ULA的地月殖民计划——从火神ACES说起

自从上个月黑店ULA公布了新地月系殖民的雄伟蓝图后,各方航天爱好者纷纷开始对这块大饼嗤之以鼻。确实这样,如此庞大的太空殖民计划竟不是出自钢铁侠Musk之口,仿佛可行度低了八个台阶。1

ULA放言将在2045年前把1000人送入地月空间生活,工作

除去资金的天文数字,该计划最大的亮点在于美国下一代运载火箭火神ACES。可以说,能担任燃料补给和摆渡运输的火神ACES是这个大饼计划的核心。没有它,一切真的只是PPT。2

ACES摆渡车想象图

简单说一下火神ACES。

火神ACES采用5.4米甲烷芯一级,配合使用两台可回收250吨BE4发动机(没错,就是来自贝索斯的蓝色起源),可捆绑0至6枚GEM 63XL固体推进器,采用可重复在轨加注使用的ACES上面级(这个上面级是地月殖民计划核心中的核心,下面会有提到)。最大构型GTO运力约20吨,并可以将约10吨载荷直送入GEO。3

右边的便是火神ACES564

可以看到,火神ACES564的运载能力相比前任宇宙神V551有了极大的提升,GTO达到了20吨水平。遗憾的是,由于火神ACES芯一级采用的BE4发动机在有燃料小分子量比冲优势的情况下,效率仍不如之前使用的俄制煤油RD180。所以,抛开起飞级这个后腿,火神ACES性能上的提升完全靠的是上面级ACES。4

官方介绍里的ACES

ACES究竟有多牛?

ACES作为美国下一代氢氧低温上面级,首选引擎是改进版RL10C,比冲上自然没的说。而在上面级设计上,ACES则延续了美国一贯的不锈钢气球共底储罐设计,将结构干重减到最低。用数据说话,相比宇宙神目前使用的Centaur上面级10.2的干质比,ACES的12.5干质比显然不能在技术不变的情况下只靠增加推进剂加注量来提升(要知道,土星五号的巨型S-IV也不过12的干质比)。所以在这里,需要介绍下ACES的减重神器IVF。5

IVF原理样机

IVF全称是Integrated Vehicle Fluids,姑且译为火箭推进剂集成管理系统。

一般来说,对于传统火箭上面级来说。除去箭体推进剂和主引擎,整体的成本和重量还集中在GNC,气体增压系统,为长时段滑行助力的庞大电池组和肼基或冷气姿控沉底引擎。6

传统的半人马座上面级

而IVF所做的工作,便是把这除了GNC的一切全给包了。小小的IVF系统一个人做了三份的活,在极大降低了箭体的干重和成本的同时,由于不再依靠大电池组来供电,还能将目前上面级寿命从几小时延伸到几星期,使得基于ACES的地月摆渡车成为可能。7

采用了IVF的半人马座上面级,可以看到取消了气瓶,由此减少了0.5吨的干重

计划中的XEUS概念便是由ACES衍生的月表运输系统。由于采用了开创性的IVF,使得XEUS不再需要加注氦气和肼燃料,便可以使用ISRU系统(原位资源利用)来电解月表的微量水来制备液氢和液氧推进剂,供XEUS的往返。8

XEUS想象图

正如同样有着极高集成度的汽车内燃机,IVF的开创性发明使用将极大地降低上面级火箭的干重和成本,必将带动另一次的火箭革新浪潮。

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