藍(lán)色起源的新格倫火箭

+ 張雪松/Nemo

藍(lán)色起源的新格倫火箭

+ 張雪松/Nemo

隨著新謝潑德亞軌道火箭的連續(xù)成功發(fā)射，尤其是在它首次完成了重復(fù)使用之后，更加吸引了全球眾多目光。2016年藍(lán)色起源公司又推出新格倫火箭，給人們帶來了更大的驚喜。新格倫火箭的命名是為了紀(jì)念首位實現(xiàn)軌道飛行的美國航天員格倫，它將是藍(lán)色起源公司最小的，但也將是參與商業(yè)競爭的主力運載火箭。

一鳴驚人的新格倫火箭和BE-4發(fā)動機

亞馬遜公司的老板貝佐斯早在2000年就創(chuàng)建了藍(lán)色起源公司，是不折不扣的老資格商業(yè)航天代表人物。但長期以來藍(lán)色起源名聲不彰，事實上，藍(lán)色起源公司在商業(yè)航天公司中算是相當(dāng)激進(jìn)的角色，它最先驗證火箭的垂直發(fā)射和著陸，并申請了船上垂直降落的專利。不過由于時運不濟(jì)，它在發(fā)展過程中有些磕磕碰碰，最近兩年才步入正軌。因為有一個財大氣粗的老板，藍(lán)色起源公司無需擔(dān)心盈利問題，安心的進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，最終不鳴則已、一鳴驚人。一鳴驚人的就是新格倫火箭及其使用的液氧甲烷發(fā)動機BE-4。

藍(lán)色起源公司建立之初，缺乏火箭發(fā)動機研制經(jīng)驗，研制的第一種雙氧水火箭發(fā)動機BE-1的推力只有1噸，實在無法承擔(dān)貝佐斯的夢想。BE-2發(fā)動機使用雙氧水加煤油雙組元推進(jìn)劑，推力達(dá)到了14噸，但性能還是難以令人滿意。飛躍性的進(jìn)步發(fā)生在BE-3發(fā)動機的身上，BE-3是一種抽氣循環(huán)的液氧液氫發(fā)動機，此前只有J-2T試驗過這種循環(huán)方式，BE-3發(fā)動機的地面推力達(dá)到了約50噸，而且具有深度節(jié)流能力，推力可以在9噸到50噸之間快速調(diào)整。作為一家商業(yè)航天公司，迎難而上開發(fā)液氧液氫火箭發(fā)動機，體現(xiàn)了藍(lán)色起源公司異乎尋常的勇氣和杰出的技術(shù)，而自行研制生產(chǎn)渦輪泵，更為研制更大推力發(fā)動機奠定了堅實的基礎(chǔ)。以BE-3發(fā)動機為基礎(chǔ)，新謝潑德火箭連續(xù)成功發(fā)射。藍(lán)色起源公司還將BE-3發(fā)動機改進(jìn)為真空版的BE-3U發(fā)動機，這透露了該公司的志向高遠(yuǎn)。畢竟作為一種和我國YF-77發(fā)動機推力相近的上面級發(fā)動機，這得是多大的火箭??！它的第一級要使用什么發(fā)動機呢？

謎底很快就揭曉了，2014年9月藍(lán)色起源公司和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟正式簽訂合作協(xié)議，藍(lán)色起源公司授權(quán)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟生產(chǎn)BE-4液氧甲烷發(fā)動機。

