主题：茗谈118：北京天梯 -- 本嘉明

冲压发动机的飞机低速的时候飞不起来。如果用这个大炮来发射，冲压飞机就免去了挂载在别的飞机上了。

冲压飞机好处是，还可以回收整个飞机，不象炮弹打出去就没了。

（一）

平流层的海拔高度在10KM到50KM之间，“北京天梯”工程等于是一个超级大号的“炮射导弹”项目，把“铅笔(无人货运)飞船”弹射到平流层后，也仅仅离地高度十几公里。要靠飞船自身的火箭发动机，继续挣脱地球引力，胜利到达海拔360公里高处的“天宫”，需要多大的发动机功率？需要自备多少燃料和氧化剂？

由于“北京天梯”是电磁弹射，对强迫储能装置的要求很高，所以为了降低技术难度和发射成本，“铅笔”的吨位还真是不宜贪大。但“铅笔”的吨位小了，刨去飞船的火箭发动机和燃料，还能装多少货呢？

这个矛盾里，我们要找到最佳的平衡点。

首先，“北京天梯”工程有其优点，就是发射准备的时间成本和资源成本都比较低，可以想发射就发射，特别适合救急；对于天宫的呼叫，响应时间短。那楼上的刚吃完年夜的饺子，还没来得及找餐巾纸呢，咣，一把热手巾就扔上去了。

“北京天梯”的缺点，第一是不能送人到太空站(但临时作为救生舱，空船上去，接了宇航员返回地球，再入一次大气层，降落伞溅落，是可以的)。

第二是打不高。2007年1月TG导弹打卫星，打到离地865公里高处，摧毁一颗750公斤重的报废卫星，估计打上去的那个导弹战斗部，负责解决目标的那一块，也就几十公斤吧。任何一艘“铅笔”的全重都上吨，爬科技树爬到360公里高，已经喘死了；就算打别人的低轨道卫星(比如370公里高)，这身形也太肥，腾挪不灵活------你让人猿泰山去当忍者，还是不太合适。当然，既然已经摆脱地心引力爬到低轨道空间站了，在这里加满油再发一根狼牙棒，那36000公里高轨道的通信卫星远远望见，也得一哆嗦。

第三是吨位不可能太大。目前中国火箭一次能打到低轨道的最大载荷，是12吨。“天宫”的核心舱最少要20吨，所以还在加紧研制大码火箭。由此我们可以看到，要把火箭的载荷做大，有多么难------毕竟中国的炮仗技术，在全世界也是数二数三的。同样的，“铅笔”想要载荷很大，也是不现实的，我们只能拿出愚公移山的劲头，零敲牛皮糖，一小船一小船地跑码头，最后跑成大买卖。

这铅笔，太小了不行，不能像电影<上甘岭>里那样，运输队拼死拼活送进坑道的，只剩一颗苹果；而太大又不现实。这样一看，“北京天梯”就有点鸡肋。

我们解决这个难题的方法，是增加“北京天梯”的附加价值。

如果你50块钱买条鱼回来，蒸蒸吃了，然后发现把鱼骨熬汤，也很美味。结果一条鱼一点渣都没浪费，是不是觉得赚到了？

（二）

可以反复使用的“航天飞机”，中国要不要搞？

美国在航天事业上做出了令人敬佩的努力，留给世人很多宝贵的经验。其中一条，就是“航天飞机的局限性”。使用航天飞机的初衷，就是节约闹革命，因为火箭打上去就扔，太浪费。但崭新的航天飞机上去一个来回后，机体表面的防热瓦和机体内部的各种机件，都受到了极为严酷的虐待，是不是留下了内伤隐患，是非常难彻底查清弥补的，或者说彻底查清/翻新的成本无法承受。这样一来，飞了多次的老航天飞机就积累了不少的隐患苗子，从量变到质变，最后可能就是大悲剧。

所以，航天飞机未必省钱，载人的航天飞机越飞到后来越提心吊胆，防不胜防。从这个角度讲，可以设计寿命比较短的无人航天飞机，用到半新不旧了赶紧退役，抢在出事前报废。

第二，到目前为止，外太空的人造卫星和空间站，都没有切实的防护，就是撞大运，侥幸没挨刀就好。可以说，现在宇航员在太空的每一分钟，都是有一定危险的。这对于很小（普遍不足一吨）的卫星，和370吨的国际空间站ISS，都是无奈的选择，因为建设得早，当时条件不够好，摆渡的火箭和航天飞机载荷宝贵，只能先满足运转需求，无力兼顾防护。

