葛明龙：可重复使用的载人航天运载器

民航客机有两大优点：一是载人飞行重复使用次数很多，数以千计；二是飞机及其发动机的检修复用较方便、时间短、费用低和很可靠。正因为如此，飞机的使用成本较低，票价能为民众接受。

与飞机及其发动机不同，载人航天运载器及其发动机有两大难点：一是以每秒钟7.9公里的初始高速度再入大气层，摩擦产生的高温严重烧蚀壳体材料；二是以液氧为氧化剂和液氢、甲烷、煤油等为燃料的火箭发动机，燃烧温度高达3300至3500摄氏度，比航空发动机的空气/煤油燃烧最高温度2060摄氏度高出很多。

以运载火箭和载人飞船为代表的传统载人航天运载器有两大缺点：一是一次性使用，浪费显而易见；二是一级火箭在大气层飞行不利用空气燃烧，需装载大量的氧化剂，使得火箭庞大而大大增加研制和使用费用。后一种浪费更大，但往往被认为是航天的必然性，从而被忽略。

随着航天事业的不断发展，尤其是太空旅游的兴起对经济性要求更高，各种可重复使用的载人航天运载器陆续问世。本文对此进行典型汇集和评论，并提出关于载人航天运载器多样化发展的意见。

1.已经得到应用的三种载人航天运载器

1.1美国航天飞机

美国航天飞机是世界上第一种往返于地面和宇宙空间的可重复使用的载人航天运载器。设计独特，由轨道飞行器、外贮箱和固体助推器组成。航天飞机全长56.14米，高23.34米。每次发射可将29.5吨有效载荷送入185至1110公里近地轨道，将14.5吨有效载荷带回地面。自重68吨的轨道飞行器是垂直发射和水平降落的火箭飞机，可载7人在近地轨道飞行7至30天，乘员舱的空间有65.8立方米之大。

航天飞机非常先进，每架轨道飞行器按设计可重复使用100次，发动机重复使用55次。轨道飞行器尾部有三台SSME分级燃烧(高压补燃)氢氧发动机，单机额定真空推力213吨，推力可在65%至109%的范围内调节。两个固体助推器的总推力为2400吨。航天飞机项目耗资超过了2000亿美元，是阿波罗载人登月项目总投资的数倍。运营费用按预估是6千万美元，结果每次发射价格最多能翻十倍达6亿美元，使其失去实用价值。美国国家航空航天局NASA痛下决心，于2011年2月正式决定将日渐老化的航天飞机全部退役。

从1981年4月12日首架哥伦比亚号第一次升空，到2011年7月21日第五架亚特兰蒂斯号最后一次着陆，三十年间航天飞机共飞行135次。其中发现者号飞行次数最多，达39次。航天飞机发生了两次机毁共14人亡的重大事故：1986年1月28日挑战者号第10次飞行，起飞后72秒发生爆炸，故障原因是固体助推器的接头密封圈因低温变脆而破损；2003年2月1日哥伦比亚号第28次飞行，在返回地球时失事，故障原因是覆盖在机身上的部分隔热瓦脱落。

航天飞机在不同部位使用了八种不同的隔热瓦，生产和粘贴很麻烦。每次飞行后对隔热瓦的检修和更换更麻烦。SSME发动机的检修复用也很麻烦。这是造成航天飞机检修复用不方便、时间长、费用高和可靠性欠佳的原因。

补充说明，前苏联研制的暴风雪号航天飞机与美国航天飞机类似，起飞质量105吨，最多可载10人。因用能源号运载火箭发射入轨，该航天飞机只配备推力较小的轨控发动机。该飞机是釆用空心砖防热瓦，能有效再入大气层并自动着陆。该航天飞机试飞成功，但因前苏联解体而下马。

笔者认为，美国航天飞机的确很先进，但高难技术太多使得研制和使用费用大増。虽然用体积较小的固体助推器成本有所降低，但不利用大气中氧气燃烧的浪费是客观存在。实际结果表明，航天飞机可重复使用不但不比火箭和飞船的一次性使用省钱，反而更费钱。这是完全出乎预料的，也是造成项目中途下马的根本原因。发生两次机毁人亡的重大事故，五架航天飞机失去两架，影响也坏。虽然产生故障有意外因素，事故后釆取了必要措施，但还是给人们留下难以抹掉的印象。

