火箭单发价格达64亿美元！中国2022年发射64次，为何才能节约成本-水桥向兰网

在阅读此文前，火箭麻烦您点击一下“关注”，单发达亿既方便您进行讨论与分享，价格节约又给您带来不一样的美元参与感，感谢您的中国支持。现如今，射次火箭作为一种常见的为何发射运载工具，对于航空航天有着重要的才能成本意义。经过几十年的火箭发展，一些早就拥有火箭发射技术的单发达亿国家相关技术已经非常成熟，于是价格节约开始寻求新的突破。作为一种运载工具，美元火箭发射成本很高，中国但只能单次使用，射次能回收的为何部分极为有限，因此许多国家开始寻求新的替代品，提出了空天飞机的构想。而在这一构想的实施方面，最为瞩目的便是美国和中国。从火箭到空天飞机火箭的发展史最早可以追溯到10世纪，那个时候火箭是作为一种战争中使用的发射类武器而使用的，之后经过多次改良，威力愈加强大。直到20世纪初，才有科学家提出，似乎可以通过相同的原理制作进入太空的飞行器，之后就是不断的实验与改进的循环。二战中，德国使用的V-2液体火箭，造成了极大的破坏，这让各国纷纷开始重视起来。战争结束后，有能力的国家纷纷投入了对火箭的研究。同时，经过进一步的研究，火箭的用途也不再只局限于战争领域，而是被开拓出了大气探测和物体运载等功能。单级火箭要达到逃逸速度难度较大，所以目前的火箭一般是多级火箭，有2~4级。火箭的成本有高有低，像之前曾经在电商平台上出现过的快舟火箭，最终售价是4000万，不过这种商业火箭并不能执行太空任务。由国家组织发射的火箭成本一般在1.5亿美元左右，单发火箭最高成本甚至可以达到64亿美元。我国的火箭成本由于是批量研发，所以相对来说比较便宜，平均发射价格大约在6000万美元。虽然一个6000万美元对整个国家来说不算什么，但是要知道，我国每年可不是只发射一艘火箭。2021年我国火箭发射55次，2022年发射了64次，整体算下来是一笔非常庞大的支出。为了节省开支，许多国家也在研究火箭回收的相关技术。但是直到目前也只有美国的Space X成功进行过火箭回收。这一技术对于火箭的芯级推重比的计算要求可谓苛刻，数据失误会大幅度的降低火箭运载能力，从而导致发射失败。我国在这方面的研究虽然小有突破，但技术尚不成熟。所以，在绝大多数情况下，火箭的发射运载都是一次性的，成本太高，于是许多国家就在考虑研发一种能够重复使用的飞行器。这一想法的第一个成果就是航天飞机，将飞机通过火箭运出去，完成任务后由宇航员操控飞机折返。美国在这一领域成果斐然。不过航天飞机在投入不久之后，就暴露出了许多问题。一方面由于技术问题，航天飞机风险极大，美国所研制的5架航天飞机中，有2架在任务过程中发生爆炸，造成了14名宇航员死亡。另一方面该机型本是为了降低成本，但由于技术难度和任务难度大，零件损耗快，每执行一次任务成本大约在5亿美元，并没有达到预期效果。于是，这一项目在2010年完全终止。后来人们又研究出了一种新的发射方式，那就是空天飞机。当然直到目前为止，这些想法还仅仅停留在理论层面，尚未实现真正意义上的成功。在人们的设想中，空天飞机可以以水平方式起降，同时会利用大气中的氧气作为助燃剂，携带的燃料也更少，任务完成后还能实现完全的回收，极大降低了发射成本。相对的，空天飞机的设计要求也非常严格。首先，飞机从地面起飞，所以机身系统要适应低空飞行的节奏；之后，飞机要继续向上，脱离地球，中间也有很长一段距离，所以其动力系统也要适应高空飞行；最后，空天飞机可能需要在太空完成工作任务，所以也要考虑对太空环境的适应性。这就要求飞机发动机能够适应在不同环境不同压力下的工作需求。但目前市面上所有的发动机都无法达到这一要求。科学家们提出的设想是超燃冲压发动机，将多种发动机组合应对不同的需求。但这一构想的实现，无论是在技术层面还是安全层面都还需要再进行实验调整。另外一个重要的问题是，如此长时间的航行，根据能量守恒的原理，燃烧燃料以及产生的动能会转化成热量，这就意味着空天飞机的材料必须具有极好的耐热性。