媲美马斯克的星舰21版长征九号重型火箭方案面世

　　长征九号重型运载火箭是绝对的大国重器，拥有高达140吨以上的地球低轨道（LEO）运力，能向月球运送高达50吨重的物资，预计2028年到2030年之间首飞。未来长征九号将承载月球基地建设及载人登火等重任。
　　龙乐豪院士
　　6月24日，中国工程院院士、长征火箭总师龙乐豪在香港大学做了名为《长征火箭与中国航天》的演讲，又透露了中国航天的许多新进展。尤其是最新的21版长征九号设计方案，瞄准世界最先进水平，足以媲美SpaceX正在开发中的星舰，成为全球史上最强的重型运载火箭之一。
　　龙乐豪关于长征九号的最新描述
　　在演讲中，龙乐豪拿11（年）版长征九号与21版做了对比。11版长九有三个版本，分别是4助推器版的长征九号，2个助推器的长九A，光杆版长九B。第一级有4台推力为480吨的YF130液氧煤油发动机，助推器有两台YF130。第二级使用两台推力为220吨的YF90液氢液氧发动机。其中YF130和YF90的研发进展都比较顺利。
　　11版与21版对比
　　11版长九通过改变助推器数量来实现140吨，100吨和50吨的地球低轨道入轨能力。然而，11版长九最大的问题是不可复用。在航天器可复用技术大行其道的今天，做为在2030年代投入使用的重型运载火箭，如果还是一次性使用，难免造成使用成本过高的问题。
　　几种重型火箭对比，最右面是老版本的长征九号
　　做为对比，SpaceX的星舰，助推级被称作超级重型（SuperHeavy），上面级就是常说的星舰（Starship）。超级重型使用28台（未来也可能是20台）推力300吨的猛禽液氧甲烷发动机，星舰使用6台猛禽发动机，能将100到150吨的载荷送入地球低轨道。在低轨道运输能力上，长九和星舰差不多；但是在使用成本上，二者有可能差距巨大。
　　星舰
　　星舰和超级重型都是可复用的，能大大降低使用成本。按照马斯克的说法，整个星舰系统一次发射成本为200万美元。每次发射，超级重型要携带3400吨推进剂，包括液氧和甲烷，星舰需要1200吨推进剂。一吨液氧价格大约100美元，一吨液态甲烷大约1400美元。推进剂中液氧和甲烷的质量比为4：1。简单算一下就知道，4600吨推进剂大约价值160万美元，再加上40万美元其他成本，比如检修，使用发射场等等。这就是马斯克200万美元发射成本的由来。
　　航天发射市场报价变化
　　按照马斯克的计算方法，送100吨货物到太空花200万美元，相当于每千克成本仅有20美元，比现在航天发射市场通常报价便宜了100倍。就算成本上不出意料地加个零，比如每次发射报价2000万美元，这价格还是低得惊人。长九如果仍然采用一次性火箭的思路，虽然在运力上能与星舰看齐，但成本是无论如何比不了的。
　　朝阳照耀下的星舰
　　换个角度说，老版本长九的整体规划是十年前确立的，思路已经跟不上时代的发展节奏。到了今天，长九即将正式立项之际，再用旧思路开发新火箭，只能产生一个一面世即落伍的产品。
　　注意21版长九发动机布置方式
　　火箭可复用能力的好处大家都清楚。有人会问：你是怎么从一张简单的PPT上看出21版长九拥有可复用能力呢？仔细看长九第一级发动机的排列方式，16台YF135发动机呈环状排列，外层9台，中层6台，内层一台。以目前的技术而言，可复用的一个特点就是使用大量的发动机并联。
　　苏联的N1火箭，底部发动机喷口，可见大量并联的发动机
　　由于火箭的复用，必然导致发动机可靠性下降。因此难免在发射时发生发动机故障。当使用大量发动机并联时，比如16台发动机并联，一旦一台发动机失灵，则可以将该发动机关机，同时其他发动机调整推力输出，仍然能完成任务。这样在下次发射时，更换出问题的发动机即可。
　　超级重型的一种发动机布置假想图
　　YF135发动机的型号名称是第一次公开露面。目前只知道其单燃烧室推力为360吨，据说推力在30到110之间可调节。至于YF135使用煤油还是甲烷目前尚不清楚，不过大概率还是煤油，原因是煤油的技术吃得比较透。如果长九真的打算在2028年到2030年间首飞的话，研发350吨级的大推力液氧甲烷发动机是不现实的。即便如此，未来中国还是应该研发大推力液氧甲烷发动机，因为甲烷燃烧后不易积碳，对复用有利，且在外星球获取甲烷更容易。
　　SpaceX的猛禽发动机
　　当然，YF135单燃烧室350吨推力在技术上也是很牛的了。YF130是两个燃烧室提供480吨推力，单个燃烧室240吨，因此在技术上比YF130更强。苏联的神器RD180，也是双燃烧室。或许是YF130进展顺利使得YF135成为可能？说不定YF135就是把YF130的单燃烧室推力升级成360吨而形成的。
　　RD180
　　21版长九的第二级和第三级都采用120吨的氢氧机，有利于简化发动机型号，便于生产维护。不知道是不是在推力为220吨的YF90的技术基础上进行修改，还是在YF100系列的基础上修改？因为YF100系列就是120吨级。不过，该发动机连名字都没有，说明还处于很初级的阶段。
　　最近公布的中俄国际月球基地想象图
　　从长九的定位来看，主要是将150吨级的大型货物送入地球低轨道，从而为建设月球基地和载人登火服务。6月份中俄签订月球科研站合作协议，将于2031年至2035年间合建月球基地。前几天中国又发布了载人登火的技术方案，需要使用7发长九运送120吨级载荷进入地球低轨道。这些都是未来长九大显身手的时刻。
　　中国载人登火方案
　　从龙院士的PPT我们可以看出，长九的开发思路在向世界先进水平靠拢。之前长九的思路是先实现大推力，未来适当时候再实现可复用；现在打算大推力和可复用一同考虑，这是非常好的想法。或许再激进一点，把二三级合并，也能复用就更好了。
　　长九最后长这样？
　　不管这么说，长九正式立项前，方案仍在剧烈变动中。现在流出的21版长九方案，未必就是长九最终形态。或许等到长九真的面世时，长成星舰的样子也未可知，俗称摸着美帝过河。真正的长九什么样，让我们拭目以待吧。