壮志难酬——从“罗老”号失败看韩国航天发展的困境

2010-07-13 09:01
太空探索 2010年7期
关键词:火箭航天韩国

□ 处 士

韩国电视大屏幕播放罗老号发射

2010年6月10日,韩国的第二枚“罗老”号火箭满载着韩国人的期望升空,却在137秒后凌空爆炸,重蹈了2009年的覆辙。

罗老号第一级火箭来自俄罗斯,发射失败的责任在谁,就成了一个争议的话题。而且一种火箭两射两败,已经不是某个元器件故障的问题,必定是在总体设计乃至顶层规划上有所偏差。

韩国没有能力自主研制完整的火箭。甚至有传闻说其二级固体火箭也是某国航天部门的代工产品。如果传闻属实,那么韩国不过是掌握了两级火箭的组装技术而已,距离自主的火箭能力还有万里之遥。那么,“罗老”号失败的深层次原因是什么?韩国有可能掌握大型火箭技术,乃至进军航天事业吗?

厂房中的罗老号

韩国缺乏航天科技工业基础

火箭技术有高度的战略意义,因此任何航天大国都不会轻易把它转让出去。战后只有三个国家得到过正式的、完整的火箭技术转让。首先是日本,然后是印度,最后就是韩国。

从严格意义上说,俄罗斯对韩国的技术转让是相当全面,也相当厚道的。俄罗斯为韩国设计了完整的发射场和发射流程,而且在火箭出现事故隐患的时候多次果断推迟发射,避免了悲剧在发射台上发生。此外,其一级火箭的设计堪称完美,虽然拿出了RD-151这个RD-191的减推力型,但毕竟是国际领先的发动机。目前全世界只有美国和俄罗斯有能力制造这样大推力的低温发动机,俄罗斯的技术水平明显领先。罗老号的一级火箭只用一个游动发动机就完成了全部姿态控制功能,不但降低了成本,也简化了结构,令人赞叹。另外,俄罗斯在火箭总体设计、总装、总测方面提供了大量支持。

那么,在俄罗斯的这种技术支援下,韩国就能真正掌握火箭技术,进而成为“最厉害的国家”么?笔者的预测是非常悲观的。

火箭研制从来不是一件可以急功近利的事业。当今各航天国家在从事火箭研制以前,都具备了相当的工业基础和人才基础。美国、苏联、日本、西欧诸国都是老牌工业强国,工业基础和人才条件都具备。中国则通过导弹研制建立了一定的工业基础,具有了火箭推进、制导控制、遥测遥控、发射、支援等能力,更重要的是拥有以钱学森为代表的大批留美、留苏科学家。印度也拥有雄厚的人才基础,其优秀科学家和工程师的科研能力一直得到国际公认,获得诺贝尔奖项者不在少数。如果没有这个因素,以印度的工业基础是不可能涉足航天事业的。

10日上午5时1分,罗老号发射升空(上图),但在发射137秒时空中爆炸坠毁(下图)照片韩国航空宇宙研究院

罗老号运载火箭转场

罗老号发射的艺术想象图

韩国首先并不具备工业基础,有限的人口和幅员决定了他们无力自建火箭工业体系,又无法象欧洲那样实现多国平等合作,同时,韩国不具备完整的国民经济体系。而火箭技术几乎要调动人类所有工业部门的资源。

另一方面,也是最重要的一点,人才基础问题才是韩国在火箭事业上最致命的短板。这其中缺乏的不仅仅是专业技术人员。火箭事业在很大程度上是科学传统的产物,体现了一个民族对未知世界的好奇心和探索欲,以及在面对新生事物时所采用的世界观与方法论。现有航天大国不是文明古国就是科学大国。韩国却没有这种基础,无论知名科学家还是重大科学、文明成就都不曾出现在韩国。韩国曾多次自称某某科学成就其实出自韩国,但国际科学史学界却无人认同。

人类学的研究已经证明,各民族、各种族之间的智商基本相同,并不存在某个民族或种族比其他人更加聪明或者愚笨的情形。因此,一个国家或民族能养育出多少科学人才,主要取决于科学传统。缺乏科学传统的结果,就是缺乏科学人才,尤其缺乏总师级的领军人物。笔者在维基百科上发现“韩国科学家”这个类目下只有禹长春和黄禹锡两人,禹长春是农学家,早已去世;而黄禹锡是因为造假才出名的!

