研制全氢氧发动机的可重复使用火箭也具有重要的商业价值

JAXA近期提出要研制一款LTO运力达16吨的中间运力型火箭。这种日本火箭的一次性版本运力明确为LEO运力54吨、GTO运力21吨、LTO运力16吨，明确要用于NRHO月球空间站的运输任务。并计划要在2030至2040年之间研制成功。这是日本人历史上第一次明确提出要研制中间运力型火箭，这也表明由美国猎鹰9/9H火箭与及中国921/921H火箭所掀起的全球中间运力型火箭研制浪潮正在深刻地影响其它国家重型运载火箭的未来发展方向。JAXA的这一款中间运力型火箭也是基于CBC构型方案来研制，并明确具备发展出可重复使用的未来能力。这表明其的研制路径也深受美国猎鹰9/9H与及中国921/921H火箭的影响。这款火箭的芯级直径、发动机型号现在都通通不明朗，但重要运力指标LTO达16吨己经正式公布，这表明其就是日本政府为了配合美国NASA通过NRHO月球空间站中转来进行载人登月的外国支援备份火箭。而且此一款火箭的研制方案现在也是由JAXA发布，也直接就代表了日本政府的想法。

高凉陈君认为，由于现在日本人此一款中间运力型火箭研制方案的公布，将会对欧洲与及政府产生巨大的推动压力。日本人可不是俄罗斯人，他们不喜欢玩PPT火箭，日本政府的执行能力还是非常强大的。因此，日本人这一款中间运力型火箭的研制设想迟早会变为现实。当然，目前关于JAXA此一款中间运力型火箭的具体公布信息还非常稀少。现在只知道其运力指标，也知道其具备重复使用的能力，其它的信息通通就所知不多了。但无论如何，LEO运力达54吨、LTO达16吨的重型火箭（达到阿波罗时代著名土星五号火箭LTO运力的三分之一以上）都不是什么低档货、便宜货。未来20年时间里要研制成功这一款火箭对日本国家的科技能力与及经济财政支持实力都是一次重大的挑战。日本人也说不上进展龟速，中国的921/921H火箭从方案提出到首飞也要花费8、9年的时间。JAXA的这一款中间运力型火箭从2021年提出研制方案到首飞成功，无论如何都要至少花费上长达10年的时间。日本人的这款登月火箭到底使用何种发动机现在还不明朗，但运力比新艾伦、安加拉5Ⅴ与及火神562火箭都大得多，与猎鹰9/9H火箭处于仲伯之间。明摆是为了配合美国人通过NRHO月球空间站来实施载人登月工程的备份产物，未来在商业航天发射市场也是美国太空探索公司的主要竞争对手。注意，这款火箭不是H3H火箭，H3H只是德尔塔4H级别的火箭，但这个火箭的LTO运力可是明确要达16吨以上。比著名的美国德尔塔4H火箭的LTO运力都要大50%以上。这也非常契合早前高凉陈君与资深网友JOKI的讨论分析结论，即要想轻松从容地参与国际NRHO载人登月游戏，重型火箭的LTO运力达15吨以上是一个重要的门坎。这对于未来的欧洲与及俄罗斯这两方政府将同样是一个重大的挑战，如果再不加紧上马研制自己LTO运力达15吨以上的中间运力型火箭，欧洲与俄罗斯未来不仅在载人登月竞赛之中被中美两方远远抛落在后头，还同样会被日本政府远远抛落在后头。

另外，日本的这个中间运力型火箭计划是要在2030至2040年之间研制成功，时间跨度长达20年。三菱重工们也是要开饭的。按JAXA现在的态度，未来H3H火箭也不可能再去研制，直接上马研制新中间运力型火箭就了事。而且以日本的实力来分析，玩玩美国猎鹰9H与及中国921H级别的火箭可以，但要上马研制长征9号与及土星5号级别的巨型火箭就显然再也无力负担。2021年4月4日的航天吧有截图资料，题目是《日本2030一2040计划》，作者为“命运196”，这是日本人第一次提出中间运力型火箭的研制计划。这也意味着H3H火箭以后不可能再研制了，毕竟H3H火箭的LTO运力撑死了也不过是德尔塔4H火箭的水准，离LTO运力15吨的关键节点还差得很远。这款火箭的具体数据信息目前公布的不多，但明确具备可重复使用的能力。LTO运力则高达16吨，也比欧洲人的阿里安7火箭(3CBC构型)要大很多。欧洲人未来的阿里安7H火箭的LTO运力指标还没有任何信息公布，但日本人这一款中间运力型火箭的LTO运力达16吨的研制指标现在就已经明确公布。表明这一款火箭的研制规划在JAXA内部已经推进了相当长的一段时间，其具体的工程研制指标都已经开始冻结（参考中国921/921H火箭的命题作文），显然并不是拍脑袋决策的产物。

