+ 張雪松/Nemo

藍(lán)色起源的新格倫火箭

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隨著新謝潑德亞軌道火箭的連續(xù)成功發(fā)射，尤其是在它首次完成了重復(fù)使用之后，更加吸引了全球眾多目光。2016年藍(lán)色起源公司又推出新格倫火箭，給人們帶來了更大的驚喜。新格倫火箭的命名是為了紀(jì)念首位實(shí)現(xiàn)軌道飛行的美國(guó)航天員格倫，它將是藍(lán)色起源公司最小的，但也將是參與商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主力運(yùn)載火箭。

一鳴驚人的新格倫火箭和BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)

亞馬遜公司的老板貝佐斯早在2000年就創(chuàng)建了藍(lán)色起源公司，是不折不扣的老資格商業(yè)航天代表人物。但長(zhǎng)期以來藍(lán)色起源名聲不彰，事實(shí)上，藍(lán)色起源公司在商業(yè)航天公司中算是相當(dāng)激進(jìn)的角色，它最先驗(yàn)證火箭的垂直發(fā)射和著陸，并申請(qǐng)了船上垂直降落的專利。不過由于時(shí)運(yùn)不濟(jì)，它在發(fā)展過程中有些磕磕碰碰，最近兩年才步入正軌。因?yàn)橛幸粋€(gè)財(cái)大氣粗的老板，藍(lán)色起源公司無需擔(dān)心盈利問題，安心的進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，最終不鳴則已、一鳴驚人。一鳴驚人的就是新格倫火箭及其使用的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)BE-4。

藍(lán)色起源公司建立之初，缺乏火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制經(jīng)驗(yàn)，研制的第一種雙氧水火箭發(fā)動(dòng)機(jī)BE-1的推力只有1噸，實(shí)在無法承擔(dān)貝佐斯的夢(mèng)想。BE-2發(fā)動(dòng)機(jī)使用雙氧水加煤油雙組元推進(jìn)劑，推力達(dá)到了14噸，但性能還是難以令人滿意。飛躍性的進(jìn)步發(fā)生在BE-3發(fā)動(dòng)機(jī)的身上，BE-3是一種抽氣循環(huán)的液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，此前只有J-2T試驗(yàn)過這種循環(huán)方式，BE-3發(fā)動(dòng)機(jī)的地面推力達(dá)到了約50噸，而且具有深度節(jié)流能力，推力可以在9噸到50噸之間快速調(diào)整。作為一家商業(yè)航天公司，迎難而上開發(fā)液氧液氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，體現(xiàn)了藍(lán)色起源公司異乎尋常的勇氣和杰出的技術(shù)，而自行研制生產(chǎn)渦輪泵，更為研制更大推力發(fā)動(dòng)機(jī)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以BE-3發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，新謝潑德火箭連續(xù)成功發(fā)射。藍(lán)色起源公司還將BE-3發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)為真空版的BE-3U發(fā)動(dòng)機(jī)，這透露了該公司的志向高遠(yuǎn)。畢竟作為一種和我國(guó)YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)推力相近的上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，這得是多大的火箭?。∷牡谝患?jí)要使用什么發(fā)動(dòng)機(jī)呢？

謎底很快就揭曉了，2014年9月藍(lán)色起源公司和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟正式簽訂合作協(xié)議，藍(lán)色起源公司授權(quán)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟生產(chǎn)BE-4液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。