這個BE-4是何方神圣？根據(jù)國外航天媒體報道，它是藍(lán)色起源公司2011年開始研制的新型大推力液體火箭發(fā)動機。藍(lán)色起源公司暗地里不聲不響的進(jìn)行了3年多的秘密研制，并承諾發(fā)動機可在2017年左右完成。根據(jù)官方資料，BE-4發(fā)動機是一種使用液氧甲烷推進(jìn)劑、地面推力高達(dá)2400千牛（245噸）的大推力火箭發(fā)動機，它還采用分級燃燒/高壓補燃循環(huán)，其比沖比俄國的RD-180發(fā)動機還高，并且在發(fā)動機設(shè)計上要求能夠重復(fù)使用至少25次，真是一個橫空而出的驚喜。藍(lán)色起源公司研制BE-4發(fā)動機當(dāng)然不是未卜先知，2014年的烏克蘭戰(zhàn)爭使美國國會對俄羅斯大搞禁運和航天合作禁令，它的受益者正是藍(lán)色起源公司的運載火箭，據(jù)說也是該公司最小的軌道發(fā)射運載火箭。當(dāng)時外界還猜測火箭可能類似宇宙神5火箭構(gòu)型，采用第一級雙發(fā)并聯(lián)推動起飛，但大家都小看了貝佐斯和他的藍(lán)色起源公司。2016年9月，藍(lán)色起源公司公布了新格倫火箭的基本參數(shù)，讓全世界大吃一驚。天啊，第一級7臺BE-4發(fā)動機的名為新格倫的大型運載火箭，其推力足以媲美當(dāng)時還在研制中的重型獵鷹火箭了。

貝佐斯和馬斯克的火箭較量令人期待

貝佐斯和馬斯克作為美國商業(yè)航天雙雄，難免沒有互較高下的心思。新格倫火箭研制始于2012年，分為二級火箭和三級火箭兩種構(gòu)型，第一級要具備重復(fù)使用能力，現(xiàn)在回顧其海上垂直落船回收的專利，便能知道藍(lán)色起源公司對此肯定是蓄謀已久了，只不過因為經(jīng)驗不足在研制新謝潑德火箭上耽誤了太多時間，才讓獵鷹九號火箭的海上回收試驗占盡風(fēng)頭。

根據(jù)官方數(shù)據(jù)，新格倫火箭的第一級直徑約為7米，并聯(lián)使用7臺BE-4發(fā)動機；第二級使用單臺BE-4發(fā)動機，毫無疑問它必然將通過真空性能優(yōu)化，成為未來的BE-4U發(fā)動機；第三級使用BE-3U氫氧發(fā)動機。新格倫火箭是一個直徑7米，長度82米（二級）或95米（三級）的龐然大物，而即便是最新版的獵鷹九號火箭也不過3.66米直徑、70米長。換句話說，新格倫火箭外型上幾乎相當(dāng)于一個增粗了一倍但卻更長的獵鷹九號火箭。藍(lán)色起源公司已經(jīng)買下了卡納維拉爾角的LC-36發(fā)射工位，在更新發(fā)射工位后將從這里發(fā)射新格倫火箭。

新格倫火箭體積龐大，性能也十分出色。根據(jù)2017年3月藍(lán)色起源公司發(fā)布的官方消息，二級版本的新格倫火箭的近地軌道運載能力約為45噸，同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力約為13噸。按照筆者的推算，不出意外這就是一次性使用的運載能力數(shù)據(jù)。但新格倫火箭的第一級設(shè)計上要求能夠重復(fù)使用100次，將在海面回收船上著陸，第一級設(shè)計了6條著陸腿，任意一條著陸腿失效時仍可保證著陸成功。這種失效設(shè)計可能是吸取了獵鷹九號火箭回收中一條腿失效導(dǎo)致火箭傾覆的教訓(xùn)。國外航天愛好者稱新格倫火箭使用氣動舵面減速，海上回收損失的運力較小。即使如此，由于新格倫火箭箭體重量大，整體運力損失還是比較可觀的，正常來說其運力損失會比獵鷹九號更大，樂觀推算回收版二級新格倫火箭同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力約為10噸，這是足以媲美阿里安5火箭的運載能力，或許這也是得到Eutelsat公司青睞的重要原因。Eutelsat公司已經(jīng)成為新格倫火箭的首個商業(yè)客戶，其大型通信衛(wèi)星的發(fā)射時間定于2021年，以此推斷新格倫火箭的首次發(fā)射應(yīng)該在2020年，以積累至少一次成功發(fā)射經(jīng)驗。