絕對(duì)冷門的超級(jí)運(yùn)載火箭—海龍火箭（Sea?Dradon）

美國(guó)歷史上有著無數(shù)停留在繪圖板上的火箭計(jì)劃，在那些最著名的方案中就有海龍?zhí)柣鸺且粋€(gè)龐然大物，甚至土星火箭在其面前都相形見拙。海龍這個(gè)點(diǎn)子是美國(guó)海軍火箭先驅(qū)羅伯特．特魯阿克斯（Robert Truax）想出來的（當(dāng)時(shí)他已經(jīng)退休）。特魯阿克斯曾在北極星潛射導(dǎo)彈、維京探空火箭和索爾中程彈道導(dǎo)彈（IRBM）等項(xiàng)目上發(fā)揮過重要作用，當(dāng)他于20世紀(jì)60年代在噴氣飛機(jī)通用公司（Aerojet General）工作時(shí)，根據(jù)一份美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的合同，負(fù)責(zé)此方案的設(shè)計(jì)研究。項(xiàng)目的最終報(bào)告于1963年1月提交。

總質(zhì)量:18000000公斤(39000000磅)。

有效載荷:450000公斤(990000磅)。（185公里(114英里)

高度:150.00米(490.00英尺)。）

直徑:23.00米(75.00英尺)。

起飛推力:350000 .00 kN(78680000磅力)。

注意，這個(gè)起飛推力由一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供……

這個(gè)火箭方案經(jīng)過了嚴(yán)格的技術(shù)論證和經(jīng)費(fèi)計(jì)算，最后沒有付諸實(shí)施。主要原因是當(dāng)時(shí)用不上，而且需要的經(jīng)費(fèi)太高了。另一位火箭先驅(qū)馬克斯．亨特（Max Hunter）提到的“有限飛行率壓迫?！奔词乖诜浅酚^的前提下，如噴

氣飛機(jī)公司所愿，海龍每年能發(fā)射24次，它也不足以成為一種能有效運(yùn)作的可回收火箭?？芍貜?fù)使用的經(jīng)濟(jì)性大概需要每年進(jìn)行數(shù)以百計(jì)，甚至是數(shù)以千計(jì)的航天發(fā)射。這樣的發(fā)射率無論是現(xiàn)在，亦或是在可以預(yù)見到的不遠(yuǎn)的未來都不會(huì)與幾百萬磅載荷相協(xié)調(diào)。總而言之，想將這樣一種巨型運(yùn)載火箭強(qiáng)加給現(xiàn)有市場(chǎng)，是犯了運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)的典型錯(cuò)誤，這也是航天飛機(jī)未能成為一種可行商業(yè)發(fā)射系統(tǒng)的原因之一（實(shí)際上即便航空產(chǎn)業(yè)也在這個(gè)問題上犯過錯(cuò)，比如霍華德．休斯／Howard Hughes的H－4云杉鵝巨型水上運(yùn)輸機(jī)）。

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按照特魯阿克斯的方案，這種火箭可以將550噸的載荷送入一條306海里高的圓軌道，這差不多是土星5火箭載荷能力的4倍。由于起飛重量高達(dá)18000噸，海龍大到不能從陸地上發(fā)射，所以計(jì)劃中它將被拖到海上發(fā)射，不過在特魯阿克斯看來，這卻成為了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，他認(rèn)為這將擺脫昂貴岸基發(fā)射設(shè)施的建造。此火箭直徑23米，高150米，這還不包括發(fā)射它所需的海上壓載平臺(tái)，而如果安裝一個(gè)太空艙和逃逸塔的話，高度還要再加15米。為了減少成本，特魯阿克斯提出使用相對(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)。由于偏向于擠壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，因而淘汰了渦輪泵，火箭每級(jí)只有一部發(fā)動(dòng)機(jī)，推進(jìn)劑類似于土星5。海龍的第一級(jí)推進(jìn)系統(tǒng)包括一臺(tái)采用RP－1煤油／液氧的發(fā)動(dòng)機(jī)，推力近8千萬磅，幾乎超出土星5上F－1發(fā)動(dòng)機(jī)50倍。海龍的第二級(jí)推進(jìn)系統(tǒng)包括一部采用液氫／液氧的發(fā)動(dòng)機(jī)，推力1412萬磅，超出土星5火箭上面級(jí)使用的J－2發(fā)動(dòng)機(jī)差不多60倍。預(yù)計(jì)這將是有史以來研制的最大型RP－1和液氫發(fā)動(dòng)機(jī)。

