航天新观察2020/09/17
第 274期
近期全球火箭动作密集，有的发展喜人，有的百般纠结，有的若隐若现，有的悲喜交加，有的出师不利，有的一落千丈，有的呼之欲出。宙叔今天小小盘点一下，看看国外火箭产业的格局与形势。
宙叔评论
首先说发展喜人的，当属SpaceX公司的“星舰”运载器和猎鹰9火箭。它们领跑着当前一代火箭和未来一代火箭，可谓火箭中的“红双喜”。“星舰”最新进展中的三大亮点：SN5原型机150米跳飞试验成功，SN6的150米跳飞试验成功，以及SN8未来几天要进行的18.3公里高空试飞。SN8进步之处在于携带了头锥和襟翼，将使用3台猛禽发动机助推，其飞行高度从百米级跃升至接近临近空间，是巨大的跨越，越过去就可以向百公里亚轨道进发了。之前的原型机炸过多次，不是白炸的，是系统迭代验证的过程。试验验证的最核心系统即猛禽发动机，从1台助推到3台助推，再到最终配置的6台。高度变化也是递增，经历了从地面静态点火、几米到目前的150米和下一步的18.3公里、以及未来的百公里级亚轨道，最终实现几百公里高度的入轨，更高的飞行还包括几万公里的静地轨道以及38万公里远的月球和路程几亿公里的火星。“星舰”迭代之快出乎全球同行预料，这种像阿波罗时代举全国之力造出的土星五号火箭一样庞大的运载工具，竟然就这样一步步简陋地、小步快跑地要造出来了。
猎鹰9同样形势很好。在发射完第11批“星链1.0”卫星后，猎鹰今年已经完成了15次入轨发射，以及一次特意在高空炸了自个儿的载人龙飞船高空逃逸试验飞行。2019年猎鹰9发射了13次入轨任务，今年全年发射大概率会超过20次，且几乎所有一子级返回地面，大部分整流罩也回收（回收状态有待进一步固化）。猎鹰9火箭发展势头如此之猛，然而马斯克还称其后续会被“星舰”替代，这种迭代模式与速度让业界情何以堪。
第二位，百般纠结的德尔它4重型火箭。近期发射经历多次推迟——多为技术性的问题，最严重的一次推迟、也是最近一次，是在8月29日因右侧助推器点火后出现“高压氦调节器内膜片撕裂”导致系统自动中止发射。这是一次极其危险的中止，三个巨大的芯级并联且装满火箭燃料中最易爆炸的液氢液氧，能安静熄火已属万幸。虽然目前推迟至不早于9月26日再射，但这么短时间内完成整体排查、修复以及下一次发射任务准备，难度很大，风险仍然高。德尔它4重型火箭的最后5次任务造价22亿美元，5次中的首次就出现了这样惊心动魄的场面，后续箭还得顶着压力继续干。早发还是晚发？这是让ULA公司纠结的问题。
再说说同样属于ULA公司、若隐若现的火神火箭。火神芯级采用蓝源的BE-4发动机，但这一型发动机的迟迟无法应用，不仅拖累了ULA的火神，连蓝源公司自己的新格伦火箭首飞也变得遥遥无期，可以说是双双拖下水。火神火箭虽然全系统试验没动静，首飞更不见影，但存在感一直在刷。近期消息显示，ULA考虑将火神火箭3枚芯级并联造出“火神重型”，提高运载能力——这不就是猎鹰9芯级并联出猎鹰重型的设计思路么？模仿的思路很好，能实现一定会有竞争力，可惜现在火神火箭一枚芯级都造不出来。ULA公司自己也明说了，“火神重型”还早着呢。火神一直处于这样一种状态：人们快要忘记它的时候，它便会给出一个新概念表示自己还在。这次是3枚芯级的概念，下次又是什么新概念呢？
接下来是悲喜交加的“电子”号火箭，喜多，悲少。虽然7月5日发射失败，它仍然稳坐国外小型火箭第一把交椅。那次失败原因是火箭二级电气连接在整个发射过程中“时牢时松”，形成电阻，导致电气部件加热和受热膨胀，最终使得整个电气系统切断，引发关机。发射失败后，“电子”号火箭进行了故障排查，并在8月31日成功完成新一次发射任务，显示了其可控可修复的较为成熟的运载能力。一次失败不影响“电子”号火箭的行业地位，而它喜的方面还有星箭一体化的最新进展。悄无声息地，它就把这事儿办了，把火箭上面级变成为一个卫星平台并携带载荷在轨工作。这也是在8月31日的成功发射中完成的。目前由“光子”上面级携带的试验用遥感载荷正在轨拍摄地球遥感影像，开展应用验证。这一能力，进一步拓展了逐渐成熟的“电子”号火箭未来前景。
第五位，出师不利的Rocket 3.1火箭。因技术状态异常推迟多次之后，9月11日该箭首飞，不携带任何载荷，但还是失败了。故障出在制导系统。在这之前的3月23日，Astra公司试图发射上一个版本的Rocket，而这个3.0版火箭因为“湿演练”中一个阀门出现故障，在发射准备过程中损毁于发射台上。再往前看，3月2日试图发射Rocket 3.0火箭时，也是由于火箭的制导、导航和控制（GNC）数据“偏离标称值”，火箭在点火起飞前53秒钟停止了倒计时，未能发射。Astra公司始终无法解决GNC问题。当时Astra公司是DARPA发射挑战赛中剩下的唯一选手，只要入轨就能取胜，结果还是没能执行发射。