最简单的一个例证就是数学。韩国无论在数学科研还是数学教学上都无甚建树,从来没有出现过可以称为“数学家”的人物。火箭是复杂的系统工程,没有雄厚的数学基础,无论结构力学分析、轨道动力学分析、流体力学分析还是控制系统设计都无从谈起。且不说中国历史上那些名垂青史的伟大数学家,仅从国防工业系统找一个例子:我国某型导弹在进行弹道分析时曾经遇到困难,一位毕业于清华大学应用数学系的学者被请到现场。他徒手列出十数个微分方程,当场解决问题。这就是数学家的威力。当然,火箭技术还涉及材料、燃料、工艺等多方面问题,很显然,韩国要付出更多的学费才能意识到自己是何等缺乏人才。况且,火箭不是一两个科学天才就能解决的。美国《空间新闻》在2008年把钱学森评为当年的年度人物,在详细描述了钱学森的科研经历和成就之后,该刊指出,“钱学森并不是单枪匹马的火箭制造者,他在更多时候……”。换言之,是中华民族以庞大人口基数和勤奋读书的民族传统,养育出了大量优秀人才给钱老等老一辈科学家当“学徒”,才造就了今天庞大的航天人才队伍。韩国能否为航天事业提供足够的人力资源,值得怀疑。

“新型太空导航系统”大失水准

韩国罗老号运载火箭

发射升空

图左为韩“罗老”号发射时的情景,图右为当时的电视画面

韩国报纸曾就罗老号发射采访韩国为科学实践所证明的正确方法,却采取了一种靠不住的技术,可能是因为没有足够经费租用俄罗斯测控船队或其他国家测控延世大学天文宇宙学系教授崔圭弘,他表示“太空技术强国法国、俄罗斯也只是利用雷达追踪火箭飞行轨迹,尚未能像韩国一样建立利用无线通信互相传输火箭速度、位置等信息的系统。”也就是说,韩国率先研发并展示了一种新型的太空导航系统。

笔者认为这种所谓的“无线通信互相传输火箭速度、位置等信息的系统”,应当属于航天测控中的遥测部分。只不过是把火箭自身的测量参数用无线电发回地面。严格说,这不是什么发明创造。但是,韩国居然没有用测控网来支持罗老号的飞行,却相当令人震惊。

从各方面信息来看,韩国都没有部署电影经纬仪和测控雷达,也没有派出船队打捞记录器。看来是完全依靠箭上仪器测定自身的位置、速度后,把有关数据发回来。箭上自主测速测距的主要手段,无非惯性导航器件和GPS,惯性仪器有一个误差累积的问题,因此依靠GPS的可能性比较大。

采用这种测控体制并非不可以,但随着火箭飞行距离的增加,其测距精度会逐渐下降。而且罗老号向东南方向飞行,要先后靠近日本和我国台湾,这两个地区经济发达,无线通信网络密集,电磁波的密度和发射功率都很大,有可能对火箭的通信造成干扰。特别是火箭进入电离层后,这里的大气已经离子化,会对无线电传播造成明显影响。至于GPS,韩国很难买到高动态目标所用的宇航级GPS接收机——这是美国严格控制出口的产品,如果美国肯向韩国转让这种东西,也就不会不肯转让火箭技术了。

韩国之前曾经研制过K S R-1、KSR-2、KSR-3探空火箭,因此所谓“无线通信互相传输火箭速度、位置等信息的系统”可能是从探空火箭的数据传输系统衍生而来的。探空火箭的飞行距离、高度有限,采用这种方式可以解决问题。但当飞行距离远至数千千米、飞行高度高至数百千米,这种体制就不再适用了。

所以,航天大国多采用被崔圭弘所鄙视的地基、海基雷达精确监测火箭的运动参数。

目前世界上拥有完整测控网的只有美、俄、欧、中4家,印度要借助俄罗斯的测控网,而日本基本要借助美国的测控网。不但如此,美、俄、欧、中在深空探测、载人航天活动中还经常要进行双边或多边的测控协作,可见测控网是越大、越密越好。