美国航天飞机运往发射台

1.2SpaceX的猎鹰9号火箭和载人龙飞船

美国的世界首富埃隆.马斯克(ElonMusk)院士旗下空间探索技术公司SpaceX的猎鹰9号火箭，是使用液氧煤油推进剂的两级火箭，近地轨道运载能力22.8吨。发射报价6200万美元，比航天飞机的发射价格低得多。一级火箭并联9台燃气发生器循环的梅林1D发动机，单机最大推力只有86吨，地面比冲为282s比过去F-1发动机的264s高不少。釆用针栓式喷注器，可40%至100%节流变推力。一级火箭首创可垂直降落回收，2015年12月22日首次实现陆地回收，2016年4月9日首次实现海上回收，2021年12月21曰完成第100次回收。到目前为止已有4枚火箭实现第10次回收，1枚火箭近日进行了第12次发射。不回收的二级火箭使用1台真空版梅林1C发动机，喷管面积比117，真空比冲可达336s。

TrueBridge拟为新推出的区块链基金募资1.25亿美元:金色财经报道，根据美国证券交易委员会流出文件显示，由资深投资者Mel Williams和Edwin Poston领投的投资公司TrueBridge Capital已推出了一个新区块链基金“TrueBridge Blockchain I”，目前正在为该基金寻求总计1.25亿美元的资金，截止目前已有39个投资者签署了投资承诺并将投资5530万美元。[2023/3/7 12:47:52]

猎鹰9号火箭的发射已经超过一百次，其中在2021年就发射32次。一次发射最多能将60颗卫星送入不同的运行轨道，总共将发射42000颗卫星组成SpaceX的星链。截止2021年12月21日，已24次发射货运龙飞船，向国际空间站运送补给。2020年5月30日，猎鹰9号火箭和载人龙飞船首次送2名宇航员升空，在国际空间站停留64天。2020年11月15日和2021年4月23日，两次发射各4名宇航员升空，在国际空间站都停留6个月。2021年9月16日，4名平民乘坐载人龙飞船升空，在近地轨道飞行3天。有人出钱让这四人进行半年培训和升空观赏太空景色，这是进行商业太空旅游的尝试。2021年11月10日，又有4名宇航员乘龙飞船进驻国际空间站至今。

猎鹰9号火箭的研制并不一帆风顺，除创业之初的三次发射失败外，在2015年6月28日升空2分半钟时突然爆炸解体，2016年9月1日在发射台爆炸。2019年4月20日载人龙飞船的发动机静态点火时，产生故障并发生爆炸，推迟了首次载人升空的时间。猎鹰9号火箭垂直降落回收的早期试验失败很多次。在2020年和2021年共58次发射和回收，回收失败4次。第100次回收时，着陆腿和多个发动机的喷管严重损坏。猎鹰9号火箭发射和回收的可靠性一直在不断努力提高中。值得注意的是用二手猎鹰9号火箭发射二手载人龙飞船已经成功。

笔者认为，SpaceX的猎鹰9号火箭是使用常规较小推力批量生产发动机的低价火箭。首创一级火箭垂直降落回收，能进一步降低发射成本。因而得到广泛应用并在资本市场取得很大成功。完全称得上是航天科技创新和民营航天企业发展的典范。SpaceX在追求把猎鹰9号火箭和载人龙飞船发展为可重复使用的载人航天运载器。在我看来，用猎鹰9号新火箭执行载人航天任务，回收复用的一级火箭及其发动机执行其它不载人任务，二级火箭和龙飞船均一次性使用，这样安排也许更可靠和合理。

马斯克和猎鹰9号火箭

1.3用大型双机身飞机发射太空船

100公里高度是太空的最低高度，空气密度只有海平面的千万分之四。200公里高度是地球近地轨道的下限区域高度，空气密度只有海平面的五亿分之一。80至120公里高度属于跨太空区域。80至40公里高度属于亚太空区域。40公里高度空气密度为海平面的1.8%，30公里高度空气密度为海平面的3.4%，航空的现有飞机都飞不到这两个高度。有加力燃烧室的军用飞机能以2马赫飞到20公里高度，此处的空气密度为海平面的7.4%。民航客机以近1马赫在10公里高度巡航，此处的空气密度为海平面的三分之一。

2021年7月11日，英国71岁的维珍银河创始人理查德.布兰森(RichardBranson)成为真正意义的世界太空旅游第一人。他搭乘旅游专用的"太空船二号"由大型双机身飞机"白骑士二号"携带到15.24公里高度，释放点火后用火箭发动机推进直线爬升。几分钟后，飞行员关闭发动机，"太空船二号"惯性爬升到最高点89公里。布兰森与旅伴解开安全带，体验4分钟失重状态，并透过十多扇橢圆形舷窗欣赏太空景色。