特魯阿克斯一直鼓吹以大設(shè)計(jì)余量的結(jié)構(gòu)強(qiáng)化來減少成本。噴氣飛機(jī)公司提議在一座船廠內(nèi)使用造船材料，而非昂貴的航天材料制造海龍。這種通過低成本工業(yè)途徑來進(jìn)行制造的方式為后來那些設(shè)計(jì)了大傻推進(jìn)器（Big Dumb Booster，BDB）或最低成本設(shè)計(jì)（MCD）的火箭工程師們所青睞。根據(jù)BDB和MCD所提倡的方式來降低成本并不需要重復(fù)使用硬件，而是按大余量利用規(guī)?；a(chǎn)的低成本來制造極為簡(jiǎn)單的一次性硬件。在退役美國(guó)空軍中校約翰．倫敦（John London）所著的《廉價(jià)低地球軌道之旅，實(shí)現(xiàn)大幅減少航天發(fā)射成本的方法》（LEO on the Cheap. Methods for Achieving Drastic Reductions in Space Launch Costs）一書中就紀(jì)錄有這些想法，而此書也已成了BDB／MCD設(shè)計(jì)師們的“圣經(jīng)”。

但是，特魯阿克斯與后來那些追隨者們的想法有一個(gè)很大的不同，在他看來，并不需要大規(guī)模生產(chǎn)海龍，同時(shí)發(fā)射完也不意味著可以一了百了。他認(rèn)為較低的發(fā)射成本需要硬件可以重復(fù)使用，因此，在設(shè)計(jì)上，海龍可以利用巨型氣囊減速再入，于海面濺落后，它將被回收。而這一要素恰恰是BDB／MCD的設(shè)計(jì)師們?cè)谝煤｝垶樵O(shè)計(jì)先例時(shí)很少提及的?？墒牵诤｝埖难芯恐?，BDB／MCD設(shè)計(jì)師們還忽略了另一個(gè)問題，就是他們中幾乎沒有人從工程經(jīng)濟(jì)角度來仔細(xì)探索這種火箭。設(shè)計(jì)研究中的數(shù)字也顯示出海龍并不會(huì)如預(yù)期般便宜。

噴氣飛機(jī)通用公司對(duì)海龍項(xiàng)目的研究結(jié)果總結(jié)如下：大體上，此研究從成本角度確認(rèn)了巨型、相對(duì)簡(jiǎn)易、可回收再利用運(yùn)載火箭的有效性。預(yù)計(jì)開發(fā)總成本為28.36億美元。直接發(fā)射相關(guān)費(fèi)用為每磅載荷10美元至20美元。將研發(fā)成本分?jǐn)偟?40次發(fā)射中的話，則成本效益大約可控制在每磅載荷20美元至30美元。雖然原方案上并沒有不可解決的技術(shù)問題，但是完全被動(dòng)式可回收系統(tǒng)的技術(shù)可行性尚未得到驗(yàn)證。

第一級(jí)使用液態(tài)氮迫使推進(jìn)劑進(jìn)入引擎。 燃燒室壓力20MPa，煤油儲(chǔ)箱壓力32MPa，液氧儲(chǔ)箱壓力17MPa。 81秒后燃燒室壓力下降到14MPa,煤油儲(chǔ)箱壓力下降到20個(gè)MPa,液氧儲(chǔ)箱下降到8.5MPa。 此時(shí)速度為1.8千米/秒，高度40公里。第二級(jí)有260秒的燃燒時(shí)間，燃燒室的壓力較低，大約7MPa。 負(fù)責(zé)5.8公里/秒的速度增量，230公里達(dá)到環(huán)繞速度。 這一概念的一個(gè)重要特性是使用一個(gè)可擴(kuò)展的噴管延伸段。 這將使噴管的面積比從7:1增大到 27:1。這個(gè)概念后來被充分發(fā)展，用于固體火箭以及和平衛(wèi)士洲際彈道導(dǎo)彈。