這個(gè)BE-4是何方神圣？根據(jù)國(guó)外航天媒體報(bào)道，它是藍(lán)色起源公司2011年開始研制的新型大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。藍(lán)色起源公司暗地里不聲不響的進(jìn)行了3年多的秘密研制，并承諾發(fā)動(dòng)機(jī)可在2017年左右完成。根據(jù)官方資料，BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)是一種使用液氧甲烷推進(jìn)劑、地面推力高達(dá)2400千牛（245噸）的大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，它還采用分級(jí)燃燒/高壓補(bǔ)燃循環(huán)，其比沖比俄國(guó)的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)還高，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上要求能夠重復(fù)使用至少25次，真是一個(gè)橫空而出的驚喜。藍(lán)色起源公司研制BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)然不是未卜先知，2014年的烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)使美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)俄羅斯大搞禁運(yùn)和航天合作禁令，它的受益者正是藍(lán)色起源公司的運(yùn)載火箭，據(jù)說也是該公司最小的軌道發(fā)射運(yùn)載火箭。當(dāng)時(shí)外界還猜測(cè)火箭可能類似宇宙神5火箭構(gòu)型，采用第一級(jí)雙發(fā)并聯(lián)推動(dòng)起飛，但大家都小看了貝佐斯和他的藍(lán)色起源公司。2016年9月，藍(lán)色起源公司公布了新格倫火箭的基本參數(shù)，讓全世界大吃一驚。天啊，第一級(jí)7臺(tái)BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)的名為新格倫的大型運(yùn)載火箭，其推力足以媲美當(dāng)時(shí)還在研制中的重型獵鷹火箭了。

貝佐斯和馬斯克的火箭較量令人期待

貝佐斯和馬斯克作為美國(guó)商業(yè)航天雙雄，難免沒有互較高下的心思。新格倫火箭研制始于2012年，分為二級(jí)火箭和三級(jí)火箭兩種構(gòu)型，第一級(jí)要具備重復(fù)使用能力，現(xiàn)在回顧其海上垂直落船回收的專利，便能知道藍(lán)色起源公司對(duì)此肯定是蓄謀已久了，只不過因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足在研制新謝潑德火箭上耽誤了太多時(shí)間，才讓獵鷹九號(hào)火箭的海上回收試驗(yàn)占盡風(fēng)頭。

根據(jù)官方數(shù)據(jù)，新格倫火箭的第一級(jí)直徑約為7米，并聯(lián)使用7臺(tái)BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)；第二級(jí)使用單臺(tái)BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)，毫無疑問它必然將通過真空性能優(yōu)化，成為未來的BE-4U發(fā)動(dòng)機(jī)；第三級(jí)使用BE-3U氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)。新格倫火箭是一個(gè)直徑7米，長(zhǎng)度82米（二級(jí)）或95米（三級(jí)）的龐然大物，而即便是最新版的獵鷹九號(hào)火箭也不過3.66米直徑、70米長(zhǎng)。換句話說，新格倫火箭外型上幾乎相當(dāng)于一個(gè)增粗了一倍但卻更長(zhǎng)的獵鷹九號(hào)火箭。藍(lán)色起源公司已經(jīng)買下了卡納維拉爾角的LC-36發(fā)射工位，在更新發(fā)射工位后將從這里發(fā)射新格倫火箭。

新格倫火箭體積龐大，性能也十分出色。根據(jù)2017年3月藍(lán)色起源公司發(fā)布的官方消息，二級(jí)版本的新格倫火箭的近地軌道運(yùn)載能力約為45噸，同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力約為13噸。按照筆者的推算，不出意外這就是一次性使用的運(yùn)載能力數(shù)據(jù)。但新格倫火箭的第一級(jí)設(shè)計(jì)上要求能夠重復(fù)使用100次，將在海面回收船上著陸，第一級(jí)設(shè)計(jì)了6條著陸腿，任意一條著陸腿失效時(shí)仍可保證著陸成功。這種失效設(shè)計(jì)可能是吸取了獵鷹九號(hào)火箭回收中一條腿失效導(dǎo)致火箭傾覆的教訓(xùn)。國(guó)外航天愛好者稱新格倫火箭使用氣動(dòng)舵面減速，海上回收損失的運(yùn)力較小。即使如此，由于新格倫火箭箭體重量大，整體運(yùn)力損失還是比較可觀的，正常來說其運(yùn)力損失會(huì)比獵鷹九號(hào)更大，樂觀推算回收版二級(jí)新格倫火箭同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力約為10噸，這是足以媲美阿里安5火箭的運(yùn)載能力，或許這也是得到Eutelsat公司青睞的重要原因。Eutelsat公司已經(jīng)成為新格倫火箭的首個(gè)商業(yè)客戶，其大型通信衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間定于2021年，以此推斷新格倫火箭的首次發(fā)射應(yīng)該在2020年，以積累至少一次成功發(fā)射經(jīng)驗(yàn)。