"白骑士二号"和"太空船二号"是航空航天相结合，经济性很好。尤其是"太空船二号"的飞行高度和速度都较小，不需要粘贴隔热瓦，制造容易和使用方便，重复使用次数比航天飞机多得多。这就使得这种跨太空旅游的票价大幅度降低到20万至25万美元。布兰森的表率作用，加深了各国对这种太空旅游安全性和经济性的认可，预定座位者络绎不绝。票价一度涨到45万美元。预计2023年的每年飞行270个航班，每班至少5名乘客。

加拿大宣布就“加密货币、稳定币和CBDC”展开磋商:金色财经报道，加拿大联邦政府在周四发布的财政预算更新中宣布将就“加密货币、稳定币和央行数字货币（CBDC）”展开商讨。

由加拿大副总理发布的秋季经济声明是政府未来几个月的财政路线图，在税收、经济恢复以及预算的规定中，有一个关于“货币数字化”的部分，其中强调了加密货币和数字资产及其在全球范围内的使用。

该文件称，加密货币正在“改变加拿大和其他地方的金融体系”，并补充说加拿大的金融监管框架必须“跟上步伐”。[2022/11/4 12:15:40]

大型双机身飞机白骑士二号携带太空船二号在飞行

笔者于2021年9月22日在搜狐发表"太空旅游的兴起和航空航天结合一体"的文章，充分肯定布兰森的"白骑士二号"和"太空船二号"，称其利用空气参加燃烧代表了航天技术新的发展方向。美中不足的是乘客人数一般只有5人，且难以提升飞行高度和速度。

2.开始试飞的两种载人航天运载器

2.1用巨型双机身飞机发射火箭或太空船

美国的前微软联合创始人保罗.艾伦(PaulAllen)于2011年提出用巨型双机身飞机发射火箭或太空船。他推动斯特拉托发射系统公司积极研制这种世界最大翼展飞机和最大复合材料飞机。该飞机有翼展117米的大机翼，机身长度超过一百米，重量达225吨。使用6个波音747级别的涡扇发动机，设置28个轮子和12个独立油箱。

在保罗.艾伦于2018年10月病逝后不久，巨型双机身飞机已经于2019年4月14日成功地进行了第一次试飞。飞行高度达到5200米，速度达304公里/小时。在飞行两个半小时后，飞机安全返回试飞基地。

巨型双机身飞机可在机翼中间下面悬挂250吨质量火箭，运到空中9公里多高度分离发射，将6.1吨有效载荷送往180至200公里高度轨道。还可悬挂"太空船一号"载客进行跨太空旅游。

发射火箭或太空船一号用的巨型双机身飞机

笔者认为，巨型双机身飞机已经大到极限，造价很高，使用不便，至今只进行了一次飞行试验，迟迟未等来后续飞行试验和发射火箭或太空船一号。然而，用这种亚音速飞机发射火箭只能把6.1吨的有效载荷送往近地轨道，远远满足不了航天发展的需要。解决这个问题需要从发动机和飞机两方面着手。

2.2中国腾云空天飞机

2021年11月25日，在湖北武汉召开的第7届商业航天高峰论坛上，证实中国腾云空天飞机已成功进行飞行验证。从地面起飞之后，途经南极围绕地球运行一圈，最后再度返回基地。计划在2025年进行首次飞行试验。

中国腾云空天飞机是用运载飞机背着飞行和释放发射的。运载飞机配备喷气发动机和冲压发动机。运载飞机水平起飞时，先启动喷气发动机，接着启动冲压发动机，先后以亚燃冲压模式和超燃冲压模式飞行。当达到30公里高度和6至7马赫时，运载飞机释放空天飞机。空天飞机用火箭发动机继续加速和攀升，进行环球飞行。

笔者认为，中国腾云工程的运载飞机创造飞行速度和高度的世界纪录，利用空气燃烧很充分。但是，这种高动压飞行器的飞行阻力大，要实现多次重复使用还要做很多工作。衷心祝愿中国腾云工程按计划于2030年完成，能早日用于太空旅游。还应尽早进行大型化的安排，以提高近地轨道运载能力，为航天发展发挥更大作用。

