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ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES

繼前兩期狠狠地黑了一把ULA之後(先黑畫大餅,再黑壟斷),可能很多網友要給ULA鳴不平了。其實平心而論,ULA的技術底蘊相當深厚,傲人的發射成功率也令人仰慕。在SpaceX橫空出世之後,ULA受到了極大的挑戰,因此其新任CEO開始減員增效,加緊研發,祭出了新一代低成本可復用運載火箭「火神」,同時基於火神火箭勾畫了一整張地月殖民藍圖。今天咱就來扒一扒ULA新一代火箭中的獨家黑科技。


自從上個月黑店ULA公布了新地月系殖民的雄偉藍圖後,各方航天愛好者紛紛開始對這塊大餅嗤之以鼻。確實,如此龐大的太空殖民計劃竟不是出自鋼鐵俠Musk(馬斯克)之口,彷彿可行度低了八個台階。(為啥說ULA是黑店請詳見本號上期文章)

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES


ULA放言將在2045年前把1000人送入地月空間生活,工作


事實上,除去天文數字的資金需求,該計劃最大的亮點在於美國下一代運載火箭火神ACES。可以說,能擔任燃料補給和擺渡運輸的火神ACES是這個大餅計劃的核心。沒有它,一切真的只是PPT。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES


新一代的「火神」運載火箭

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



ACES擺渡車想像圖

簡單說一下火神ACES。


火神ACES採用5.4米甲烷芯一級,配合使用兩台可回收250噸BE4發動機(沒錯,就是來自貝索斯的藍色起源),可捆綁0至6枚GEM 63XL固體推進器,採用可重複在軌加註使用的ACES上面級(這個上面級是地月殖民計劃核心中的核心,下面會有提到)。最大構型GTO運力約20噸,並可以將約10噸載荷直送入GEO。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



技術來源神秘的藍色起源的BE-4液氧甲烷發動機,進度大幅領先於SpaceX旗下猶抱琵琶半遮面的猛禽發動機

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



右邊的便是火神ACES564


可以看到,火神ACES564的運載能力相比前任宇宙神V551有了極大的提升,GTO達到了20噸水平。遺憾的是,由於火神ACES芯一級採用的BE4發動機在有燃料小分子量比沖優勢的情況下(甲烷),效率仍不如之前使用的俄制煤油RD180。所以,拋開起飛級這個後腿,火神ACES性能上的提升完全靠的是上面級ACES。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



官方介紹里的ACES


ACES究竟有多牛?


ACES作為美國下一代氫氧低溫上面級,首選引擎是改進版RL10C,比衝上自然沒的說。而在上面級設計上,ACES則延續了美國一貫的不鏽鋼氣球共底儲罐設計,將結構乾重減到最低。用數據說話,相比宇宙神目前使用的Centaur上面級10.2的干質比,ACES的12.5干質比顯然不能在技術不變的情況下只靠增加推進劑加註量來提升(要知道,土星五號的巨型S-IV也不過12的干質比)。所以在這裡,需要介紹下ACES的減重神器IVF。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



IVF原理樣機


IVF全稱是Integrated Vehicle Fluids,姑且譯為火箭推進劑集成管理系統。


一般來說,對於傳統火箭上面級來說。除去箭體推進劑和主引擎,整體的成本和重量還集中在GNC,氣體增壓系統,為長時段滑行助力的龐大電池組和肼基或冷氣姿控沉底引擎。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



傳統的半人馬座上面級


而IVF所做的工作,便是把這除了GNC的一切全給包了。小小的IVF系統一個人做了三份的活,在極大降低了箭體的乾重和成本的同時,由於不再依靠大電池組來供電,還能將目前上面級壽命從幾小時延伸到幾星期,使得基於ACES的地月擺渡車成為可能。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



採用了IVF的半人馬座上面級,可以看到取消了氣瓶,由此減少了0.5噸的乾重


計劃中的XEUS概念便是由ACES衍生的月表運輸系統。由於採用了開創性的IVF,使得XEUS不再需要加註氦氣和肼燃料,便可以使用ISRU系統(原位資源利用)來電解月表的微量水來製備液氫和液氧推進劑,供XEUS的往返。

ULA宏偉地月殖民計劃的核心——火神ACES



XEUS想像圖


正如同樣有著極高集成度的汽車內燃機,IVF的開創性發明使用將極大地降低上面級火箭的乾重和成本,必將帶動另一次的火箭革新浪潮。


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