其实这当中有个非常简单的逻辑,所有航天大国都选择的道路,必然是唯一正确的,可谓殊途同归。韩国没有采取这种设施,也可能是没有意识到航天测控和民用无线通信之间的差异。结果,就是完全不知道自己的火箭和卫星飞到哪里去了。

军工产业升级差强人意

韩国的产业升级速度,在人类文明史上是罕见的。当朝鲜战争刚刚结束的时候,韩国还是个效率低下的农业国。然而到青瓦台事件爆发时,韩国就已经是个准工业化国家了。从那以后,韩国先后在电子技术、家用电器、汽车、造船等事业上突飞猛进,一度有超越日本的势头,这就是所谓的“汉江奇迹”。在军事工业领域,韩国也陡然制造出了K-1、KDX-3、T-50、K-9等具有世界先进水平的装备。这在一定程度上或许给了韩国政府进军航天事业的信心。

问题在于,航天事业是产业升级的必然结果吗?或者说,任何国家的产业升级之路都一定会达航天领域吗?

韩国称其首枚运载火箭第二次发射时在距地70千米高空爆炸

韩国经济出口导向非常明显,为了满足出口需要,韩国政府对有国际竞争力的产业大力倾斜。出口主导产品过分集中于半导体,钢铁,汽车,机械,造船及石化等少数品种。这种出口导向型经济的致命缺陷之一,就是没有完整的工业体系。韩国的所谓产业升级,实际上是一个不断接受西方淘汰技术的过程。

根据所谓的“木桶理论”,火箭事业需要一个完整木桶,韩国却只有几块板而已。这几块板看起来诚然相当粗壮,但想要箍桶还差得远。更何况,即使所有木板都具备了,想要箍桶也还需要更高、更复杂的技术。

至于韩国军工业的突飞猛进。也是美国技术援助的结果。例如T-50“金鹰”是美国方面在帮助台湾设计“经国号”战斗机后,在其技术基础上稍加改动而成的;KDX-3护卫舰的核心系统“宙斯盾”是美国整机出口的,舰上的导弹、鱼雷等武器无一不是在美国技术转让下生产的;至于K1坦克,就是M1坦克设计师的作品。

任何国家发展某项事业,都要考虑自己的先天条件。对韩国来说,发展航天的另一个悲剧性的先天不足就是纬度。韩国身处高纬度地区,当地的地球自转速度远不如低纬度地区,因此火箭发射时所能从地球上“借”到的速度比较少。理论上说,把发射工位放在赤道上是最优的。苏联/俄罗斯同样地处高纬度地区,要发射重型航天器就必须研制重型火箭,这也是俄罗斯火箭推力巨大的外因之一。而美国、欧洲的主力发射场都设在低纬度地区。我国已经开工兴建的海南发射场同样地处低纬度地区。韩国既无能力研制重型火箭,又无条件在低纬度国家寻求建设发射场。更可悲的是,韩国即使有了重型火箭,也没有足够的土地可以兴建相应的大型航天港,如果打算填海造地,其工程量足以拖垮整个国家。

升空

对韩国火箭发展的预测

韩国并不具有从事火箭事业的基本条件,短期内也看不到扭转局面的可能性。韩国如果不放弃罗老号,就必须长期依靠俄罗斯的技术支持。但这种方法存在严重风险。俄罗斯的“安加拉”火箭目前尚未投入使用,而这次发射后,RD-191发动机就属于经过飞行验证的设备,“安加拉”可以正式进军国际市场了。一旦“安加拉”打开局面,RD-191的产能可能不足以同时支持“安加拉”和罗老号两种火箭。那么赫鲁尼切夫公司一定会优先供应自己的火箭,罗老号就要面对发动机断炊的局面。韩国航天部门当然可以高价竞购,但韩国国会未必肯点头。