中国腾云空天飞机从运载飞机释放后的飞行演示图

3.即将试飞和正在研制的两种载人航天运载器

3.1马斯克的星舰

马斯克的星舰是在猎鹰9号火箭成功研制的基础上，将单台发动机推力由86吨提高到230吨，由常规发动机改为先进的高压补燃发动机，燃料由航天煤油改为再生冷却性能更好和利于更多次重复使用的甲烷，一级火箭由9台发动机并联改为环状排列的29台发动机并联，二级火箭和载人飞船合并为必须成功降落回收的星舰。马斯克的星舰将应用于载人登火星、载人登月并返回、地球快速运输人和货物等任务。第一次整体飞行试验时间未定，马斯克就已经开始招揽环月球和登月球旅游的生意。据报道，日本富豪前泽友作将乘坐星舰进行首次环月球轨道的旅游，费用可观。在此之前的2001至2009年，有多国的七位富豪搭乘俄罗斯的联盟号飞船，进入近地轨道或国际空间站当太空遊客，每人花费2000万至3500万美元。

福布斯：美国SEC已收到超过1.1万封支持灰度现货BTC ETF的信函:10月18日消息，美国证券交易委员会（SEC）已收到超过11,000封支持灰度将旗下比特币信托基金GBTC转换成比特币现货ETF的信函，其中包括Coinbase、Susquehanna和Silvergate 等公司，以及区块链协会和数字资产市场协会等组织团体。

SEC的意见反馈收集截至时间为当地时间本周二（10月18日），上周灰度披露已经向法院提交开庭的诉讼文件，福布斯透露，如果灰度在上诉阶段败诉，他们可能会继续寻求向美国最高法院上诉。[2022/10/18 17:29:56]

马斯克星舰的超重型火箭底部的发动机排列

马斯克的星舰主要是为实现殖民火星的梦想而设计和正在研制中，是准备大批量生产1000发的。近地轨道运载能力在150吨以上。由超重型火箭和星舰组成，都垂直降落回收多次重复使用。设计重复使用100次，发动机重复使用不少于10次。是用推力230吨的猛禽Raptor高压补燃液氧甲烷发动机，20%至100%节流变推力。2022年3月15日与星舰S20进行第三次组装的超重型火箭B4，是按中心1台、内圈8台和外圈20台进行29台发动机并联刚看到一条关于星舰的消息，需在3.1节第二段的29台发动机并联。BN4和SN20已于3月25日拆下，将换上试飞的BN7和SN4。星舰的体积825立方米，大于空客380客机，地球运输可载客80至200人。目前的星舰动力系统方案是y用中间3台短喷管海平面发动机和外围3台大喷管真空发动机。

星舰底部的发动机排列

星舰是釆用便宜的耐热不锈钢作为基体材料。在所有外表面贴敷TPS瓷砖(隔热瓦)，用特种粘合剂和机械安装(卡扣)方式进行固定。由于不锈钢和瓷砖的线膨胀系数差别大，要确保再入大气层时不会因为温度的剧烈变化而损坏，这是很不容易做到的一件事。另外，瓷砖的粘贴工艺难和施工操作不便。这些都加大了对这种设计方案实施和可靠检修复用的挑战。

星舰鼻锥部分的隔热瓷砖粘贴

笔者认为，马斯克的星舰是比美国航天飞机更大的可重复使用的载人航天运载器。垂直降落回收的超重型火箭和星舰是全回收，超过了航天飞机的主要部分回收。但是，庞大的超重型火箭发射和回收成功不容易。大于空客380客机的星舰的回收更缺乏基础和不符合先小后大的科研程序。人们对此存在可行性和可靠性的疑问是很自然的。我们将对超重型火箭和星舰的整体飞行试验拭目以待，当愿成功。

3.2航空航天一体化的高超音速太空飞机

英国正与澳大利亚合作研发高超音速太空飞机，可使飞机从静止状态达到5倍音速以上。这种航空航天一体化飞机可有动力飞行到80公里高度，然后依靠惯性飞过100公里高度，进行快速旅行和跨太空旅游。这种飞机预计2030年实现试飞。

高超音速太空飞机设计外形图

该飞机是使用一种航空航天一体化的SABRE合成涡喷火箭发动机。0至26公里高度用液氢对空气进行深冷提高密度后，以高的压力把深冷空气输入燃烧室与氢进行燃烧。当飞到26公里高度时进行切换，把液氧输入同一燃烧室与氢进行燃烧，即26至80公里高度是用氢氧火箭发动机推进。SABRE发动机是全新型发动机，很先进但技术难度非常大，已经研制了三十多年，有望近些年由英国ReactionEngines公司研发成功。国内也有单位在研制。

