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王孟源:波音本末倒置 中国载人登月却大有可为
送交者:  2019年08月06日06:15:11 于 [世界游戏论坛] 发送悄悄话


2019-08-06 07:44:49 字号:A-           A               A+ 来源:观察者网

关键字: 波音丑闻洛克希德马丁公司航天中国载人登月

               

【文/观察者网专栏作者 王孟源】

我在今年四月初的《737Max必须重新认证》一文中,详细介绍了737Max问题的来龙去脉。最近有消息传出,南方航空也在四月就决定要取消所有后续的737Max订单,但是客机行业的惯例是不能退订金的。当然南方航空可以要求中国民航局或法院强制认定波音负担100%的责任,不过更大的可能是要把订单转为787。

这里的问题在于波音的漏子已经大到连美国联邦航空管理局(FAA)都不敢再帮忙遮掩的地步,结果是美国媒体(尤其是《纽约时报》)又得到了一连串的爆料。其中有关737Max的,仍然集中在MCAS那套飞控软件的诸般细节上,所以表面上虽然难堪,实际上却帮助波音遮掩了气动设计的真正问题。但是后来连生产787的南卡罗莱纳州(South Carolina)工厂也闹出一大堆丑闻;其本质是波音在过去十几年,为了降低成本、提升利润,在人事和管理上乱抄捷径,已经是整个公司每个部门都腐烂到底。这一方面证实了我在《737Max必须重新认证》一文中的逻辑推论,另一方面却暗示了787很可能也带着一身的病。波音占有全世界民航客机市场的一半,未来各国的航空公司和乘客如何自求多福,实在是个大大的难题。

在军用市场方面,美国国防部代理部长帕特里克·沙纳汉(Patrick Shanahan)在六月23日因家庭丑闻而辞职,美国总统特朗普最后决定让马克·埃斯珀(Mark Esper)接手国防部。沙纳汉是波音高管出身,埃斯珀却是雷神公司(Raytheon)的人。沙纳汉在国防部当主管虽然不久,但是积极主动地做出了许多重大的采购决定:不但无视KC-46加油机的一大串毛病,径行增发奖金;空军的新教练机和海军的舰载无人加油机,亦即军方过去几年最大的两笔新航空订单也都很巧合地给了波音;连正在准备退役的F-15都重新画上口红、粉墨登场,要抢洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin Space Systems Company) F-35的生意。

当然人去政息,到了7月23日,波音反过来宣布要提前退出价值850亿美元的GBSD(Ground Based Strategic Deterrent,陆基战略威慑,其实就是美国新一代的陆基核弹道导弹)竞标;这个肥得流油的项目(金额和大对撞机的实际价格相当),现在基本已经落入诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)的口袋里。好玩的是,在2017年的上一轮竞争中,沙纳汉作为刚上任的副国防部长,主持了将洛克希德·马丁公司淘汰出局的决定。

回顾了民用航空、军用航空和军用航天,我们终于可以言归正传,来谈本文的真正主题,也就是波音的民用航天生意。

美国的民用航天由NASA(国家航空航天局)主管。在Space Shuttle(太空梭,或航天飞机)计划严重超支并且连续出事之后,只能回归旧式的大火箭。

在2004年,小布什如同今日的特朗普一样,也突发奇想,要重新载人登月。于是NASA启动了长达30年、总额2300亿美元的Constellation(星座)计划,开始设计Ares I和Ares V两型火箭,低轨道(LEO,Low Earth Orbit)最大载重能力将达到188公吨。不过奥巴马上台之后,发现NASA执行效率极低,五年多下来什么正事都没干,基本上纯粹是对承包商的利益输送,于是在2010年初取消了整个计划。

但是NASA那么大的官僚体系,再加上政治能量极大的承包商,数以万计的工作岗位都要继续吃饭,没有个名目也不行,于是把计划和火箭都换了同一个名字,成为Space Launch System(SLS,空间发射系统)。借着回收使用航天飞机(Shuttle)的各种既有子系统(包括火箭引擎、燃料箱和助推器,猎户座载人舱则是太阳神的放大版,所以真正换了的就只有火箭壳子和电子系统),低轨道最大载重能力降到70公吨(然后将增加到130公吨),每年的预算则勉强压低到20亿美元左右。就这样因陋就简的设计,九年下来同样也是一再拖延,例如原本(2013年时)预期在2017年首飞,结果每年延后半年,现在的计划是明年六月;但是如同英文里常说的: Don’t hold your breath。

那么这个十几年来拿了钱不干事的承包商是谁呢?是一小一大两个:负责Orion载人舱的是洛克希德,占了绝大份额的SLS火箭主体则由波音包办。

引发我写这篇文章的,是以下这个有关波音SLS火箭生意的最新爆料:https://arstechnica.com/science/2019/08/rocket-scientist-says-that-boeing-squelched-work-on-propellant-depots/;它的消息来源则是George Sowers(美国科罗拉多矿业学院空间资源教授)。

