美國掀起新太空競賽：看誰家超重型運載火箭先入軌

劃重點

騰訊科技訊 8月16日消息，據外媒報導，新一輪太空競賽目前正在如火如荼地進行中，但這一次不是決定哪個國家首先進入太空的競賽，而是哪家航天公司的第二代超重型運載火箭(SHLV)能首先入軌。

SpaceX、聯合發射聯盟公司(ULA)、藍色起源公司(Blue Origin)以及美國宇航局(NASA)都計劃建造和運營自己的SHLV火箭。所有實體都在努力深入設計和開發，並且大多數都處於為首次飛行進行硬體組裝和集成的不同階段，這為我們比較它們的不同技術和方法提供了絕佳機會。

NASA和ULA正在開發具有由固體火箭助推器提供動力的一次性單核火箭，而SpaceX和藍色起源公司則在開發可重複使用的設計，它們將利用由多個發動機驅動的巨大單核助推器。

SpaceX：星際飛船/超重火箭

目前，SpaceX是世界上唯一的超重型運載火箭(獵鷹重型運載火箭，Falcon Heavy)的建造商和運營者，該公司的下一代火箭幾乎已經家喻戶曉。

SpaceX公司的下一代星際飛船（Starship）與超重火箭（Super Heavy）設計是迄今為止最雄心勃勃的。該公司首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)表示，新火箭將由巨大助推器組成，配備多達35個猛禽發動機，能夠在發射時產生總計超過7萬kN的推力。火箭的上級被稱為星際飛船，將是個完全可重複使用的船員和貨物運輸工具，由多達6個猛禽發動機提供動力。

根據2018年9月的設計更新，星際飛船與超重火箭將有118米高，將能夠以完全可重複使用的配置將至少100噸有效載荷發射到低地球軌道，其中助推器和飛船都可以返回地球進行回收和再利用。就其本身而言，星際飛船將至少有55米高，並配有巨大的有效載荷艙(或船員艙)，可用體積不少於1000立方米。現已過時的2018年設計還包括近90立方米的無壓貨艙，這個數字幾乎SpaceX可操作貨運飛船的九倍。

儘管馬斯克已經表示，星際飛船的著陸腿和操縱面的設計後來發生了變化，包括在超重型助推器上增加了著陸腿，但上層的2018年設計有兩個驅動鴨翼和鰭/腿，其中兩個驅動有點兒像煽動的翅膀。

目前，SpaceX公司正在佛羅裡達州可可海灘和得克薩斯州博卡奇卡的兩個獨立設施積極建造兩個軌道星際飛船的原型，以及星際飛船原型的測試版StarHopper。StarHopper配備了一個單獨的猛禽發動機(SN06)，最近成功完成了20米“跳躍（懸空測試）”，這也是該飛行器的第一次無纜繩束縛測試飛行。

據馬斯克稱，StarHopper正在為最早於8月16日進行的第二次無纜繩束縛懸空飛行測試做準備，屆時火箭將達到最高200米的高度，並進行微小的轉向，降落在相鄰的著陸台上。馬斯克還計劃在定於8月24日在德克薩斯州博卡奇卡舉行的官方活動中，展示星際飛船狀態的重大更新。除了馬斯克通過數百條斷斷續續的推文提供的信息外，這將標誌著SpaceX的星際飛船材質從碳纖維到不鏽鋼改變以來，第一次進行正式演示。

SpaceX對星際飛船和超重火箭生產采取了真正史無前例的方法，目前正在戶外組裝兩個全尺寸星際飛船原型(Mk1和Mk2)，幾乎沒有任何遮掩，儘管有些覆蓋設施正在同時建造。

藍色起源公司：BE-4發動機

與此同時，藍色起源公司和ULA已經建立了合作夥伴關係，因為這兩家公司最終將使用藍色起源公司製造的相同發動機，來為他們的下一代運載火箭助推器提供動力。ULA已決定為其火神重型火箭購買藍色起源公司製造的BE-4發動機，這主要是因為由於美國的製裁，該公司將在2022年後無法再進口在Atlas V上使用俄羅斯製造的RD-180發動機。

