美國新一代大型運(yùn)載火箭“火神”發(fā)射成功，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）希望借該火箭重振雄風(fēng)，與SpaceX公司的產(chǎn)品同臺競技。 

美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月8日，搭載“游隼”（Peregrine）月球探測器等載荷的“火神”（Vulcan）VC2S運(yùn)載火箭從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角太空軍基地SLC-41工位發(fā)射升空，將“游隼”探測器送往地月轉(zhuǎn)移軌道（TLI），經(jīng)過轉(zhuǎn)移飛行，探測器將于2024年初著陸于新近命名的Sinus Viscositatis月海區(qū)域。

“火神“火箭點(diǎn)火升空，最新消息顯示，”游隼“月球探測器出現(xiàn)了燃料泄露的情況，可能影響其軟著陸月球。

被寄予厚望的“火神”

“火神”火箭的全稱是“火神-半人馬座”（Vulcan Centaur）運(yùn)載火箭，是聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）研制的一款大型運(yùn)載火箭。

這款火箭其實(shí)是ULA內(nèi)外因素刺激下的產(chǎn)物，時(shí)間回到2014年左右，當(dāng)時(shí)在美國航天發(fā)射市場幾乎一家獨(dú)大的ULA遇到了兩件“糟心”的事情：內(nèi)部“半路殺出個程咬金”——商業(yè)航天企業(yè)SpaceX公司嶄露頭角，憑借相對較低的發(fā)射報(bào)價(jià)與ULA直接競爭，后期隨著“獵鷹”9火箭可重復(fù)使用技術(shù)的成熟，進(jìn)一步壓低價(jià)格，不少訂單（甚至包括國防訂單）都被SpaceX公司搶去，讓ULA倍感壓力；外部則是2014年克里米亞危機(jī)讓俄羅斯和西方關(guān)系迅速降溫，ULA公司“宇宙神”-5火箭由于使用了俄羅斯的RD-180發(fā)動機(jī)，發(fā)射美國軍方訂單開始處處受到限制。為了應(yīng)對這些情況，ULA啟動了“火神”火箭的研制。

“火神”火箭采用兩級半構(gòu)型設(shè)計(jì)，火箭長約61米，直徑5.4米，芯一級配備兩臺藍(lán)色起源公司研制的BE-4液氧甲烷發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)采用富氧循環(huán)，海平面推力249.5噸，芯二級采用兩臺由洛克達(dá)因公司研制的RL-10C(X)氫氧發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)使用3D打印的主噴油器和主燃燒室，配備整體式輕質(zhì)復(fù)合材料噴管，真空推力10噸級，可重復(fù)啟動7次。助推器是諾·格公司研制的GEM-63XL固體助推器，直徑約1.62米，210.13噸，可根據(jù)不同運(yùn)力需要選配2、4、6枚固體助推器?；鸺畲筮\(yùn)載能力27.2噸，地球同步軌道運(yùn)載能力15.3噸，運(yùn)力在世界現(xiàn)役火箭中排名第四。

”宇宙神“-5火箭因?yàn)槭褂枚砹_斯發(fā)動機(jī)，美俄關(guān)系遇冷后，該火箭也不受待見。

液氧甲烷火箭發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括：比沖高、維護(hù)方便、易于獲取、發(fā)射成本低，此外，甲烷冷卻性能好，適用于全流量補(bǔ)燃循環(huán)方案，能夠兼顧高性能和重復(fù)使用需求，為了降低成本，“火神”火箭除了使用液氧甲烷發(fā)動機(jī)，也考慮了可重復(fù)使用技術(shù)?！盎鹕瘛被鸺鶕?jù)可重復(fù)使用要求提出了敏感模塊自主返回技術(shù)（SMART）。在一、二級分離后，火箭一級發(fā)動機(jī)將脫離，并在充氣式熱防護(hù)罩的保護(hù)下再入大氣層，然后依靠降落傘減速，最后由直升機(jī)在空中回收。ULA公司表示推進(jìn)系統(tǒng)成本占整個一級成本的65%，一級發(fā)動機(jī)的回收利用將會使一級推進(jìn)系統(tǒng)成本降低90%，而這種僅回收關(guān)鍵部件的方式將比SpaceX公司回收整個子級箭體的方式更加簡單和易于實(shí)現(xiàn)。但現(xiàn)在首飛的“火神”火箭還沒使用這種技術(shù)，該技術(shù)的研制進(jìn)展也比較緩慢，技術(shù)成熟尚需時(shí)日。