但外太空的危险，却在逐步增加。首先是宇宙中原有的陨石，彗星等，可能会高速撞中。其次是这几十年来人类在近地空间遗留的太空垃圾，比如最近俄国有颗卫星，被某块厘米见方的太空垃圾撞击而失灵。第三是将来可能有敌方的反卫星武器，刻意撞来或近炸，用破片杀伤我方空间设备。所以如果中国计划建立一个180吨左右的空间站的话，从对“耗费巨资的保护”和“设备使用寿命的保障”出发，也应该有适当的防护，就是先起一道栅栏，防火防虫防传销，然后在栅栏后面安心造房子，住下来。

所以，我的建议，是中国未来的天宫空间站，在设计初期，就考虑到要发展成规模大得多的“第二空间站”（我们就称为“蓬莱空间站”）。“蓬莱空间站”跟“天宫”是一体的，“天宫”长大了长高了，就是“蓬莱空间站”。

上图：以“天宫”为地基，建设“蓬莱”。

现有的空间站设计，多数是“雪花状”，由核心舱向四周发散开。

但“蓬莱空间站”可以考虑设计为“晶体状”，向心收拢，既有足够的“泊位”供多艘太空船同时系泊，也有大面积的太阳能发电板阵，在“晶体”的核心部分则是受到妥善保护的核心指挥舱和小型核电站。

“蓬莱空间站”在“天宫”的背脊上开始，像珊瑚一样慢慢生长，这个生长过程，可以是数十年甚至上百年。首先是搭建钢架，搭出一截后，在正面（即受撞击可能性最高的一面）依托钢架，敷设“墙板”。墙板配满后，再继续搭钢架，升高一截，然后再铺墙板，如此循环，直到铺满正面为止。相邻于正面的左右两个侧面，也铺半幅墙板，与正面一起，C型环绕核心部位。

至于“铅笔”飞船，初期的缩微试验型，直径40CM左右：

上图：缩微型大概就这么大。

实用的“铅笔-1”，直径1.7米，内部足够坐下一名穿简单防护服的宇航员（应急撤离时载人）。

升级的“铅笔-2”，直径2.2米以上：

“铅笔”的设计寿命，是“穿越一次大气层”，就是打上去就不指望再回来，当然用到极限，冒险再返回一次，还是可以的。

“铅笔”分为三段，“笔尖”（上图中A段）是防烧蚀的硬质整流罩，内部有飞控主机等设备：

中段（B-1）是货舱：

尾部（C段，会嵌入B段）是推力发动机和调姿发动机舱和燃料舱，燃料为液体燃料和液氧（氧化剂）。

“铅笔”顺利抵达“天宫”，掏空了所带货物后，就被空间站的机械手分解。残余的燃料被抽出，集中起来供发电机发电。“笔尖”和尾部被拆下，中段则抽去结构钢梁，平摊成6块链接在一起的墙板。

墙板铺在空间站外墙的正面；从“铅笔”抽出的结构钢梁用于搭建空间站大钢架；“笔尖”坐在外墙面上，尖头向外，有陨石飞来时保护墙板。

同时A舱内的导航主电脑联网，为空间站主控电脑做辅助运算；各尾部动力舱（内含一个小燃料舱）则挂在各面墙上，喷口向外，由主电脑控制，用于调整空间站的姿态，或主动躲避飞来的“不速之客”。

有了这个一个功能完备的大型中转空间站，中国人民就能够带领世界人民，分享月球上的资源了，到那时候，童谣是这么唱的：

万里长城万里长，一直修到月亮上

（一）

在今天，以超级大炮，打出约3倍音速的离膛速度（初速），是完全可行的。

“巴黎大炮（德语：Paris-Geschütz）”是第一 次世界大战中德国用来轰击巴黎的一门火炮。这门被安装在火车上的炮可以把一枚98公斤重的炮弹发射到40公里的高空（是第一个达到平流层的人造物品），由 于进入空气稀薄的平流层，没有飞行阻力，所以射程可达130公里。每发炮弹能达到每秒1600公尺的速度（音速的5倍）。全炮被安装在火车轨道上，重 256吨；有一个28米，210mm口径的炮管外加6米长的滑膛炮管，发射66发炮弹后必须换炮管。

二战中，德国不但发展了V-1火箭，V-2火箭，还研制了V-3超级大炮，但来不及投入使用。V-3是一门五段加速的大炮，口径150mm，每小时可发射300发炮弹，炮弹初速每秒1100公尺，射程90公里。其原理是利用多段炮管中依次引爆火药，多次加速单一弹丸，来使炮弹有更高的初速。该炮炮身全长为120公尺，是史上体积最庞大的大炮。试验后期更改设计，使用5对火箭引擎作为爆发能源，而非初期设计时的炮弹药柱。这些火箭引擎被固定在炮管里面，和炮身大约成30度角。这炮管的长度使得此大炮难以改变角度来瞄准其他方向，但是因为本来设计就是长距离炮击英国伦敦，所以不需要改变射击角度。

