世界航天新科技檔案（一）各國新型火箭（中）

+ 劉進(jìn)軍

5 “阿麗亞娜-6”重型火箭

“阿麗亞娜-6”（Ariane-6）火箭是歐空局正在開發(fā)的運(yùn)載火箭，由阿麗亞娜集團(tuán)研制，研制費(fèi)用36億歐元。它將成為“阿麗亞娜”運(yùn)載火箭家庭新的成員，計(jì)劃在2020年進(jìn)行第一次試飛?！鞍Ⅺ悂喣?6”的運(yùn)載能力可比肩美國“大力神-4”、“火神”，及日本“H-3”火箭。

“阿麗亞娜-6”火箭分為2種型號(hào)

按照助推器的數(shù)量分為：

“阿麗亞娜-6 2”、“阿麗亞娜-6 4”。

“阿麗亞娜-6”火箭主要參數(shù)

“阿麗亞娜-6 2”“阿麗亞娜-6 2”為中型火箭，設(shè)計(jì)有2個(gè)“P120”固體助推器，發(fā)射重量530噸。

“阿麗亞娜-6 4”“阿麗亞娜-6 4”為重型火箭，設(shè)計(jì)有4個(gè)“P120”固體助推器，發(fā)射重量大約860噸。

應(yīng)用新技術(shù)：

對(duì)比“阿麗亞娜-5”運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射臺(tái)上之前采用的垂直組裝、垂直運(yùn)輸和垂直點(diǎn)火的方法，“阿麗亞娜-6”火箭采用了水平組裝、水平運(yùn)輸和垂直點(diǎn)火?！鞍Ⅺ悂喣?6”的主要箭體在新的綜合組裝廠水平組裝，然后運(yùn)往法屬圭亞那太空中心。在那里，它們將豎立起來，并與助推器和有效載荷結(jié)合。蘇俄是水平組裝、水平運(yùn)輸和垂直點(diǎn)火的鼻祖，例如“聯(lián)盟”和“質(zhì)子”火箭；美國“德爾塔-4”、“獵鷹-9”火箭也采用了水平組裝、水平運(yùn)輸和垂直點(diǎn)火。這種方法可以減少該流程中一半的費(fèi)用。

為了節(jié)省成本，阿麗亞娜集團(tuán)完全改變了工業(yè)生產(chǎn)過程，允許同步的工作流程在幾個(gè)歐洲生產(chǎn)站點(diǎn)之間移動(dòng)，以月度節(jié)奏制造火箭，保證每年12次發(fā)射，比“阿麗亞娜-5”火箭增加一倍產(chǎn)量。為了進(jìn)一步降低價(jià)格，“阿麗亞娜-6”發(fā)動(dòng)機(jī)部分組件將使用3D打印技術(shù)。

首次采用激光點(diǎn)火的火箭：

激光點(diǎn)火系統(tǒng)由位于奧地利的卡林西亞研究中心研發(fā)。以前，激光點(diǎn)火系統(tǒng)常用于汽車和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它比電子點(diǎn)火系統(tǒng)更優(yōu)秀。激光點(diǎn)火系統(tǒng)采用固體激光器，位置在燃燒室之內(nèi)。它的好處是：更穩(wěn)定、更靈活，提供更高的脈沖力量，并且能容忍更寬范圍的燃料以及空氣混合物比率。

降成本與競爭：

最初，“阿麗亞娜-6”設(shè)計(jì)為固體燃料火箭。2014年12月，歐空局局長會(huì)議決定了最終的設(shè)計(jì)：液體燃料的芯級(jí)火箭與固體燃料的助推器?！鞍Ⅺ悂喣?6”的科學(xué)目標(biāo)是：“阿麗亞娜-6”替換“阿麗亞娜-5”，節(jié)省一半費(fèi)用，并且允許每年發(fā)射的次數(shù)加倍。2014年時(shí)官方預(yù)估估其每次發(fā)射成本為：“阿麗亞娜-6 4”9000萬歐元，“阿麗亞娜-6 2”7500萬歐元。雖然與同系列火箭相比已經(jīng)降低了成本，但“阿麗亞娜-6”在國際上面臨著更嚴(yán)酷的競爭——運(yùn)力與之相當(dāng)?shù)拿绹仗剿骷夹g(shù)公司的“大獵鷹（BFR）”火箭，完全可重復(fù)使用，在多次復(fù)用的理想情況下，每次發(fā)射成本將降至700萬美元?？磥碓谙冗M(jìn)技術(shù)和咄咄逼人的對(duì)手面前，歐空局、阿麗亞娜集團(tuán)要為市場前途頭疼了。