百度马杰：元宇宙到达发展起点还需要5年:金色财经报道，近日，百度副总裁马杰在接受专访时表示，现在的元宇宙还没有到发展的起点。从技术发展的角度看，再过5年，元宇宙才是发展起点。技术限制是影响用户对元宇宙产品观感的重要原因。希壤接受批评的同时，也要尽快走过技术鸿沟。元宇宙跟现实世界一定是紧密相连的，二者相伴相生，互相结合，线上线下密切联动。（澎湃新闻）[2022/9/5 13:08:24]

SABRE合成涡喷火箭发动机简图

笔者认为，通过一架载人多的高超音速太空飞机代替载人少的"白骑士二号"和"太空船二号"这两架飞机，且把利用空气燃烧的工作高度由15.24公里提升到26公里，如果不完全计入SABRE发动机的昂贵研制成本，这种跨太空旅游的票价有望再降低些。

要实现近地轨道的太空游，也需要从发动机和飞机两方面下功夫。

4.载人航天运载器的多样化发展

4.1一次性运载火箭和载人飞船

传统的运载火箭和载人飞船是一次性的载人航天运载器，具有结构较简单、技术难度较小、研制较快、投资较少、可靠性高等优点。从世界上第一个宇航员尤.阿.加加林(YuriAlekseyevichGagarin)上天，到美国阿尔忒弥斯载人登月计划的SLSBlock2重型运载火箭和猎户座号多用途载人飞船，大量使用的是一次性载人航天运载器。2022年3月18日运往发射台的首发SLSBlock2火箭，充分继承了美国航天飞机发射、土星5号重型运载火箭等传统。可以预料在今后相当长的时间内，一次性载人航天运载器仍不失继续有好的使用价值。尤其是二、三级火箭和载人飞船的一次性使用时间将会更长。

SLSBlock2重型运载火箭运往发射台

中国的921载人登月火箭保留了长征五号火箭的5米箭体直径和主要的YF-100、YF-75D等发动机。近地轨道运载能力70吨，奔月轨道运载能力25吨。起飞质量2211吨，起飞推力2680吨，高度约100米。一次性的921火箭分两次发射，先后将月球着陆器(登月舱)和载人飞船送入环月轨道，然后进行对接。研制921火箭较省钱和可靠，在2030年左右就能实现载人登月，这是走捷径的好办法。

921载人登月火箭布置图

近地轨道载人飞行、空间站人员往返、载人登月、载人登火星等任务，都面临着返程高速度再入大气层的难点。目前的一次性载人飞船技术最成熟、很可靠和落点准。中国新一代载人飞船是面向中国空间站运营及未来载人探月需求。服务舱和返回舱的总长度8.8米，发射质量21.6吨。比现在服役的神舟载人飞船大多了，可乘坐6至7名航天员，活动空间13立方米。舱内设施更齐全、更先进和更适用。新一代载人飞船试验船于2020年5月5日用长征五号B火箭首次发射，完成预定的一系列工作，三天后返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，试验取得圆满成功。

中国新一代载人飞船试验船

4.2可重复使用的运载火箭和载人飞船

由于一级火箭有直径大的箭体结构和贮箱，发动机的数量多和推力大，回收的价值大。一级火箭飞行高度、距离和速度都小，实现回收相对容易。SpaceX的猎鹰9号一级火箭是垂直降落回收。俄罗斯的安加拉火箭一子级公共芯级助推器，则是把可折叠翼板展开像飞机一样在机场水平着陆回收。

安加拉火箭一子级公共芯级助推器

长征八号是中国新一代中型中低轨道两级液体捆绑式运载火箭，已经成功飞行两次。长征八号后续研制将采用可回收式的设计。据网络平台的文章介绍，可能是把一子级连同两个助推器一起垂直降落回收。笔者认为，这种自主创新的回收方式难度大，很有可能会经历从失败到成功、回收成功率由低到高的过程。科学试验允许失败，这种失败的后果不严重，无非是经济效益少些，大不了算作以往的一次性使用。