海龍火箭方案對(duì)于分?jǐn)偝杀径裕?0年至20年是一個(gè)很長(zhǎng)的周期，利息在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)肯定會(huì)有明顯的變動(dòng)。即便海龍作為一個(gè)政府項(xiàng)目上馬，利息問題也不容忽視?？紤]到項(xiàng)目必須從政府國(guó)庫中“借”錢，所以按優(yōu)惠利息還款就很重要。初期借款可以引入人為低利率，但這不能反映出航天項(xiàng)目的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)程度。通過向納稅人轉(zhuǎn)嫁風(fēng)險(xiǎn)，政府項(xiàng)目可以在無形中規(guī)避這個(gè)問題，如此便出現(xiàn)了所謂的“滑稽會(huì)計(jì)學(xué)”?？伤饺送顿Y者不會(huì)這樣干，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)這樣的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，他們也許期待內(nèi)部收益率（IRR）至少為50％。根據(jù)總成本215.5億美元計(jì)算，意味著必須要向初期投資者們回饋與補(bǔ)償107.8億美元，來彌補(bǔ)他們承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)。

如此一來，假設(shè)每年發(fā)射24次，便相當(dāng)于每次發(fā)射需4.49億美元，而如果每年發(fā)射12次，則每次發(fā)射需8.98億美元。按一年發(fā)射24次計(jì)算，這使得每磅發(fā)射成本增加了408美元，而按一年發(fā)射12次計(jì)算，則每磅發(fā)射成本將增加816美元。

因此，以每年發(fā)射24枚火箭計(jì)算，海龍的發(fā)射總成本為每磅483美元至558美元，而基于每年12次發(fā)射的話，則發(fā)射總成本為每磅891美元至996美元，這比起原先預(yù)期的每磅150美元至300美元的發(fā)射總成本要高出許多。

而最大的問題在于，當(dāng)時(shí)對(duì)于這么大的火箭來說，全年12次發(fā)射根本是不現(xiàn)實(shí)的，那相當(dāng)于每年發(fā)射48枚土星5火箭。即便在阿波羅項(xiàng)目的高潮階段，NASA也沒有在一年中發(fā)射過兩枚以上的土星5火箭。至于將海龍研究與一個(gè)非常大的政府火星項(xiàng)目聯(lián)系在一起，根本就是無稽之談。

放到如今來看，整個(gè)國(guó)際空間站（ISS）總質(zhì)量不到100萬磅。也就是說，為了滿足低發(fā)射需求，海龍每年都要發(fā)射相當(dāng)于12個(gè)國(guó)際空間站的任務(wù)，而即便采用了低發(fā)射率，也根本找不到這么多的任務(wù)來支持海龍運(yùn)營(yíng)。一旦達(dá)不到每年12次的目標(biāo)發(fā)射率，那么其經(jīng)濟(jì)性就會(huì)轉(zhuǎn)差。一旦變成每年6次發(fā)射，那么成本將達(dá)到每磅1707美元至1782美元，而如果年發(fā)射率減為4次，則成本將高達(dá)每磅2574美元至2599美元。

即便是看上去較為樂觀的每年發(fā)射4至6次，也幾乎能實(shí)現(xiàn)當(dāng)時(shí)整個(gè)世界的發(fā)射需求。

大傻推進(jìn)器的粉絲們也許會(huì)爭(zhēng)辯說，一旦低成本發(fā)射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，那么需求會(huì)提高。這種想法確實(shí)站得住腳，但增加不會(huì)一蹴而就，為了適應(yīng)低成本發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)而開發(fā)新型載荷與市場(chǎng)要有個(gè)過程，而對(duì)需要經(jīng)歷長(zhǎng)期政策撥款周期的政府載荷來說這點(diǎn)更加重要。投資額將不斷增長(zhǎng)，在投資者們等待新市場(chǎng)開發(fā)的過程中，資金成本將一路上漲。