美国新一代火箭“火神”首飞成功能否帮助ULA重拾辉煌？

美国新一代大型运载火箭“火神”发射成功。联合发射联盟（ULA）希望利用火箭重拾辉煌，与该公司的产品展开竞争。

美国当地时间1月8日，搭载游隼月球探测器等有效载荷的火神VC2S运载火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空部队站的SLC-41站发射升空。，将把“游隼”探测器送入地月转移轨道（TLI）。转场飞行结束后，探测器将于2024年初降落在新命名的月窦海域。

“火神”火箭点火并升空。最新消息显示，“游隼”月球探测器发生燃料泄漏，可能会影响其月球软着陆。

被寄予厚望的“火神之神”

“火神”火箭的全称是“火神-半人马座”（-）运载火箭。它是联合发射联盟（ULA）研制的大型运载火箭。

这枚火箭其实是ULA内外因素共同作用的产物。早在2014年左右，几乎是美国航天发射市场霸主的ULA就遭遇了两件“糟糕”的事情：内部“半途而废”、“咬金”——商业航天公司纷纷涌现，凭借自身优势与ULA直接竞争。上市报价相对较低。后来，随着“猎鹰9号”火箭的复用技术的成熟，进一步压低了价格，很多订单（甚至国防订单）都被企业抢走了，让ULA面临压力；对外，2014年的克里米亚危机让俄罗斯与西方的关系迅速降温，而ULA公司的Atlas-5火箭由于采用了俄罗斯RD-180发动机，美军的订单到处都受到限制。针对这些情况，ULA启动了“火神”火箭的研制。

“火神”火箭采用两级半构型设计。火箭长约61米，直径5.4米。核心之一级配备两台蓝色起源公司开发的BE-4液氧甲烷发动机。发动机使用富氧循环。海平面推力249.5吨，核心第二级采用两台公司研发的RL-10C(X)氢氧发动机。该发动机采用3D打印主喷油器和主燃烧室，配备整体轻质复合材料喷嘴，具有10吨级真空推力，可重复启动7次。该助推器为诺斯罗普·格鲁曼公司研制的GEM-63XL固体助推器，直径约1.62米，重量210.13吨。根据不同运力需求，可配备2个、4个或6个固体助推器。火箭更大运载能力为27.2吨，地球同步轨道运载能力为15.3吨。其运载能力在世界现役火箭中排名第四。

由于Atlas-5火箭使用的是俄罗斯发动机，该火箭在美俄关系转冷后并没有受到欢迎。

液氧甲烷火箭发动机的优点包括：比冲高、易于维护、易于获取、发射成本低。另外，甲烷冷却性能好，适合全流补燃循环方案，并能兼顾高性能和重复利用要求。为了降低成本燃火神途，“火神”火箭除了采用液氧和甲烷发动机外，还考虑了可重复使用技术。火神火箭基于可重复使用性要求，提出了敏感模块自主返回技术（ *** ART）。之一级和第二级分离后，火箭的之一级发动机将在充气隔热罩的保护下脱离并重新进入大气层，然后依靠降落伞减速，最后在空中回收一架直升机。 ULA表示，推进系统的成本占整个之一阶段成本的65%。一级发动机的回收将使一级推进系统的成本降低90%。这种仅回收关键部件的方法将比回收整个次级火箭更有效。物理方法更简单且更容易实现。不过，已经首飞的火神火箭还没有使用这项技术。这项技术的发展也进展缓慢，技术成熟还需要时间。

当火神火箭成熟后，将取代Atlas-5系列火箭和Delta-4系列火箭，成为ULA的下一个“大明星”。 Atlas-5系列火箭是洛克希德·马丁公司的产品，更大运载能力为18.85吨，地球静止转移轨道更大运载能力为8.9吨。该型火箭已进入服役倒计时，还剩 16 次发射。 “德尔塔”-4系列火箭由波音公司研制，更大运载能力为28.8吨（“德尔塔”-4H）。该火箭于2023年6月进行了服役生涯的倒数第二次发射，计划于2024年发射。完成最后一次发射后，它退出了历史舞台。

“火神”火箭核心之一级配备两台BE-4液氧甲烷发动机。

不确定的未来

不过，这款被ULA寄予厚望的火箭却有点令人失望。开发过程中问题频出，上线时间一推再推。原计划2019年左右首飞的“火神”被推迟到今年1月。他甚至被称为火箭队的“鸽王”。

