從特斯拉的獵鷹重型到俄羅斯的RD-180、中國的長征九號…… 新一輪大國航天競賽開始了嗎？

軍情 02-21

原標題：從特斯拉的獵鷹重型到俄羅斯的RD-180、中國的長征九號…… 新一輪大國航天競賽開始了嗎？

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本文轉載自機工情報（ID：jg-info）

作者：機工智庫研究員金穎奇

近期，全球航天領域頗不寧靜。2017年11月，據俄羅斯《消息報》稱，俄聯邦杜馬批准了中俄在火箭和太空探索領域保護技術的協議，準備向中國供應RD-180火箭發動機；2月7日，美國spaceX公司的「獵鷹重型」火箭帶著特斯拉跑車首發成功；緊接著，我國的運載火箭設計總師龍樂豪院士表示，長征九號目前只等正式立項，設計近地載荷是140噸，遠超獵鷹和美國在研的SLS（最大130噸）。並且，以中國現有技術，立項後完全可以在10年之內研製成功。新時期的大國航天之戰是要拉開序幕了嗎？

獵鷹重型無法代表美國航天領域的真實實力

最近的SpaceX的獵鷹重型圈粉無數。首先，它必有可取之處，不然怎麼能成功發射呢。但是，真的有媒體鼓吹的那麼好嗎？

先看看所謂的「重型」。媒體報道，獵鷹重型是自1967-1973年服役的美國土星五號（Saturn 5）以來（近地軌道運力高達140噸）最強的重型火箭。但龍樂豪院士表示，這台火箭算不上重火，因為近地軌道的有效載荷是63.8噸，不足100噸。

其次，再來看看其核心部件——發動機。運載火箭與飛機汽車一樣，發動機是它的核心技術。獵鷹重型的發動機並不是新研發的，而是使用了推力不足100噸的「梅林-1D」液氧煤油發動機。但其特別之處在於，獵鷹重型是三支獵鷹9（擁有9個發動機的一級火箭）捆綁在一起。所以獵鷹重型的第一級就有3x9=27枚發動機。吸取蘇聯N1火箭的教訓，航天界有一個不成文的規則：火箭第一級加助推級的發動機總數不能太多，最好不超過10台。以中國長征系列火箭為例，長征2E/F、長征3B都是8台發動機，而長征5號則是10台，逼近安全上限了。目前世界各國研製的各型火箭大致都遵守這個潛規則，只有SpaceX的獵鷹重型火箭反其道而行之。此外，梱綁大量發動機也存在使火箭效率降低等問題。

馬斯克自己也表示，「火箭發動機是目前SpaceX所面臨的最大短板。」為了把更重的載荷送到更高更遠的地方，火箭不僅需要最好的發動機，而且一枚多級火箭需要不同類型的發動機。要重起爐灶設計製造一枚新的超重型火箭本非易事，所以只能使用現成的梅林1D。從下表中可以看出，該款發動機在很多指標上其實並不盡如人意。

第三，看看所謂的民營企業。很多媒體都為一家民營企業能有此壯舉而驚嘆。但這種行為更像是美國軍民融合的產物。航天工程在各國都是舉國體制，技術外行很難理解技術的龐雜和繁冗。一家民營企業在毫無積累的情況下就能成功發射火箭，好像不太現實。所以，此次的發射應該是軍民雙方各取所需。SpaceX藉機宣傳了自己的公司，可以得到更多投資（據說獵鷹重型上天的好消息不久，特斯拉的年報就出來了，虧了不少）；NASA可以將技術向企業轉移，掙些外快同時降低自身成本。

以美國在航天領域的積澱，絕不是一個獵鷹重型可以代表的。但獵鷹重型無論從成本、回收利用還是運營模式，都是一種全新的體驗，值得學習借鑒。

俄羅斯的RD-180又雙叒叕打算賣給中國了

RD-180火箭發動機是20世紀90年代俄羅斯專門為出口美國，與洛克希德-馬丁公司在RD-170火箭發動機基礎上開發研製。惠普擁有其50%的知識產權。雖然RD-180的火箭發動機技術已有40年之久，但它仍為世界上性能最佳的發動機之一，服務記錄近乎完美。

美國多年來一直從俄羅斯採購RD-180火箭發動機裝備在阿特拉斯運載火箭上從事商業衛星，以及五角大樓的軍用衛星發射。根據美國《華爾街日報》消息，美國在2025年之前不得不繼續使用俄羅斯RD-180火箭發動機來發射本國火箭。儘管華盛頓想儘快放棄向俄購買火箭發動機，但研製和準備使用國產發動機需要的時間比預期更長。

俄羅斯也因為美國多年來不停購買這種發動機感到自豪。因為這是石油和天然氣之外，俄羅斯目前可以拿得出手，甚至能打入美國市場的為數不多的尖端高科技產品。俄羅斯並不擔心RD-180技術被美國學會，畢竟美國也有同級別的產品，只不過買俄羅斯現成的更便宜。美俄還簽署導彈及其技術控制制度協約，就像一個小圈子，沒有達到同等技術的國家無法被一視同仁。