第1級(jí)火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)——“火神-2.1”

“阿麗亞娜-6”火箭與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管布局

“阿麗亞娜-6”由3個(gè)主要結(jié)構(gòu)和推進(jìn)劑系統(tǒng)組成：

第1級(jí)火箭：稱為下部液體推進(jìn)模塊。它直徑為5.4米，安裝1臺(tái)“Vulcain 2.1”（火神）發(fā)動(dòng)機(jī)，推進(jìn)劑為液氫液氧?！癡 u l c a i n 2.1”發(fā)動(dòng)機(jī)是“阿麗亞娜-5”發(fā)動(dòng)機(jī)“V u l c a i n 2”的升級(jí)版本，含有大約1 4 0噸的推進(jìn)劑。

固體火箭助推器：第1級(jí)火箭的附加推力由2個(gè)或4個(gè)“P120”固體火箭助推器提供。助推器包含大約142噸推進(jìn)劑，提供4500千牛推力。此外，“P120”固體助推器還能作為升級(jí)版的“織女星-C”和“織女星-E”的第1級(jí)火箭。2018年7月16日，在法屬圭亞那發(fā)射場第一次全面測試了該固體火箭助推器，成功完成測試，真空推力達(dá)到4615千牛。

第2級(jí)火箭：稱為上部液體推進(jìn)模塊。它同樣具有5.4米直徑，推進(jìn)劑也是液氫液氧。它由“達(dá)芬奇”發(fā)動(dòng)機(jī)提供180千牛推力，具備多次啟動(dòng)能力。第2級(jí)火箭裝載大約31噸推進(jìn)劑。

6 “H-3”火箭

“H-3”運(yùn)載火箭是日本開發(fā)的一種中型火箭發(fā)射系統(tǒng)，將從日本種子島宇中心發(fā)射。目前，“H-3”火箭已經(jīng)被安排了2020年～2024年的10次發(fā)射任。首次發(fā)射，指日可待。

共同研發(fā)：

2013年5月17日，日本政府授權(quán)研發(fā)“H-3”運(yùn)載火箭。由日本三菱公司和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）共同負(fù)責(zé)“H-3”火箭的設(shè)計(jì)、制造和操作。JAXA負(fù)責(zé)初步設(shè)計(jì)，地面設(shè)施的準(zhǔn)備，并為“H-3”火箭開發(fā)新技術(shù)；三菱重工公司負(fù)責(zé)制造。

降低成本：

據(jù)計(jì)劃，“H-3”火箭研制費(fèi)用約50億日元。“H-3”與“H-2A”相比，發(fā)動(dòng)機(jī)更便宜，因此在較短的時(shí)間內(nèi)，制造新的運(yùn)載火箭將更具成本效益，風(fēng)險(xiǎn)更小?；鸺O(shè)計(jì)的主要重點(diǎn)是降低成本，為客戶提供一次發(fā)射服務(wù)的成本將控制在5000萬～6500萬美元的范圍內(nèi)。2018年，三菱重工公司公布的目標(biāo)是使“H-3”火箭發(fā)射的價(jià)格與美國太空探索技術(shù)公司的“獵鷹-9”火箭相當(dāng)。“H-3”火箭將擁有多任務(wù)發(fā)射能力，但三菱重工公司更專注于專用發(fā)射，以便為客戶保證優(yōu)先級(jí)排定計(jì)劃。

“H-3”火箭主要參數(shù)

“H-3”火箭共有4種型號(hào)：“H3-30S”、“H3-22S”、“H3-32L”和“H3-24L”