NFT项目Doodles社交媒体账号整个8月未有任何更新:金色财经报道，据社交媒体数据显示，NFT 项目Doodles 账号已有超过一个月时间未有任何更新内容，最后一条转发发生在 2022 年 7 月 29 日，目前尚不清楚 Doodles 帐户由于什么原因停更。不过，尽管 Doodles Twitter 过去一个月内没有内容发布，但在 8 月 11 日回复了一位社区用户的推文，内容仅有两个表情符号：一个红气球和一个牛仔。根据最新 NFT 数据显示，Doodles 交易总额超过 5.02 亿美元，市值约为 2.5785 亿美元，当前地板价为 7.64 ETH，24 小时跌幅 2.43%。[2022/9/2 13:03:14]

另据报道，我国还提出用网收方式来增加火箭垂直降落回收成功率和减少落地冲击力。

长征八号运载火箭

应当看到，不管是SSME发动机，还是梅林1D发动机，美国对发动机回收后的检修复用过程并不透明。有没有更换发动机和换掉几台发动机也不知道。发动机的实际使用次数究竟是多少仍不清楚。参考猛禽发动机重复使用不少于10次，笔者分析梅林1D发动机重复使用应不少于5次。SSME发动机重复使用应不少于20次，目标是设计的55次。要做到像飞机发动机那样不换或很少换新品，是很不容易的，差距很大。

由于二、三级火箭的回收价值不大和回收难度大，可以不回收但加以利用。2022年3月17日，我国发射的长征四号丙火箭搭载了末子级验证系统。通过给末子级加能源、通信和控制模块，使其变成一个卫星平台。二级火箭如要回收需充分论证，并可研究更合适的回收方式。笔者建议可考虑充满氢气等的飞艇回收方式。

载人飞船是从近地轨道无翼返回用降落伞垂直降落地面，这种回收重复使用的难度也很大，外壳材料需解决一次性烧蚀材料的除旧换新或改为耐热基体材料加贴隔热瓦或防热瓦。回收方式也可不用降落伞，全靠推力增大的反推发动机垂直降落地面。必须深入论证和有大的技术突破。

4.3助推火箭和航天飞机

美国航天飞机虽然下马了，但毕竟技术先进和飞行了135次，仍有继续研究和发展的价值。助推器可以改为可回收的。这种从近地轨道有翼返回水平降落地面的回收方式，也为其它太空飞机、太空船、空天飞机等采用，机体和机翼的隔热瓦或防热瓦设计、工艺、检修、可靠性等都需要继续研究和改进，争取有较大突破。发动机应增加寿命和工作次数，减少检修复用的难度和代价，并有合适的可靠性评估方法。

航天飞机是芯一级单级入轨的航天运载器，自重68吨比近地轨道有效载荷29.5吨大一倍多。如把航天飞机改作二级的太空飞机等，自重和尺寸可以缩小，而近地轨道有效载荷只增不减。

要研制出真正有实用价值的航天飞机或太空飞机等，适当缩小与民航客机优势的差距，还需要做大量研究工作。飞机连同发动机都要达到重复使用100至200次或更多，检修复用要相对简单和方便，以此大大降低发射费用。

4.4一级火箭和星舰

一级火箭最早按环形排列并联30台发动机的是前苏联的N-1火箭。连续四次发射失败都是一级火箭的故障，使得已花费巨资的载人登月计划终止。笔者分析故障根本原因：(1)苏美载人登月竞争激烈抢进度，单台发动机没有研制得特别可靠；(2)不好建设30机并联的超大型试车台，不仅不能高工况、长时间和多机摇摆考验发动机，而且连起码的30机起动关机程序和相互影响都无法试验；(3)釆用了自动检测发动机工作状态、自动关闭故障发动机和自动调节保持总推力不变的冗余设计，高难技术不成熟适得其反，可靠性未见提高却出现误动作的故障。

马斯克星舰的超重型火箭与N-1火箭非常相似。虽然时隔半个世纪的人工智能等技术有大发展，上述问题中的一部分可能不是问题，但有些问题依然存在。所以，对于将要进行的星舰首次整体发射试验，马斯克本人都不抱一举成功希望。笔者认为，不要轻易放弃一级火箭传统的四机并联和五箭捆绑方案。另外，虽然有猎鹰火箭成功垂直降落回收的经验，但超重型火箭太大，要成功回收未必很容易。

马斯克为了实现全回收，把二级火箭和载人飞船合并成比空客380飞机还大的星舰，采用从近地轨道有短尾翼返回垂直降落地面的回收方式。这种厐然大物如此回收的技术难度非常大，且无猎鹰火箭二级回收试验的基础。一级火箭的回收失败只有经济上的影响，星舰的回收失败则人命关天。所以说星舰是背水一战，成败在此一举。