就是這款發動機，俄羅斯已經計劃賣給中國多次了，可每次都是無疾而終。

2015年10月：俄羅斯方面宣稱：中國購RD180發動機必須接受俄方條件，別無選擇。

2016年4月，俄羅斯變卦：不向中國出口運載火箭發動機。

2016年6月：俄羅斯將售華RD180發動機，以解中國的迫切需要。

2016年8月，中國500噸級重型液氧煤油發動機首次渦輪泵測試取得圓滿成功。

2017年11月，俄羅斯準備向中國供應RD-180火箭發動機，但並未打算向中國方面轉交RD-180火箭發動機技術。

……

多年來，我國都對俄羅斯大推力RD-180火箭發動機感興趣，但俄方一直拒絕出售。直至烏克蘭危機後，俄美鬧僵，俄方才答應出售。然而在2016年4月，俄方又突然以中國不是「導彈及其技術控制制度」(MissileTechnology Control Regime-MTCR)成員國為由，宣布拒絕對我國出口RD-180火箭發動機。難道俄方到2016年才知道我國不是MTCR成員的嗎？同時，MTCR是一種控制規則，而不是共同禁止，成員方可自行審批，即「由各成員方政府自行判斷有關轉讓是否會被用於運載大規模殺傷性武器，並據此決定是否批准某一項出口」。俄羅斯如果真想出口，完全可以「自行判斷」，中國進口RD-180僅僅用於載人航天和深空探測等和平項目，而不是作為彈道導彈動力，不屬於「運載大規模殺傷性武器」。因此，這種拒售理由，完全是無稽之談。

火箭發動機是比較難做逆向工程的，除了設計層面外，其對於材料製備、精密製造、處理工藝等技術層面的要求也非常高，而這些層面也並非逆向工程可以實現迅速提升。害怕中國的「逆向工程」是其他國家不願向中國出售火箭發動機的主要原因。

而當中國重型火箭發動機研製獲得突破的時候，俄羅斯卻表示願意向中國出口RD-180發動機。每當中國的某高科技產品自主研製取得突破後，原來不願意賣給中國的就會「找上門來」表示願意出售了，原來價格恨不得高到天上的，現在也願意降價了……

「國之重器」只能靠自己！必須靠自己！

19世紀60年代，美國研製成功的F1液氧煤油發動機推力達690噸（用於迄今最大的運載火箭「土星5號」）；1988年，俄羅斯研製成功了高壓補燃液氧—煤油發動機RD170，真空推力達806噸；直到1990年，中國才從前蘇聯引進了2台RD-120高壓補燃液氧煤油發動機進行原理研究。型號發動機YF-100通過國家正式立項進入工程研製，已經是2000年的事。2015年，裝備長征六號首飛的YF-100，其海平面和真空推力差不多是RD-180的1/3。RD-180是名副其實的重型液體火箭發動機，而YF-100還不在這個級別上。

目前，中國正處於航天發射的密集階段，預計在2020年之後，中國將打造自己的空間站，以及未來的探月工程和火星探測工程等，這均需要大推力的火箭發動機。因此一款性能成熟穩定的火箭發動機對於中國運載火箭和航天發射來說至關重要。中國有意購買國外產品和技術，但國外害怕中國科技發展壯大，擔心中國的「逆向工程」能力，或明確表示對中國禁售，或支吾猶豫，多次「毀約」……中國要發展，只能靠自己，且必須靠自己！自主研發迫在眉睫！

中國航天科技集團公司一院總體部主任設計師秦旭東表示，我國重型火箭先期關鍵技術攻關、方案深化論證工作於2016年6月正式批複立項，主要的攻關內容為「一總三大」：一總即重型火箭的總體技術和方案優化；三大即10米級大直徑箭體結構的設計、製造和試驗，480噸大推力的液氧煤油發動機，220噸大推力的氫氧發動機。

目前，上述兩種大推力發動機攻關進展順利。480噸級液氧煤油發動機已經完成了首次發生器－渦輪泵聯試，試驗達到了預期目的，通過試驗驗證了發動機系統和組件方案的可行性，標誌著480噸液氧煤油發動機研製關鍵技術攻關取得突破性進展。而220噸級高性能氫氧發動機也已完成了多個組件方案詳細設計，進行了組件的研製試驗工作。

屆時，這兩款發動機將用於近地軌道運載能力超過100噸的長征九號重型運載火箭，預計2030年首飛。這才是中國真正可以和RD-180、美國F1媲美的重型液體火箭。

長征九號重型火箭推力為3000噸，近地軌道運載能力可以達到140噸，地月轉接軌道運載能力至少50噸，高於美國土星5號運載火箭運力，這樣的運載能力完全可以進行載人登月，甚至多根火箭共同發射以後，可以執行火星登陸計劃，因此長征九號將可能被用於中國的載人登月任務。