罗老号运载火箭转场

韩国公开罗老号火箭发射失败有关影像

这里还要考虑RD-191涨价的可能性。俄罗斯在垄断性高技术产品的出口上经常采取跳跃式提价的方式,最明显的例子是印度购买的“戈尔什科夫”号航母,其涨价的理由和幅度犹如喜剧电影一般。在航天领域,俄罗斯的联盟TMA飞船是当今唯一可以频繁飞行的载人航天器。因此,俄罗斯正在考虑大幅度提高欧洲、美国航天员乘坐联盟TMA的费用,从每人2000万美元提到5500万美元。虽然尚未施行,但已经让欧美航天部门人心惶惶。很难保证相同的事情不会发生在RD-191上。欧美国家或许有充足的政治经济手段让俄罗斯放弃涨价的念头,韩国却没有。

在目前已经透露的消息中,并无俄罗斯向韩国转让RD-191生产技术的意向。在当前情况下,韩国可以选择仿制RD-191或再次自行研制与之相当的发动机。但韩国手中并没有RD-191实物,研制期间也未获得机会对其进行测绘,俄方甚至禁止韩国人对其拍照,因此无从仿制。如果走自行研制的道路,那么从国际惯例看,一种火箭从启动研制到首飞,大约要10年~20年,进入成熟期至少需要20年。这已经远远超过韩国当前的航天计划框架了。

因此,韩国的火箭将长期依赖俄罗斯,其发射将以极低的频率进行——这个频率由俄罗斯提供发动机的速度决定。如果韩国放弃罗老号的设计,重新研制火箭,那么尽管其在火箭发射场地、二级固体火箭、遥测遥控上获得了大量知识,但在火箭技术上的投资大半要化为乌有——一级火箭的技术积累是俄罗斯的,韩国并未获得。等到韩国自行研制出罗老号这样的火箭,航天大国的航天员可能已经在月球上开联欢会了。

中韩航天合作有机会吗?

如果韩国放弃罗老号而寻求设计新型火箭。这个抉择的时刻应该是在首批罗老号全部发射以后,也就是2015年前后。上文已经通过分析得到结论,韩国无力自己研制真正的运载火箭,如果打算继续火箭事业,唯一的办法就是再次引进。不过到那个时候,韩国应该没有太多型号可选择:欧洲、美国、日本依然不会转让技术,而俄罗斯仍然只有“安加拉”。如果发生这种情况,韩国有可能求助于中国。

中国是世界公认的航天大国。部分国外媒体认为,中国是紧随美、俄之后的世界第三航天大国。这种评价可能有“捧杀”的嫌疑,但客观上说明国外对我航天实力是认可的。因此,韩国如果在火箭技术上陷入走投无路的境地,未必不会向中国求援。

在罗老号的研制中,中国航天企业已经发挥了重要作用。根据新闻报道,2008年四川汶川地震,导致中国航天企业为韩国制造的某些部件推迟交付,也因此导致了罗老号数次推迟发射中的一次。

罗老号第二次发射惨遭坠毁

罗老号火箭发射示意图

罗老号火箭转场

罗老宇航中心,韩国教育科学技术部长官安秉万(左)与韩国航天研究所所长李柱镇在新闻发布会上

韩国民众热切期盼国产火箭发射成功

按照韩国航天技术发展的时间表,KSLV-2将在2018年首发。一般大型复杂型号的进度都要比初期计划推迟数年。因此KSLV-2能在2020年首发就算顺利。如此计算,中韩航天合作的机会可能出现在2015年~2020年间。就韩国的航天基础设施和发射场能力而言,选择中国刚刚启动研制的长征六号小型液体火箭比较合适。当然,这取决于中国的外交政策。

实际上,韩国更应当向中国寻求的,是航天测控支援。本文在前面已经分析了罗老号的测控困境。没有测控就没有航天,韩国如果坚持要把火箭之路走下去,就必须找到一个可以使用的测控网。很明显,自主建立测控网超过了韩国的财政、工业能力,也很难找到愿意接纳韩国测控站的国家。而中国在对外技术合作方面从来都禀承互惠互利的原则,不会开出韩国无法接受的价码。只要韩国对中国证明自己是一个值得合作的伙伴,应该有机会创建两国的航天合作。实际上,中国在数年前就已经启动了亚太空间合作计划,虽然目前还没有实质性的工程成果,但毕竟已经走出了第一步,韩国不妨加入其中,开创东北亚国家高技术合作的典范。

如果实现,韩国就能真正参与世界航天活动,并在部分航天产品上占有一定的市场份额。

韩国儿童自豪地观看国产火箭发射

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