火箭型號(hào)的含義：

每種H3火箭型號(hào)都綴以一個(gè)兩位數(shù)和一個(gè)字母,表明配置的功能。第一個(gè)數(shù)字表示“LE-9”發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量，即“2”或“3”；第二個(gè)數(shù)字表示連接到火箭底座的“SRB-3”固體火箭助推器的數(shù)量，可以是“0”、“2”或“4”，所有的固體推進(jìn)器的布局是對(duì)稱的；最后的一個(gè)字母表示整流罩的長度，短以“S”表示，長以“L”表示。例如：“H3-24L”型火箭有2臺(tái)“LE-9”發(fā)動(dòng)機(jī)，4個(gè)固體火箭助推器，配置長整流罩；“H3-30S”型火箭有3臺(tái)“LE-9”發(fā)動(dòng)機(jī),，沒有固體火箭助推器，配置短整流罩。

7 “太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）超重型火箭

美國宇航局（NASA）下一階段目標(biāo)：登陸月球、火星、小行星。為此，制定了“太空發(fā)射系統(tǒng)”計(jì)劃，花費(fèi)血本，研發(fā)各種航天器。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）火箭是繼承美國航天飛機(jī)技術(shù)成果的超重型運(yùn)載火箭，它的總推力比目前史上最大火箭“土星-5”還高20%。它是美國宇航局深空探索計(jì)劃的一部分，包括火星載人使命。截至目前，“太空發(fā)射系統(tǒng)”已計(jì)劃了13次飛行。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭，比美國的土星-5、戰(zhàn)神-5，蘇俄的能源、N-1，太空探索技術(shù)公司的獵鷹-重型、大獵鷹，藍(lán)色起源的新格倫，都要每次發(fā)射成本大約為5億美元。

起源：

隨著“星座”計(jì)劃取消、航天飛機(jī)退役，2010年，美國宇航局授權(quán)法案設(shè)想將“星座”計(jì)劃的“戰(zhàn)神-1”和“戰(zhàn)神-5”火箭設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成一種單一載人或貨物使用的運(yùn)載火箭，類似于“戰(zhàn)神-4”概念。這種能夠載人登陸月球、火星、小行星的火箭就是——“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭。隨著時(shí)間推移，“太空發(fā)射系統(tǒng)”極速升級(jí)，演變?yōu)楦鼜?qiáng)大的火箭。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”的制造商包括美國波音、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟、諾斯羅普·格魯曼、航空噴氣-洛克達(dá)因等公司。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”四種型號(hào)：

“太空發(fā)射系統(tǒng)-1”低軌道運(yùn)載能力為70噸；“太空發(fā)射系統(tǒng)-1B”低軌道運(yùn)載能力為105噸；“太空發(fā)射系統(tǒng)-2”低軌道運(yùn)載能力為130噸。所有型號(hào)使用相同的芯級(jí)火箭，配備4個(gè)RS-25d/E發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的原始型號(hào)曾是航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）超重型火箭

“RL-10”發(fā)動(dòng)機(jī)

太空發(fā)射系統(tǒng)火箭第2級(jí)使用的“RL-10”發(fā)動(dòng)機(jī)，是美國研制的世界首臺(tái)氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。1950年代，馬歇爾航天飛行中心、普拉特和惠特尼開始研發(fā)“RL-10”發(fā)動(dòng)機(jī)，1961年進(jìn)行了第一次飛行。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭主要參數(shù)

發(fā)射任務(wù)規(guī)劃：

“太空發(fā)射系統(tǒng)”載人火箭發(fā)射“獵戶座”飛船，能運(yùn)送4名宇航員。目的地是月球、火星、小行星和絕大多數(shù)拉格朗日點(diǎn)。如果必要的話，它還支持前往國際空間站。2 0 2 0年6月，“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭將在美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心首發(fā)，執(zhí)行無人的“探索任務(wù)-1”計(jì)劃，前往月球；而載人飛行任務(wù)最早要到2 0 2 2年。

“太空發(fā)射系統(tǒng)”貨運(yùn)火箭的任務(wù)是運(yùn)送登月和行星際飛行的登陸艙等貨物。2 0 2 4年8月，“太空發(fā)射系統(tǒng)”貨運(yùn)火箭將首次發(fā)射，前往火星。屆時(shí)，一場火星飛船與火星登陸艙在太空對(duì)接的大戲?qū)⑸涎荨?/p>