日本人的这一款中间运力型火箭在光棍使用时，其一次性版本的LEO运力就达20吨、GTO运力就达6点8吨，比美国ULA公司的火神火箭的光棍版要大很多，妥妥的弱化版921火箭。另外，日本人这款火箭的光棍版在可重复使用时的LEO运力则为15吨左右、GTO运力则为4点2吨左右。至于3CBC的重型版本，在可重复使用时的LEO运力则达26吨左右、GTO运力则达8点1吨（至于是陆返还是海返、目前信息不明）。日本人这一款火箭的各项运力指标都要比俄罗斯人阿穆尔火箭的光棍复用版要大不少。与欧洲人规划中的阿里安7火箭的光棍版运力相差不大，但日本人现在也无法确定要使用什么发动机来研制。如果日本人未来能够研制成功100吨级的甲烷火箭发动机，并联7台研制主芯级就可以了。但如果改为使用氢氧发动机，除非日本改为研制100吨推力的中型氢氧发动机，否则要在5点2米直径中塞下5台氢氧发动机就相当困难。总之，如果要走氢氧发动机的可重复使用技术路线，LE9氢氧发动机就不能再使用，这也是让日本人目前举棋不定的重要原因。

由于光棍版火箭可重复使用的GTO运力目前规划就达4点2吨的区间，这个运力指标末来再提升1吨，即达到5点2吨所面临的技术升级的难度也不大。一旦如此，日本人这一款火箭的GTO运力未来就瞄准了今天猎鹰9、长三乙与及质子火箭“专吃”的GTO运力5至6吨的商业航天黄金运力市场区间了。这也说明了日本政府与及三菱重工公司始终对全球商业航天发射市场心不死，末来无论如何还是会与猎鹰9、长征七号与及安加拉5号等等商业火箭来龙争虎斗一番。如果LE9氢氧发动机可以改进升级为甲烷发动机，并联5台甲烷版LE9研制主芯级也可以，反正光棍版火箭的起飞推力也达750吨。但不知道5点2米直径主芯级可否容纳5台甲烷版LE9发动机不？！

当然，由于日本人在火箭研制领域一直以来“有一说一”的严谨作风，从来不喜欢玩PPT火箭的画饼游戏。在手头上的H3火箭研制项目完成之后，未来JAXA与及三菱重工公司的研究精力就会全面转移到这一款火箭的研制上面来。因此，最迟到2025年之后一切都会明朗化，到时侯日本人的这一款中间运力型火箭的研制将会对欧洲人与俄罗斯人产生巨大的倒逼压力。

日本人使用氢氧发动机要在5点2米芯级直径内做到一次性光棍版火箭的LEO运力就达20吨所面临的技术挑战非常大。因为ULA公司的德尔塔4火箭的光棍版的LEO运力也只有不到10吨的水平。但如果使用甲烷发动机来研制的话，要在5点2米芯级直径内做到一次性光棍版火箭的LEO运力就达20吨，其所面临的技术难度就要得小多。

至于煤油发动机则就更为简单了，5点2米芯级直径的一次性光棍版火箭的LEO运力要做到25吨都完全无压力。中国现在研制中的921火箭就是如此。

总而言之，燃料密度太小的氢氧发动机火箭在CBC构型流行的时代中，与使用甲烷、煤油燃料的火箭相比，至少在火箭的体积控制方面就处于天然的竞争劣势。这就看日本人未来如何去取舍了。如果日本人的这一款中间运力型火箭的芯级直径可以做到6米至6点5米，要实现一次性光棍版火箭的LEO运力就达20吨的目标就会好很多。

同样，如果日本人未来使用氢氧发动机的可重复使用火箭研制成功，对于日后美国SLS火箭的改进升级也具有重要的示范性意义。例如美国人也可以研制J2ⅹ氢氧发动机的地面起飞版本（海平面推力120吨左右），再并联9台J2X发动机做个芯级光棍就可发射使用（合计起飞推力1080吨）、并具备可重复使用能力的SLS改进型火箭。

光棍构型SLS火箭的一次性版本的LEO运力能够达到30吨左右、GTO运力能够达到16吨左右，光棍构型SLS火箭的可重复使用版本的LEO运力能够达到20吨左右、GTO运力能够达到11吨左右。

而3CBC构型方案的SLS巨型火箭其一次性版本的LTO运力能够达到40吨左右，3CBC构型方案的SLS火箭的可重复使用版本的LTO运力能够达到25吨左右。并且都具备至少重复使用10次的能力。一旦如此，未来波音与及洛克达因公司还能轻松再续命个几十年时间。

注：尽管芯级直径只有5点2米，但日本人的这一款火箭的光棍一次性版本的LEO运力就达20吨，GTO运力就达6点8吨。己经要比美国ULA公司火神火箭的光棍版本要大得多，这也是非常令人赞赏称道的地方。

高凉陈君早前就明确指出中间运力型火箭的光棍构型的LEO运力最底的起步运力区间就必须要达到20吨，否则未来那怕决定要走CBC构型方案来研制LEO运力达五、六十吨的中间运力型火箭，也都必须去啃5CBC构型这个高风险、高技术难度的硬骨头。但个人认为，能够使用3CBC构型方案解决的运力问题就应该使用3CBC构型方案来解决，至于5CBC的构型方案，由于研制的技术风险过大，能够避免就必须尽量避免。

陈天（高凉陈君）

2021年4月6日