“火神”火箭成熟后將替代“宇宙神”-5系列火箭和“德爾塔”-4系列兩款火箭，成為ULA接下來的“當(dāng)家花旦”?！坝钪嫔瘛?5系列火箭是洛克希德·馬丁公司產(chǎn)品，最大運(yùn)載能力18.85噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道最大運(yùn)載能力8.9噸。該型火箭服役已經(jīng)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，目前還剩16次發(fā)射。“德爾塔”-4系列火箭由波音公司研制，最大運(yùn)載能力28.8噸（“德爾塔”-4H），該火箭在2023年6月執(zhí)行了其服役生涯的倒數(shù)第二次發(fā)射，計(jì)劃在2024年完成最后一次發(fā)射后退出歷史舞臺。

”火神“火箭芯一級配備了兩臺BE-4液氧甲烷發(fā)動機(jī)。

不確定的未來 

然而，這款被ULA寄予厚望的火箭卻有點(diǎn)不爭氣，研制過程問題頻出，發(fā)射時(shí)間一推再推，原計(jì)劃在2019年左右首飛的“火神”被推遲到今年1月，該火箭甚至被戲稱為火箭里的“鴿王”。

首先是火箭主發(fā)動機(jī)的選型，為了降低成本和可重復(fù)使用，ULA最終選擇了藍(lán)色起源公司的BE-4液氧甲烷發(fā)動機(jī)。但這款發(fā)動機(jī)在研制過程中卻遇到了不少問題，發(fā)動機(jī)在2017年進(jìn)行測試，從50%到70%推力測試表現(xiàn)尚可，有過1800秒以上穩(wěn)定工作記錄，但是后面一直無法突破73%這一大關(guān)。2019年，藍(lán)色起源宣布將會整個重新設(shè)計(jì)燃?xì)獍l(fā)生和渦輪泵系統(tǒng)，但后續(xù)試車又發(fā)現(xiàn)泵系穩(wěn)定性存在缺陷，還出現(xiàn)爆炸的問題。最近的一次爆炸還發(fā)生在2023年6月，當(dāng)時(shí)，在得克薩斯州西部的試驗(yàn)場，藍(lán)色起源公司的一臺BE-4液氧甲烷發(fā)動機(jī)在熱試車時(shí)，點(diǎn)火僅10秒后便發(fā)生猛烈爆炸，發(fā)動機(jī)與試車臺均在爆炸中嚴(yán)重?fù)p毀。BE-4發(fā)動機(jī)問題不斷是“火神”火箭屢屢推遲的主要原因，ULA曾多次公開抱怨：“BE-4發(fā)動機(jī)是火神火箭首飛的最大障礙”。

測試中的BE-4發(fā)動機(jī)

二級發(fā)動機(jī)表現(xiàn)也曾讓ULA“捏一把汗”。去年3月29日，“火神”火箭的“半人馬座V”氫氧上面級結(jié)構(gòu)件在馬歇爾太空飛行中心開展資格認(rèn)證測試時(shí)發(fā)生大爆炸，調(diào)查顯示，該燃料箱存在結(jié)構(gòu)問題。ULA在6月24日的一份報(bào)告中指出，“半人馬座V”火箭的薄壁壓力穩(wěn)定油箱在發(fā)射前需要在前圓頂頂部進(jìn)行輕微加固操作。這次爆炸也增加了外界對該火箭可靠性的質(zhì)疑。