成本高昂：

2 0 1 1年9月，美國宇航局稱：2 0 1 7年前，“太空發(fā)射系統(tǒng)”計(jì)劃預(yù)計(jì)總成本大約1 8 0億美元，其中“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭1 0 0億，“獵戶座”多功能飛船6 0億美元，肯尼迪航天中心發(fā)射臺(tái)和其他設(shè)施2 0億美元。到2 0 2 5年，“太空發(fā)射系統(tǒng)”計(jì)劃預(yù)計(jì)總成本將達(dá)2 4 0億美元。

8 “新格倫”重型火箭

貝佐斯，美國企業(yè)家、投資者、慈善家，全球最大在線零售商亞馬遜的創(chuàng)始人、董事長和首席執(zhí)行官，以及世界首富。他認(rèn)為：擁有金錢和財(cái)富是人生的一大理想，但為人類和未來做出貢獻(xiàn)才是人生的最大理想與價(jià)值體現(xiàn)。

怎樣為人類和未來做出貢獻(xiàn)呢？

2000年，貝佐斯創(chuàng)辦了一家航空航天公司——藍(lán)色起源（Blue Origin），實(shí)現(xiàn)人生理想，增加商業(yè)利益。2015年，藍(lán)色起源公司第一枚火箭試飛成功，第一次到達(dá)了太空。目前，他們正在全力研制“新格倫”（New Glenn）重型火箭。

“新格倫”火箭主要參數(shù)

第2級(jí)火箭

“新格倫”重型火箭，比美國的土星C-3、德爾塔-4、火神、中國的長征-5更大。

美國宇航局感嘆道：科技迅猛，后生可畏！

造火箭的世界首富：杰夫·貝佐斯

1964年1月12日，杰弗·貝佐斯出生于美國新墨西哥州阿爾伯克基。他從小聰明膽大，特別調(diào)皮，在德克薩斯州的休斯敦長大。休斯敦，號(hào)稱“火箭城”，坐落著美國宇航局約翰遜航天中心。貝佐斯從小耳聞目染，立志投身宇航事業(yè)。1986年，貝佐斯畢業(yè)于普林斯頓大學(xué)，擁有電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)位。1986年～1994初，他在華爾街從事各種相關(guān)領(lǐng)域的工作，但從來沒有忘記太空和宇航夢。

1994年下半年，貝佐斯從紐約市到西雅圖進(jìn)行越野旅行，途中順便創(chuàng)辦了一個(gè)網(wǎng)上書店——亞馬遜。幾年內(nèi)亞馬遜公司迅速擴(kuò)張，從一個(gè)網(wǎng)上書店，擴(kuò)展到提供各種產(chǎn)品和服務(wù)的電商平臺(tái)，包括視頻和音頻流。目前，亞馬遜公司通過亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Amazon Web Service，AWS），成為全球最大的互聯(lián)網(wǎng)電商公司，也是全球最大的云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商。之后，貝佐斯進(jìn)行了一系列商業(yè)收購，包括買下了《華盛頓郵報(bào)》。2018年3月6日，54歲的貝佐斯正式被福布斯雜志評(píng)為世界上最富有的人，凈資產(chǎn)為1120億美元。

繪制：杜仁杰

自掏腰包搞火箭，源于5歲時(shí)的太空夢：

近些年，貝佐斯每年個(gè)人投入10億美元于藍(lán)色起源。他曾表示從5歲開始癡迷于太空和火箭發(fā)射：

“我看過阿波羅計(jì)劃，看過阿姆斯特朗和奧爾德林登月。我不后悔，我就是喜歡。我對(duì)它傾注了很多，終生如此。”