目前，航空中所用的隔热瓦温度极限一般在2000度左右。但是空天飞机的速度要达到20~30马赫，也就是其每小时的速度要达到24000~36000千米。在这个速度下，飞机所需的隔热材料至少要能够抵抗3000℃以上的高温。目前有报道透露出我国似乎已经研究出了完全符合要求的材料，正在实验应用阶段。为了模拟太空环境，我们甚至花费搭架前专门搞了一个场所模拟热环境。通过风动实验，人工控制气流速度，飞机在风洞中模拟飞行，检测飞机各部件的性能。由我国所建立的热环境模拟是目前最接近太空真实情况的实验项目，我国飞行器的防热考核试验技术在世界也是名列前茅。总的来说，各个国家虽然在空天飞机的研究方面都有不同程度的成就，但是基于该项目的重要性，大家都不会把这些技术拿出来分享。而空天飞机最为核心的发射问题，目前的普遍设想是利用电磁推射，但该技术的真正落地实现却并不容易。电磁推射技术往常为火箭动力系统供能的大多是化学燃料，污染重，成本高，能量转换效率低。为了实现低成本、高效率的航天发射，人们开始尝试对电磁发射技术进行改造。电磁发射在其他领域早有应用，比如航空母舰上对舰载机的电磁弹射技术。电磁发射实际上就是闭合的电路形成磁场，电流短时间内增大，产生了巨大的推力。这一技术在发射一些质量较小的航天器时可以单独使用，但对于大质量的航天器就要配合其他动力系统一起使用。电磁推射系统实际上就是承担了第一推力的作用，可以看作是火箭分离下来的第1级推力系统。相对于普通的火箭发射系统，电磁推射可以反复使用，而作为一级固定在地面的推力系统，它又减少了飞行器的重量和燃料，能降低20%的燃料成本。而这一技术为目前研究面临着许多问题，首先是速度极限于人类承载极限的问题。电磁推射速度最快能达到每秒钟8000米，相当于23倍多的音速了。但是如果达到这样的加速度，人体所需要承受的重力是3200G。宇航员飞往太空所承受的压力极限是8~9G这个，这差不多就是人体的极限了。如果以人体极限倒推回去，那么电磁推射的极限速度应该是每秒420米左右。再加上空天飞机的重量，空重在60~80吨，起飞重量在100吨以上。而为了尽可能的减小阻力，发射地点一般会选在低纬度、高海拔的地区。低纬度受地球自转影响较小，海拔高气压较小，这样的选址可以最大限度利用自然条件。为了实现平稳起飞，铺设的飞机跑道至少要几千米。而因为巨大的加速度一点误差都会产生难以估量的影响，所以路面必须尽可能平整。也就是说，要在高原山地地区铺设一条完全平坦的几千米的跑道，这样的工程即便是“基建狂魔”也需要花费很大的精力。同时这一系统建成后为可能产生许多问题。空天飞机的推射是一个逐渐加速的过程，在速度达到0.9马赫的时候，飞机局部受到的空气阻碍会大幅度增加，导致飞机附近气流紊乱，有坠毁风险。而超音速的飞行也会使飞机表面温度急剧上升，对材料的耐热性也是极大的考验。对于空天飞机来说，表层材料耐热至少要达到1440度以上。目前这方面的技术美国还是比较领先的，比如空天飞机X37B ，航空母舰上的电磁弹射器，以及正在实验中的电磁推射器。不过中国也有自己的研究成果，比如神龙空天飞机，而我们的福建号航母也用上了电磁弹射器，另外我国在超燃冲压发动机方面也有所突破。依照目前成果来看，两者之间很难论一个高下。随着科技的发展，人们的眼光早就转向了太空。美国作为科技强国，在航空领域的发展可谓是一骑绝尘，紧随其后的是西方各发达国家。不过，近些年来随着中国在科技方面的大量投入以及科教兴国的国策指引，中国在航空航天方面也取得了不凡的成就。于是，人们常常将“老牌强国”美国与“后起之秀”中国放在一起对比。无论这样的对比是出于什么目的，我们唯一要做的就是专注自身的发展。我们一起努力要实现的目标，不是超越，而是探索。好了，本期内容到这里就结束了，看完这期别忘了给我们点赞，关注和转发。谢谢您的支持，下期更精彩！

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