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一子级回收失败!新格伦火箭首飞收获不完美成功

来源:中国航天报发表时间:2025-01-17 09:21:18浏览量:25

北京时间1月16日15时03分,美国蓝色起源公司研制的新格伦大型火箭首飞,将蓝环载荷平台样品送入轨道,但一子级海上回收失败。那么,“新格伦”究竟是一款怎样的火箭?面对猎鹰系列火箭乃至“星舰”等竞争力强大的对手,“新格伦”如何求存发展?西方其他新一代火箭又有望在哪些细分市场抓住机遇?

一子级回收失败!新格伦火箭首飞收获不完美成功

▲ 新格伦大型火箭首飞

并非“大型猎鹰9”

“新格伦”是蓝色起源公司的首款轨道级运载火箭,其命名旨在纪念美国首位完成绕地球轨道飞行的航天员约翰·格伦。该火箭一子级采用7台由蓝色起源公司自研的BE-4液氧甲烷富氧补燃发动机,单台海平面推力为2446千牛,推力调节范围在45%~100%之间。这款发动机也用于联合发射联盟的火神-半人马座火箭第一级。未来,“新格伦”还有可能将一子级改为9台发动机并联,进一步增强运力。

“新格伦”二子级使用2台BE-3U液氢液氧开式膨胀循环发动机。该发动机是基于新谢泼德亚轨道载人火箭第一级的BE-3发动机改造而来的,单台真空推力为765千牛,推力调节范围88%~100%。

“新格伦”芯级直径7米,尾舱直径8.5米,配备了直径7米的整流罩。其两级均采用共底贮箱,借助新材料,提升了运载能力:在回收一子级的模式下,设计200公里高度近地轨道运力45吨,185公里×35991公里×28度的地球同步转移轨道运力13.6吨,分别达到竞争对手——SpaceX公司的猎鹰9火箭的2.5倍和2.3倍,但这些指标有待后续任务验证。

一子级回收失败!新格伦火箭首飞收获不完美成功

▲ “新格伦”测试现场

“新格伦”选用一子级并联7台发动机和海上着陆平台回收方案,似乎与猎鹰9火箭类似,但不能简单地将“新格伦”视作“大型猎鹰9”,这不仅表现在推进剂的区别上。

比如,在气动布局方面,“新格伦”未安装猎鹰9火箭的格栅翼,而是采用全动气动舵面配合边条翼增升方案,以便充分延长一子级在大气中滑行的时间,缓解气动加热现象。

根据蓝色起源公司设计的回收一子级流程,“新格伦”一子级的关机速度被设定在约2600米/秒,将飞出大气层,再入之前会进行一次短暂的再次点火减速,同时保留了海上悬停操作,并付出损失运力的代价。不过,在“新格伦”首飞任务中,一子级回收失败,再次点火的高度约为69公里,明显低于设计值。显然,蓝色起源公司需要核查相关流程,继续尝试回收一子级。未来,如果通过改进算法,允许“新格伦”一子级直接降落在回收船上,有望进一步提升性能。

有趣的是,有观点认为,“新格伦”有些“虚胖”。其一子级总推力1746吨,仅为土星5号重型火箭的一半。而“新格伦”高约98米,与土星5号重型火箭去掉逃逸塔的高度差不多。经计算显示,“新格伦”的起飞质量达1500吨级,起飞推重比仅为1.16。

其实,回顾“新格伦”研发历程,多处体现了蓝色起源公司和SpaceX公司之间的“心结”。

2000年,亚马逊集团创始人杰夫·贝索斯创立蓝色起源公司,比SpaceX公司成立还要早2年。

2012年,蓝色起源公司提出可回收复用大型火箭项目。当时,猎鹰9火箭已进行了不回收模式发射。似乎是为了显示自身“技高一筹”,蓝色起源公司一度给新火箭取名“老大哥”,堪称“可扩展版猎鹰9”:一子级采用7台BE-4发动机;二子级采用1台BE-4U真空发动机,执行近地轨道任务;必要时,火箭增加三子级,使用1台BE-3U发动机,执行高轨任务。

2018年3月,或许是为了与成功回收复用的猎鹰9火箭形成区分,也可能是为了提升通用性,“新格伦”构型变成了现在的样子,运力指标后来也有调整。

一子级回收失败!新格伦火箭首飞收获不完美成功

▲ “新格伦”全箭静态点火

随着SpaceX公司的火箭不断成功,蓝色起源公司和“新格伦”面临的压力和质疑越来越大。2022~2023年,蓝色起源公司大规模精简团队,开除了许多来自波音公司等传统军工复合体的“高级顾问”。随后,“新格伦”研发试制工作进入快车道:2024年5月演练合练箭模拟起竖,9月进行第二级静态点火,12月27日进行全箭静态点火试验,随后经过多次推迟发射,直至今日完成首飞,后续仍需解决一子级回收、可靠性改善等问题。

争夺市场需另辟蹊径

“新格伦”是除“星舰”和“猎鹰重型”外进度最快、运力最强的可回收复用火箭,其近地轨道设计运力大致相当于猎鹰9火箭的2.5倍,应用潜力不俗,但市场前景仍然不能过于乐观。