笔者认为，没有必要非得像星舰那样做得厐大。可以把三级火箭和载人飞船合并成一体，那就小得多和回收相对容易实现。应当指出，美国前世界首富杰夫.贝佐斯(JeffBezos)旗下蓝色起源公司也研制成功BE-4液氧甲烷发动机，海平面推力250吨，20%至100%节流变推力，可重复使用。主要用于近地轨道运载能力45吨的新格伦运载火箭。并联7台BE-4发动机的一级火箭是垂直降落回收，设计至少重复飞行25次。二级火箭是一次性使用，用1台BE-4真空版发动机。该火箭计划于2022年首次试飞。

组装后的超重型火箭和星舰

4.5用运载飞机发射太空船或火箭

正如中国腾云空天飞机所示，发射太空船或火箭用的运载飞机除大型或巨型双机身飞机外，还可以是单机身飞机。最近毁于战火的世界最大运输机安225，由前苏联研制和乌克兰继承，货舱最大载重量250吨。该飞机的机顶最大载重量200吨，曾运送暴风雪号航天飞机至发射场，也具备发射200吨质量以下火箭的能力。

安225飞机运载暴风雪号航天飞机

我国长征二号F载人运载火箭的近地轨道有效载荷是7.8吨。现有的运载飞机虽已大到接近极限，但仍不具备这种近地轨道运载能力，其原因是用现有航空涡扇发动机推进的推力太小。这就需要开发运载飞机用的改进型航空涡扇发动机，较多增加推力和提高性能。

航空航天一体化的高超音速太空飞机也可改作运载飞机，能使近地轨道有效载荷超过7.8吨。但是，这种飞机用的SABRE合成涡喷火箭发动机虽然很先进和经济性好，但存在两大问题：一是技术难度非常大，迟迟研制不出来；二是该发动机用液氧液氢燃烧的温度高达3300摄氏度，存在与SSME发动机同样的重复使用次数少和检修复用难的问题。这就需要另寻航空航天结合一体的发动机。

用运载飞机发射太空船或火箭，因为机翼有升力，发动机总推力较多小于飞机的总质量，也大大小于火箭发动机的推力。尽管如此，由于燃料燃烧用的是周围环境的空气，研制推力大的发动机是很难的。需要自主创新开发航空航天相结合和一体化的发动机。笔者相信，随着运载飞机及其发动机的发展，运载飞机会逐步取代小中大型一级火箭。但是，对于把载人飞船直接送往月球和火星的重型运载火箭，其一级火箭则是不能被直接取代的。

5.自主创新走自己的发展道路

为了研制出实用价值大的可重复使用的载人航天运载器。笔者通过航空航天结合一体的研究，提出一些创新技术方案和发明，主要是：

(1)用火箭推力室技术改进的航空涡扇发动机

这种航空航天相结合发动机，是把燃料由航空煤油改为液氢。由于空气/氢的混合比大和液氢的热值高，液氢用作航空燃料的油耗量要比航空煤油小3倍多。另外，可以把加力燃烧室的单壁改为用液氢再生冷却的双层夹套结构。这就可以使改进后的航空涡扇发动机全程在最高燃烧温度下加力工作，成倍增加发动机推力，满足航天用途的需要。

(2)三种新型航空航天涡扇发动机

把催化分解70%至79%过氧化氢生成的富氧气引入航空涡扇发动机，与液氢或航空煤油燃烧的最高温度只有1958至2277摄氏度，构成进气道进富氧气、加力燃烧室进富氧气、两处(进气道和加力燃烧室)进富氧气等三种航空航天涡扇发动机。能使超音速飞机在30公里高度以3马赫飞行，并可以飞到40公里高度达到4马赫。此类航空航天一体化发动机比SABRE发动机容易研制得多。

(3)亚太空旅游飞机

針对中国中产阶层人士众多的情况，提出票价有望降低至人民币10万元的亚太空旅游。是用上述航空航天涡扇发动机推进高速飞机，以4马赫飞到40公里高度。然后按抛物线轨迹飞行产生短时间的失重，最大高度在50公里左右。该飞机还可改成超音速客机，用途更广。