首先是火箭主机的选型。为了降低成本并保证可重复使用性，ULA最终选择了蓝色起源的BE-4液氧甲烷发动机。然而这款发动机在研发过程中遇到了很多问题。该发动机于2017年进行了测试，推力测试从50%到70%的表现是可以接受的。曾有超过1800秒的稳定工作记录，但一直无法突破73%。这个标记。 2019年，蓝色起源宣布将彻底重新设计燃气发电和涡轮泵系统，但随后的测试却暴露了泵系统稳定性缺陷和爆炸问题。最近一次爆炸发生在2023年6月。当时，在德克萨斯州西部的一个试验场，蓝色起源的一台BE-4液氧甲烷发动机在热测试时点火后仅10秒就发生剧烈爆炸。发动机和试验台均在爆炸中严重受损。 BE-4发动机问题是火神火箭一再延误的主要原因。 ULA多次公开抱怨：“BE-4发动机是火神火箭首飞的更大障碍。”

测试中的BE-4发动机

副发动机的表现也让ULA“捏了一把汗”。去年3月29日，火神火箭的半人马V号氢氧上级结构件在马歇尔太空飞行中心进行资格测试时发生爆炸。调查显示油箱存在结构问题。 ULA 在 6 月 24 日的报告中指出，半人马座 V 火箭的薄壁压力稳定燃料箱在发射前需要对前圆顶顶部进行少量加固操作。这次爆炸也增加了人们对火箭可靠性的怀疑。

对于ULA来说，虽然“火神”火箭一直磕磕绊绊，但在首飞成功后终于可以松口气了，接下来就可以上桌与竞争对手公司“摔跤”了。 ULA于2006年由美国洛克希德·马丁公司和波音公司联合成立，曾凭借垄断地位统治美国发射市场。 2006年到2015年，可以说是“躺着赚钱”，拥有大量美国国内发射合同，尤其是大部分国防有效载荷都被ULA收入囊中，发射成功率也是100 %（超过 155 次启动）。而且，在2020年之前，联合发射联盟不仅每年从军方获得大量发射合同，还平均每年获得10亿美元的“发射能力维护补贴”。

但随着公司“鲶鱼”的出现，“躺着赚钱”的日子逐渐结束了。该公司依靠可重复使用的“猎鹰”9号火箭和较低的管理成本，将发射报价降低至ULA报价左右。一半。 ULA的报价普遍在1亿美元以上，“德尔塔”-4H重型火箭的报价甚至超过2亿美元。很多公司的报价都在5400万美元左右，远低于ULA。为了获得更多发射订单，该公司于2014年起诉美军，声称美军在竞标国家安全任务时偏袒ULA。经过一番调解，该公司撤回了诉讼，军方逐渐授予该公司相关合同，并于2017年首次发射国家安全有效载荷，曾多次为美军发射X-37B轨道器、GPS卫星等航天器。

看到该公司用同样的钱可以做更多的事情，美国军方也很高兴看到该公司与 ULA 竞争。随后，美军启动了国家安全发射（NSSL）项目第二阶段的招标。 2020年，经过两轮激烈竞争，美国空军宣布ULA及该公司中标。两家公司将支付60%、40%的高价值国防发射任务合同份额，预计2022年至2026年总计30至34个，总价值高达50亿美元。虽然ULA占大多数，但为什么报价越高可以获得更多的合同呢？我只能说“大家都知道”。

除了美国官方的发射任务需求之外，需求旺盛的商业航天发射服务也将为火神火箭分一杯羹。 2022 年 4 月 5 日，亚马逊宣布已选择阿丽亚娜航天公司、蓝色起源公司和 ULA 为其柯伊伯（）低轨道互联网星座发射 3,236 颗卫星。 ULA 购买了大量火箭发动机，其中包括一次性采购。赢得亚马逊 116 台 RL10C-X 发动机的合同将使火箭的年度发射次数增加一倍以上，达到每年 25 次。

虽然火箭的未来比较光明，但仍然存在一些不确定性，因为ULA可能会整体出售。去年4月，美国媒体报道称ULA已被“搁置”，波音和洛克希德·马丁公司有意出售ULA。 2023年12月，有报道称，亚马逊创始人杰夫·贝索斯的蓝色起源和另一家私募股权公司有意收购联合发射联盟（ULA），而蓝色起源正在开发“新格伦”火箭，这种搭载可重复使用的火箭45吨的运载能力比“火神”号具有更强的运载能力。如果ULA真的被蓝色起源收购，很可能上演一出“养子”和“亲生孩子”争宠的大戏。至于结果如何，时间会给出答案。