對于ULA來說，雖然“火神”火箭磕磕絆絆，但這次首飛成功終于可以稍微松一口氣，接下來可以上桌與競爭對手SpaceX公司“掰掰手腕”。由美國洛克希德·馬丁和波音公司在2006年聯(lián)合組建ULA曾憑借壟斷地位，一度在美國發(fā)射市場呼風(fēng)喚雨，從2006年至2015年可以說是“躺著賺錢”，大量美國國內(nèi)發(fā)射合同尤其是國防載荷基本都有ULA納入囊中，發(fā)射成功率也是百分之百（發(fā)射次數(shù)超過155次）。而且2020年以前，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟每年從軍方不僅獲得大量發(fā)射合同，還有年均10億美元的“發(fā)射能力維持補(bǔ)貼”。

但“躺著賺錢”的日子隨著SpaceX公司這條“鯰魚”的出現(xiàn)逐漸結(jié)束，SpaceX公司憑借著可重復(fù)使用的“獵鷹”9火箭和更低的管理成本，將發(fā)射報(bào)價(jià)壓至約ULA報(bào)價(jià)的一半。ULA的報(bào)價(jià)普遍在1億美元以上，“德爾塔”-4H重型火箭報(bào)價(jià)甚至超過2億美元，而SpaceX公司的報(bào)價(jià)有不少在5400萬美元左右，遠(yuǎn)低于ULA。為了獲得更多發(fā)射訂單，2014年，SpaceX公司起訴美國軍方，稱在競標(biāo)國家安全任務(wù)時(shí)美國軍方偏袒ULA，經(jīng)過一番調(diào)解，SpaceX公司撤訴，軍方逐步授予SpaceX公司相關(guān)合同，并于2017首次發(fā)射國家安全載荷，多次為美國軍方發(fā)射X-37B軌道飛行器、GPS衛(wèi)星等航天器。

看到SpaceX公司能夠用同樣的錢辦更多的事，美國軍方也是樂見SpaceX公司和ULA展開競爭。之后，美國軍方對“國家安全發(fā)射”（NSSL）項(xiàng)目第二階段進(jìn)行了招標(biāo)，2020年，經(jīng)過兩輪激烈的競爭之后，美國空軍宣布ULA和SpaceX公司中標(biāo)，兩家公司將分別以60%、40%比例瓜分從2022年到2026年預(yù)計(jì)總數(shù)為30至34次的高價(jià)值國防發(fā)射任務(wù)合同，價(jià)值總額高達(dá)50億美元。雖然ULA占了大頭，但為什么更高的報(bào)價(jià)卻能夠獲得更多的合同，只能說“懂得都得”。

除了美國官方的發(fā)射任務(wù)需求，需求旺盛的商業(yè)航天發(fā)射服務(wù)也會讓“火神”火箭分得一杯羹。2022年4月5日，亞馬遜宣布選擇阿麗亞娜太空公司、藍(lán)色起源和ULA為其柯伊伯（Kuiper）低軌互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)射3236顆衛(wèi)星，ULA便采購了大量的火箭發(fā)動機(jī)，包括一次性采購了116臺RL10C-X發(fā)動機(jī)，贏得亞馬遜的合同將使該型火箭的年發(fā)射次數(shù)增加一倍多，達(dá)到每年25次。

雖然“火神”火箭的前景是比較光明的，但依然存在一些不確定性，因?yàn)閁LA可能被整體出售。去年4月，據(jù)美媒報(bào)道，ULA已經(jīng)被擺上“貨架”，波音和洛·馬公司有意出售ULA。2023年12月，有報(bào)道稱，亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯的藍(lán)色起源公司以及另一家私募股權(quán)公司有意收購聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA），而藍(lán)色起源公司正在研制“新格倫”火箭，這款運(yùn)載能力達(dá)到45噸的可重復(fù)使用火箭運(yùn)載能力比“火神”更強(qiáng)，如果ULA真的被藍(lán)色起源公司收購，很可能上演“半路收養(yǎng)的孩子”和“親生孩子”爭寵的戲碼，至于結(jié)果，時(shí)間會給出答案。