(4)低燃烧温度火箭发动机

要改进现有的液氧煤油、液氧甲烷、液氧液氢等高燃烧温度火箭发动机，增加重复使用次数和减少检修复用难度，就应当向航空发动机学习，把燃烧温度大幅度降低到空气/煤油燃烧最高温度2060摄氏度左右。现经数年研究提出一种低燃烧温度火箭发动机，是以无可贮存的70%至79%过氧化氢为氧化剂，主要用液氢为燃料。燃烧温度只有2020~2277摄氏度，涡轮温度只有322~485摄氏度，发动机真空比冲可达300s以上，推进剂组合密度0.764~0.741g/cm3也不小。该发动机如开发成功，重复使用有望达到100至200次或更多，检修复用也方便得多。将有助于研制实用价值大的可重复使用的载人航天运载器。

两处进富氧气航空航天涡扇发动机简图

(5)水平起落运载火箭

針对运载飞机造价高和近地轨道有效载荷不大的问题，提出水平起落运载火箭。方案设计要点：用圆柱形箭体和贮箱作为双机身，机身尾部有主要在高空工作的低燃烧温度火箭发动机；双机身上方是大三角翼，三角翼上方尾部设置8台左右航空航天涡扇发动机，三角翼中央下方悬挂待发射的上面级火箭或太空船；通过起落架在专用机场的跑道上滑动进行起飞和降落。

需要说明，以上发明多数取得中国专利证书。其中(1)(2)合并为"航空航天涡扇发动机"(AerospaceTurbofanEngines)的发明，美国专利号US10563619B2,专利证书日期2020年2月18日。享有该专利优先权的中国专利号ZL201610326598.2。另外，自主创新的难点并不主要在于技术，而是思想认识的统一、能否进行预研和关键技术攻关的立项、能否从小到大逐步研制等。

6.结论性意见

(1)载人航天运载器有三类：一次性；不利用空气燃烧的可重复使用；利用空气燃烧的可重复使用。这三类载人航天运载器各有优缺点，现在和以后都将多样化并举发展。

(2)一次性载人航天运载器是现阶段笔者青睐的，航天本色，技术成熟，安全可靠，研制方便，最快实现。马斯克的星舰载人登火星是有去无回。一次性重型运载火箭和载人飞船完全可以做到载人登火星有去有回。只需发射两发长征九号重型运火箭，分别将有效载荷都不超过37吨的载人飞船和登火星舱送至环火星轨道，进行对接后类似阿波罗飞船登月那样实现载人登火星并返回地球。如果需要，后续再发射长征九号火箭，通过货运飞船的对接进行补给。

(3)不利用空气燃烧的可重复使用载人航天运载器，研制始于美国航天飞机，现正由马斯克的猎鹰9号火箭和星舰延续。名义上是解决一次性使用的浪费问题，结果航天飞机更贵更浪费并导致下马。猎鹰9号火箭的回收究竟省了多少钱只有马斯克自己知道，实际上主要是依靠低价火箭来降低发射报价的。星舰还没有进行整体发射试验，尚不知结果如何。笔者力挺自主创新进行长征八号等火箭的垂直降落回收研究，支持有人提出的网收方案，并自己提出低燃烧温度火箭发动机方案，以便增加重复使用次数、提高回收成功率和降低回收后检修复用难度。

(4)利用空气燃烧的可重复使用载人航天运载器，最经济和最有发展前途，最终将取代一级运载火箭。主要问题是当前的近地轨道运载能力很有限。为此，笔者提出用火箭推力室技术改进的航空涡扇发动机，以及三种新型航空航天涡扇发动机方案。国内外还有其它航空航天结合一体的方案。相信经过相当长时间的努力，能达到20至30吨的近地轨道运载能力。要达到30吨以上的近地轨道运载能力几乎是不可能的，为此笔者于2021年9月7日在百度发表《在地球空间站用摆渡火箭向火星运载人和货物》的文章，可以间接取代重型运载火箭，供参考。

结束语

研制可重复使用的载人航天运载器是发展方向和趋势。我们应认真研究分析美英等国先行进行这种研制的情况，吸取他们的经验教训，找对自己的发展途径，结合实际做好我们的工作。首先应当全力做好长征八号等火箭的垂直降落回收试验及其变推力发动机的热试车。建议重视和加强预先研究工作，优先对自主创新项目进行论证和研究。要走我们自己的发展道路，才能更好地赶超世界先进水平。

由于航天运载器高速再入大气层和火箭发动机在高温下燃烧，要研制实用价值大的可重复使用的载人航天运载器，并不是一件容易的事。根据今年一月发布的中国航天白皮书，我们要做好长征九号重型运载火箭的深入论证和太空旅游的规划。希望本文有助于这些工作的进行。通过航空航天相结合和一体化，我国的航天航空事业将会发展得更快更好。

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