“新格倫”重型火箭

藍(lán)色起源，步步為營

這是一家航空航天制造商和航天服務(wù)企業(yè)，總部設(shè)在華盛頓的肯特。公司名字的含義是：以藍(lán)色行星——地球作為飛向太空的起源點(diǎn)。藍(lán)色起源公司推崇真正的、極致的創(chuàng)新。目前，藍(lán)色起源公司擁有1500名員工，正在開發(fā)各種航天技術(shù)和太空技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)火箭動(dòng)力垂直起飛和垂直著陸。它采用循序漸進(jìn)的方法，從亞軌道到軌道飛行，每個(gè)發(fā)展步驟都建立最先進(jìn)、最科學(xué)、最新穎的程序和計(jì)劃。正應(yīng)了貝佐斯的拉丁文座右銘——步步為營！15年時(shí)間，藍(lán)色起源公司從無到有，從小到大，從成功到更大成功。

藍(lán)色起源致力于開發(fā)火箭復(fù)用技術(shù)，目標(biāo)是大大降低成本和提高可靠性，讓更多的人類進(jìn)入太空。

③新格倫（New Glenn）火箭

約翰·格倫 John Glenn

美國第一位環(huán)繞地球飛行的宇航員，藍(lán)色起源的“新格倫”火箭正是以他的名字命名。

“新格倫”火箭：

最近幾年，藍(lán)色起源公司的戰(zhàn)略發(fā)生戲劇性變化。2014年，它最初作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商，為美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟研制新的大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)——“BE-4”，后來移動(dòng)到載人飛船、重型火箭。2015年,藍(lán)色起源公司宣布：我們將研制和發(fā)射自己的重型運(yùn)載火箭——“新格倫”（New Glenn），從佛羅里達(dá)州海岸飛上太空，登陸月球、火星、小行星和飛向深空。

2017年9月,貝佐斯個(gè)人投入了25億美元，研制“新格倫”重型火箭。2018年，藍(lán)色起源公司雇用各種火箭專家，包括60位曾供職于太空探索技術(shù)公司的工程師，集中研發(fā)“新格倫”火箭。

“新格倫”重型火箭是一種可重復(fù)使用的火箭。藍(lán)色起源公司的野心很大，理想更大，一開始就就把目光投向了重型火箭，而非逐步迭代，從小型到中型再至重型。

①新謝潑德（New Shepard）火箭

艾倫·謝潑德 Alan Shepard

美國第一位進(jìn)入太空的宇航員，藍(lán)色起源研制的“新謝潑德”火箭正是以他的名字命名。

“新謝潑德”火箭：

2015年4月,藍(lán)色起源進(jìn)行了“新謝潑德”太空艙和火箭的首次飛行測試，火箭成功飛躍卡門線，進(jìn)入太空，馬赫數(shù)超過3，達(dá)到3675千米/小時(shí)的最高速度。隨后太空艙和火箭助推器成功返回地面軟著陸,實(shí)現(xiàn)了人類首次火箭亞軌道回收，重復(fù)使用成為可能，為未來開展更為經(jīng)濟(jì)的亞軌道旅游服務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

到2018年4月，“新謝潑德”火箭共進(jìn)行了8次飛行測試，每次均超過100千米高度,發(fā)射、助推器回收成功率100%。這個(gè)成就讓世界航天界刮目相看。

②“B E-4”液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)

B E-4發(fā)動(dòng)機(jī)研制歷程：

2014年，啟動(dòng)研制；

2017年10月，進(jìn)行了第一次測試；

2018年3月14日，進(jìn)行了持續(xù) 114 秒 65% 推力測試；

2018年9月11日，藍(lán)色起源CEO Bob Smith宣布，BE-4已經(jīng)完成了200秒的發(fā)動(dòng)機(jī)試車，將在今年年底前完成余下的測試。

出色的節(jié)流能力：

雖然BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)室壓只有13.4兆帕，不算太高，但它繼承了藍(lán)色起源公司發(fā)動(dòng)機(jī)一貫的高節(jié)流特色，推力可以在20%到100%之間調(diào)節(jié)。這樣的節(jié)流能力已經(jīng)超過了太空探索技術(shù)公司以高節(jié)流著稱的灰背隼（Merlin）發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣做的目的當(dāng)然是為了多次復(fù)用。

藍(lán)色起源公司研制的新型發(fā)動(dòng)機(jī)——“BE-4”

BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱點(diǎn)火