然而，最重要的是，藍色起源公司正在開發BE-4，並將其作為該公司自己的兩級超重運載火箭(新格倫號，New Glenn)的主要推進器。新格倫號火箭的第一級將由7種極強的氧氣提供動力，利用液化天然氣(LNG)和液氧產生至少2450kN的推力。

出人意料的是，新格倫號火箭在發射時產生的推力，實際上會比SpaceX的獵鷹重型火箭整整少33%，但在更高的軌道上，其很可能碾壓獵鷹重型火箭的性能。這在很大程度上要歸功於單核火箭的更高效率，以及其以甲烷為燃料的BE-4助推級發動機和以氫為動力的BE-3U上級發動機的更高效率。

據藍色起源公司稱，新格倫號火箭將能夠向低地軌道發射45000公斤的有效載荷，向地球同步轉移軌道（GTO）發射13000公斤載荷，同時仍能回收助推器，而獵鷹重型火箭可向GTO發送的有效載荷為8000到10000公斤。

新格倫號火箭約為95米高，並具有最大的有效載荷整流罩，直徑可達7米。這款火箭的助推器將追隨藍色起源公司相對較小的“新謝潑德”號火箭（New Shepard）的腳步，並將依靠驅動鰭在大氣層中機動，同時兩個固定的翼狀條紋在返程時將可充當“翅膀”。新格倫號火箭還將配備六個可伸縮的著陸腿，並在一艘改裝的船舶上著陸，就像SpaceX公司的獵鷹系列火箭那樣。

雖然自2016年9月公布新格倫號火箭生產進度以來，藍色起源公司幾乎沒有發布任何文字或照片，但該公司確實每隔幾個月就會提供有關BE-4發動機狀態的少量更新，包括8月2日在該公司德克薩斯州工廠完成的最近一次全動力發動機測試的照片。

ULA：火神重型運載火箭

ULA的下一代火神重型（Vulcan Heavy）火箭將配備兩個藍色起源公司生產的BE-4發動機，但在其預計2021年首次發射後的至少4-6年內，這些助推器是無法回收的。ULA將繼續依靠他們的傳統設計，即用2-6個捆綁式固體火箭助推器(SRB)補充液體推進能力，在助推器的兩個BE-4上增加多達12000kN推力，本身產生4800kN的推力。

在其最大的配置中，火神重型運載火箭將高69.2米，僅比獵鷹9號火箭稍矮，能夠發射15噸有效載荷進入GTO，向低地軌道發射30.3噸有效載荷。

ULA首席執行官托裡·布魯諾（Tory Bruno）最近在Twitter上提供了少量火神火箭開發更新信息，稱其首個火神助推器最近在該公司位於阿拉巴馬州的Decatur工廠完成。這個特別的助推器是個結構測試體(STA)，永遠不會試飛，但它仍然是ULA下一代火箭的巨大里程碑。

洩露的照片給出有關火神重型火箭的規模線索，因為火神助推器旁邊的照片是該公司的Atlas V，它比火神5.4米的直徑要小得多，只有3.8米。

最終，這場現代太空競賽有望使整個航天產業受益，特別是在引入新格倫號火箭方面，希望這能為SpaceX的可重複使用獵鷹9號和重型火箭帶來些真正的技術競爭。ULA的火神火箭計劃在2021年上半年首次亮相，新格倫號火箭則在2021年末或2022年推出。

SpaceX的獵鷹重型火箭已經投入使用，剛剛在2019年6月完成了第三次發射。從2020年末開始，還有幾份發射合約有待完成。SpaceX的星際飛船/超重火箭目前處於有點兒混亂的狀態，但馬斯克認為，軌道發射嘗試最早可能會在2020年初到來。

與此同時，NASA正在非常緩慢地進行其空間發射系統(SLS)火箭的首次發射準備，可能會在2022年展開。

如果運氣好的話，本世紀20年代初將迎來兩枚、三枚、四枚甚至更具極強能力的火箭的首次發射，它們的發射成本在很大程度上將是史無前例的。現在，讓我們對它們的到來拭目以待！（騰訊科技審校/金鹿）