为350秒长征五号火箭项目不会崩盘。毕竟长征五号火箭的主芯级持续工作时间缩小为350秒后，其GTO运力也还有7、8吨的水平，发射下东方红五平台的通讯卫星“绰绰有余”。这样，再连续发射10、8枚，“小步快跑”。尽快摸清长征五号火箭与YF77氢氧发动机的实际使用“安全边界”再说。但如果再继续硬维持YF77主芯级发动机必须持续工作460秒的现状。一旦未来的这5、6枚火箭当中，长征五号火箭再发射失败一枚。那么整个目前版本的长征五号火箭项目必定“玩完”，而且连带很多人的“院士梦”与前途也一样通通跟着玩完。

高凉陈君现在认为，中国航天工业界那怕到现在也依旧也还没有找到如何研制YF77之类大型氢氧发动机的成功科学路径。美国的SLS火箭所用的RS25氢氧发动机还是航天飞机拆下来的成熟现货发动机，现在都反复一次次地在斯坦尼斯航天中心进行地面点火试车。但目前中国的YF77氢氧发动机依旧还没有进行过1000秒地面长程试车（，现在高凉陈君认定YF77氢氧发动机的地面长程试车的时间上限已经必须提升到1500秒以上，才能够令人放心），这有什么理由？！坦率而言，高凉陈君对目前版本的长征五号火箭的发展前途极其忧虑，火箭研究有一些学费不想在地面上“主动来交”，那么就只能够在天上以放大100倍、甚至1000倍的庞大代价来加速偿还。

（作者简介高凉陈君，实名陈天。广东省茂名高州人，1981年出生。帝国学分析家、作家，地区知名人士，白云山舍主人。一直致力于从事帝国学问题的分析研究。）

陈天（高凉陈君）

于广东高州

2020年5月3日