就Astra公司的Rocket系列火箭性能来看，非常像火箭实验室公司的“电子”号。一子级使用自行研制的5台海豚（Delphin）煤油+液氧发动机，可产生14.3吨推力；二子级采用单台真空型发动机，近地轨道运载能力大约100公斤。虽然发射能力和设计理念都很相似，也采用了类似的电池驱动的泵压式发动机，但Astra公司的火箭似乎没能像火箭实验室公司那么顺利。说到底，Astra的Rocket系列火箭技术成熟太低，目前执行入轨发射还很勉强。看上去Rocket 3.1火箭出师不利，但实际可能更糟，因为该系列火箭目前为止所有的发射尝试都未能达到预期目标，未来短期内难有转机，还有很长一段路要走。后续Rocket 3.2火箭已经在准备下一次发射，但预计很难顺利。
第六位，一落千丈的“欧米伽”火箭。据9月9日消息，诺格公司已公开宣布不再研发“欧米伽”火箭。它直接消失了，连火箭定型的机会都没有等到。“欧米伽”的出现，是诺格公司下的一个大赌注。诺格2018年以92亿美元收购了轨道ATK公司，其最明确的意图就是打造一款新的固体火箭，为美国国防军事即美国太空军“国家安全航天发射”（NSSL）计划合同提供发射服务，同时也进军国际商业市场。在取消之前，“欧米伽”火箭一边研发，一边竞争美国国防军事发射合同，一边争取国际商业发射市场，甚至在2019年还与Saturn Satellite Networks公司签署了商业发射合同。但由于SpaceX公司猎鹰9的强大竞争力和ULA与军方的稳固合作关系，诺格的“欧米伽”这一代表着美国最强大固体运载动力系统及火箭全系统的佼佼者，就这样毫无余地地被淘汰了。已签的商业合同怎么办？还不知道，也可能另有玄机？
同时值得注意的是，据9月8日消息，诺格公司凭借来自轨道ATK公司的世界独一无二的固体动力性能，拿到了美国空军下一代洲际弹道导弹巨额合同，即价值为133亿美元的“陆基战略威慑”（GBSD）项目合同。竞标过程中，诺格唯一竞争对手波音公司在最后的竞标中退出了，原因是诺格有原轨道ATK公司的固体动力能力，被视为技术不平等竞争。也就是说诺格公司凭借收购的轨道ATK公司虽然没有拿到NSSL合同，但因为固体动力方面的绝对优势，让承担了3代“民兵”洲际弹道导弹的波音公司知难而退，使诺格公司轻松拿到了GBSD项目合同，也算是发挥了固体火箭动力资产的最大价值。在拼火箭方面没拼过SpaceX公司，在拼关系上没拼过ULA公司，但在战略威慑的系统方案设计和固体火箭动力储备方面拼过了波音公司，而且是“不战而屈人之兵”。但“欧米伽”火箭就此成为历史，成为没走出PPT就消失的优质火箭。
最后，呼之欲出的日本H-3火箭。9月11日消息宣布，H-3首飞至少推迟到2021年春天，原因是采用液氢液氧的LE-9发动机出现不可描述的技术问题。这种说法的意思是，实际上明年上半年可能都很难发射了。当然，LE-9发动机是一款继承加创新的高性能优质发动机，并且今年初还进行了地面点火试验，成熟度相对较高，研发应用前景也不错。H-3火箭首飞就搭载任务载荷“先进陆地观测卫星”（ALOS）3地球科学卫星，也可见其信心满满。H-3火箭使用的LE-9发动机在原H-2A火箭LE-7A发动机基础上做了改进，单台推力提高到了150吨，因此是一种稳定性与改进兼备的策略。同样是推迟首飞，但总体来说H-3火箭对于日本火箭整体技术水平是一个明显提升。当然，H-3目前来看仅仅是对执行本国发射任务有很大意义，成本和发射周期等方面与美国猎鹰9相比仍然有很大差距。由于成本问题，日本火箭传统上基本没有商业发射的空间；H-3火箭能够将推动日本火箭进入一个新的时代，但还需要时间，能否在国际商业发射方面挣得一席之地也还很难说。
总体看来，国外近期动态显著的这几型火箭以美国为主。SpaceX公司的“星舰”和猎鹰9，ULA公司的德尔它4重型火箭和火神火箭，火箭实验室公司的“电子”号，Astra公司的Rocket 3.1火箭，诺格公司“欧米伽”火箭，均为美国研制。虽然有喜有悲，但整体上意味着美国方面火箭发展正在更新换代、产业升级，从国家到工业部门都在不断的试错甚至失败中寻求连续成功和新的进步，寻找一条更适合国家航天发射领域工业与军事应用的路径。日本方面虽然规模不及美国，但其150吨推力液氢液氧LE-9发动机的研制成功并用于新火箭型号H-3，凸显了其部分核心技术领先世界的“高精尖”一面。
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