猎鹰9火箭发射次数和频率屡创新高,最主要的用途是“星链”组网。因此,“新格伦”想要赢得更多订单,同样需要承担巨型星座组网任务。亚马逊集团的柯伊伯星座计划由“新格伦”发射12次,每次发射超过60颗卫星,还可能增加15次发射,提供维持“新格伦”运营的基础订单。此外,一些卫星运营商和蓝色起源公司签订了发射合同。但尴尬的是,所有计划使用“新格伦”发射的低轨星座普遍进度不快,预计会面临一些任务调度问题。

同样不容忽视的是,“新格伦”至少在服役初期会受制于发射设施——SLC-36工位预计在2025年仅能发射12次,2026年理论上可达24次。

至于发射传统的地球高轨道通信卫星,“新格伦”并无明显优势,何况当前全球静止轨道通信卫星市场受低轨星座“冲击”,面临大幅萎缩的困境。

在深空探测方面,2024年8月,蓝色起源公司赢得美国宇航局的火星任务订单——原计划于2024年10月由“新格伦”首飞发射2颗小卫星,正式名称是“逃逸和等离子体加速动力学探测器”,主要用于观测火星磁层和高层大气中的微观粒子变化,研究火星气候。但由于“新格伦”首飞延后且面临安全风险,任务被推迟至今年春季。

值得注意的是,“新格伦”执行高速任务时性能衰减较快,暂未取得含核物质发射资质,恐怕难以赢得美国宇航局旗舰级深空探测器的发射合同,预计会更多争取对能量需求较低的深空探测任务订单。

近期,蓝色起源公司总裁贝索斯透露,SLC-36工位一侧塔架设有人员通道,“新格伦”有望接替宇宙神5火箭,执行载人发射任务,其首选目标正是从国际空间站以空船状态返回的星际线飞船。但星际线飞船的前途充满不确定性,难以与载人龙飞船竞争,因此“新格伦”的载人发射潜力一时或许“无用武之地”。

一子级回收失败!新格伦火箭首飞收获不完美成功

▲ 整流罩内部容积大是“新格伦”的重要竞争优势

在保密军情任务发射方面,“新格伦”不具备将6吨载荷直送静地轨道的能力,难以发射新一代电子侦察卫星,但仍有某些优势:7米直径整流罩的容积达487立方米,显著大于竞争对手的5.4米直径整流罩,允许新一代光电侦察卫星等载荷采用更加简单可靠的折叠方案,降低部署风险。2024年,“新格伦”凭借此优势成功拿下了美国国家安全太空发射第三阶段部分任务合同。

未来,“新格伦”可能更适合投送特定载荷,比如“阿尔忒弥斯计划”中的蓝月亮月球着陆器、蓝环太空拖船/载荷部署平台、大型光电情报卫星等,同时努力提高性价比和周转效率,争取在“星舰”成熟服役前“蚕食”部分猎鹰系列火箭的市场。

“新来者”路在何方

近年来,SpaceX公司在西方航天发射市场上占据了近乎垄断的绝对优势。“最强挑战者”新格伦火箭除了分享美国保密军情发射任务外,在其余市场上尚且只是“夹缝中求存”,那么西方其他新型火箭的市场前景如何?背后体现了研发者怎样的考量呢?

欧空局的阿里安6火箭堪称“生不逢时”,预计更多将依靠欧盟官方主导组建的通信星座、导航星座和一系列科学卫星订单,维持基本运转。后续,阿里安6火箭或许会衍生出运力增大型、载人型、试验性在轨加注推进剂型等,努力维持欧洲航天产业生存和进步。

日本H-3火箭的处境与阿里安6火箭类似,承担着维持日本航天产业发展的根本使命。此外,利用国际形势变化机遇,通过“发掘”中东和欧洲客户市场,日本H-3火箭赢得了一些价格不菲的深空探测任务、通信卫星发射任务订单。

在国际空间站即将退役、新一轮月球和深空探测大潮涌动之际,欧空局和日本航天机构“抱团取暖”,希望拓展一些航天发射市场,涉及商业空间站建设、多用途大中规模星座组网、颇具特色的中小型深空探测任务等。同时,双方正在加紧研发新一代可回收复用火箭,希望在美国可回收复用火箭的压力下提升竞争力。

一子级回收失败!新格伦火箭首飞收获不完美成功

▲ “新格伦”一子级尾焰特写

更值得关注的是,西方多国商业航天力量正在积极投入小型火箭研发工作,希望借助火箭结构和发动机设计、推进剂组合、3D打印增材制造等工艺、发射装置等方面的技术和管理创新,充分发挥小型火箭筹备运作周期短、应急发射能力强等优势,避开猎鹰系列火箭乃至“星舰”的大运载量任务优势领域,赢得更多军民客户的快速响应发射订单。

在此基础上,这些商业航天新势力正在朝着两个方向积极拓展业务:一方面,少量修改小型火箭,推出亚轨道火箭,争取军方和商业客户的特殊试验任务订单;另一方面,美国火箭实验室公司、意大利Avio公司、西班牙PLD航天公司等希望借鉴SpaceX公司的产品升级路线,利用技术革新成果,发展综合成本更低的可回收复用大中型火箭,从今年起将陆续尝试首飞。

总之,随着创新技术进步、太空开发推进和社会资源大量涌入,以“新格伦”为代表的各国新型火箭仍会不断投入市场,为国际航天发射市场带来更多精彩。



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关键词: 航天 新格伦

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