纳粹德国，或者说克虏伯公司所代表的德意志工科男的另一杰作，是德国800mm K (E)铁道炮，又称为“古斯塔夫炮”（Schwerer Gustav，英文：Heavy Gustav）。

该火炮口径高达800毫米，全炮重达1344吨，可将重达7吨的弹丸投射到37公里以外的目标，是人类有史以来最大口径可移动的（膛线）大炮。在东线，“白色峭壁（The White Cliff）”战斗行动中，该炮攻击苏军一座位于塞汶那亚湾（Severnaya Bay）海平面下的弹药库，弹药库距离海平面30公尺深，由厚达10公尺的混凝土墙保护。

“古斯塔夫炮”发射9次后成功引爆弹药库，同时掀翻海湾内的一艘船。

它发射的炮弹，如果是高爆弹，弹丸4.8吨，离膛初速820米/秒，弹头炸药当量700公斤，射程48公里；如果是穿甲弹，弹丸重7.1吨，弹丸长3.6米，直径0.82米，初速720米，射程38公里，可击穿7公尺厚混凝土。

换句话说，今天我们的“北京天梯”，以电磁力发射一枚长度3米，直径0.9米，全重3吨的“无人货运飞船”（以下称为“铅笔”飞船），初速800米/秒，带自旋，飞到平流层后，自备小火箭点火，继续上升到近地轨道，同“神舟”或者“天宫”会合，还是可能做到的，至少射出去后的弹道轨迹，同上述大炮们的炮弹没有太大的差别。

“铅笔”飞船可以设计为六棱型，尖头平尾，到了太空后抛弃底部（小火箭发动机和燃料舱），像蜂窝一样连接起来。

上图：未来的“蓬莱空间站”，先做一个钢框架，然后一艘艘货运飞船像蜂巢一样，逐步堆积起来（图中黄色部分）,由于物体在太空里失重，因此装配在底层的“小飞船货舱”不会被越砌越高的“飞船墙”压垮。

（二）

接下来，我们说说“国际空间站（ISS）”。

我对ISS的评价，就三个字：挺搞的。

ISS是一个在近地轨道上运行的空间站，目前由六个国家或地区合作运营：美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大航天局、巴西航天局和欧洲空间局，共涉及的成员国约22国。国际空间站原计划在2020年后结束使命，脱离轨道，直接坠入大海。中国曾表达参与国际空间站建设的意向，但最终被排斥在外。自1998年至今，该项目耗资约1500亿美元。

国际空间站的预算远远超过了NASA最初的预计，其建造进度也比预定的要晚，原因就是2003年初“哥伦比亚号航天飞机”失事，美国宇航局停飞了所有的航天飞机。空间站上的科学研究活动也尽可能地被压缩了。

有很多持批评观点的人认为国际空间站计划是在浪费时间和金钱，并且抑制了其他更有意义的计划。持有这种观点的人认为，花费在国际空间站上的1500亿美元和近乎30年的时间，可以用来实施无数的无人太空任务，或者将这些时间和金钱花在地球上更有意义的研究项目中。

更重要的是，空间站其实相当脆弱，无法承受一次较大块宇宙陨石的撞击。

（我们在“蓬莱空间站”的解决办法，是把“铅笔”飞船的尖头全部对外，正对受撞击风险较大的那一方向，然后像长城的砖一样越砌越高，起到“防弹墙”的作用。）

由于是美俄主导的国际开放性项目，任何一国都无法在ISS这个空间站里搞自己的“私活”，所以各国军方都兴趣缺缺，而行政部门一贯的官僚主义使我们不得不怀疑，在没有电视转播的无聊的值班日子里，丫几个宇航员是不是在穿着睡衣打麻将?

这个项目，几乎可以说是美国的阴谋，用“苦肉计”利用民事部门官僚主义的拖沓无能，羁縻了具有航天雄心的其他国家，抽干了他们的专项资金；而俄国则正好解决航天局工数万科男的就业问题，所以现在俄国航天局很起劲要把项目延寿到2028年以后。

从ISS失败性的前例来看，中国必须建设自己独用的空间站，而且在建站前，要满足三个前提条件：

1，中国的GDP达到美国的1.5倍以上。

2，解决了摆渡运输工具问题（技术上和成本上都可以承受）。

3，有具体的开发目标（比如月球），不是仅仅满足于自豪感的盲动。

我们现在在讨论的，就是第二个条件。