2009年时,Sowers教授还在ULA(United Launch Alliance,联合发射联盟,这是波音和洛克希德·马丁公司在2006年合资成立的新公司,负责统合两者以往卖给NASA的老产品,以期消弭竞争,维持较高的利润率)任职,做一个研发计划主管。他的构想是直接利用既有的20+吨级载重火箭(即Atlas V和Delta IV,都是ULA的产品;前者来自洛克希德·马丁公司,后者原属波音)推送Centaur(半人马,也归ULA管,来自洛克希德·马丁公司;这是目前还在飞的美国航天器中的老爷爷,1962年首飞,比阿波罗计划的前身双子座还要早)上面级,把燃料(在阿波罗计划里,占总载重的70%)、登月飞行器和宇航员分几次送上近地轨道,组合之后再飞往月球。

这个主意(叫做Distributed Launch)在60多年前太空时代刚开始,就已经被仔细考虑过了。后来Apollo还是采用一次性发射的设计,除了当时不差钱的时代背景之外,最主要的考虑,在于60年代的技术,无法把低温液体燃料(Cryogenic Fuel,包括液氧和液氢,后者尤其是个大问题)在轨道上保存,只能在发射前直接加注入火箭。

Sowers教授注意到燃料冷藏技术已经今非昔比,而100+吨级和20+吨级载重火箭的价差却比50年前高出许多,于是登月的最优解也就颠倒过来,而且差别极大,可以节省十倍以上的费用;这主要(次要的因素是发射燃料和补给,可以用风险高但是便宜的火箭)是因为他的ACES/Depot(Advanced Cryogenic Evolved Stage/Depot,先进低温演进火箭级和储藏仓;参见https://www.ulalaunch.com/docs/default-source/exploration/evolving-to-a-depot-based-space-transportation-architecture.pdf)不需要花几百亿、甚至上千亿美元去开发新一代的100+吨级重载火箭(Heavy Lift Rocket),例如SLS。

ACES/Depot的上面级总成,由Centaur搭载一个附有遮阳罩的低温燃料箱;只需要Atlas V-400这个基本型火箭就能发射进入轨道

做为ULA的大股东,波音自然不会容许一个一年1亿美元(而且还要和洛克希德·马丁公司平分)的生意,取代一年至少20亿美元的SLS。于是先在2011年下令不准对外提起ACES计划和“Depot”这个字眼,随后Sowers教授和ULA的CEO(Michael Gass)也先后离职。Sowers尤其怀恨,但是人在航天工业,怎么能得罪波音呢?一直到最近几个月,波音真正成为过街老鼠,他才敢对媒体谈起这件往事。

特朗普上任不久,就要求NASA在2028年之前完成载人登月;上个月副总统彭斯又宣布时限提前到2024年,NASA的执行计划也随之不断修改。然而不论预算如何大幅增加,技术核心仍然是SLS。我们可以总结上文,得到两个很强的逻辑结论:1)波音在八年前扼杀ACES/Depot,是绝佳的商业决定;2)既然SLS是由波音负责,别说2024年,就是2028年,NASA的载人登月也绝无成功的可能。

相对的,中国的载人登月计划还没有正式启动;目前先期上马的一些准备项目,例如100+吨级的长征九号火箭,仍然依循阿波罗和SLS的一次性发射思维路线,所以在资金和时间上的投入都非常大,风险也很高,随之使得载人登月不可能在2035年之前完成。尤其中国在氢氧火箭引擎技术上,特别落后,不但不如美国,连日本都比不上。2016年才有20+吨级的长征五号火箭完成首飞,随即2017年的第二次发射失败了,问题就出在第二级的YF-77氢氧火箭引擎上。

如果中方仔细研究一下(真是相当简单的)ACES/Depot设计,就能扬长避短,绕过开发100+吨级火箭这个大难关,在长征五号稍微成熟稳定之后,马上可以开始载人登月计划(因为长征五号只须要送燃料,有些风险也可以承受)。如此一来,不但节省十倍左右的经费,而且在2030年之前就能成功。中国有那么多航天人才,相信也一定有人注意到了类似的方案。

20+吨级的火箭,除了载人航天之外,还有许许多多的实际应用;100+吨级的火箭,却只有一次性发射载人登月这个唯一的用处。一旦有了换为前者来完成同样任务的选项,而且还多快好省,那么纯粹为了发展100+吨级火箭技术而硬要去发展,就不只是极大的浪费,而且是本末倒置。我相信中国的航天从业人员,会做出正确的技术路线选择。


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