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威尼斯人:将跑车送上太空的“重型猎鹰”火箭,军事潜力更惊人

时间:2018/2/7 19:33:52  作者:  来源:  查看:10  评论:0
内容摘要:  美国东部时间2月6日15时45分(北京时间2月7日凌晨4时45分),美国SpaceX公司的“重型猎鹰”火箭发射成功,将一辆“特斯拉”跑车送入太空。该火箭是美国“土星”-5火箭以来研制的最大运载火箭,加上火箭由私营航天企业SpaceX公司研制,首次发射备受瞩目。去年5月,Spa...
  美国东部时间2月6日15时45分(北京时间2月7日凌晨4时45分),美国SpaceX公司的“重型猎鹰”火箭发射成功,将一辆“特斯拉”跑车送入太空。该火箭是美国“土星”-5火箭以来研制的最大运载火箭,加上火箭由私营航天企业SpaceX公司研制,首次发射备受瞩目。

去年5月,SpaceX公司首次涉足发射美国军方军用载荷,为国家侦察局发射了一颗军用卫星,同年9月又为美国空军发射了X-37B轨道飞行器,今年1月又发射了一颗名为“祖玛”的神秘军事卫星。可以说,SpaceX公司近年来在军用载荷发射市场取得了不小的成绩。那么,运载能力更大的“重型猎鹰”火箭是否能让SpaceX公司进一步提高在军用载荷发射市场的占有率?对美国又有何军事意义?



“重型猎鹰”火箭拥有非常可观的低轨道运力,是现役世界上运力最大的火箭。

“重型猎鹰”性能几何?

“重型猎鹰”火箭早在2011年就正式公开。原定2013年首次发射的火箭,因技术等方面的原因推迟到了2018年。随着“猎鹰”9火箭技术的多次迭代式升级,“重型猎鹰”火箭的设计也发生了脱胎换骨的变化,其性能将冲击现有的商业和政府航天发射市场。

“重型猎鹰”火箭是一种二级半运载火箭,使用比冲低的液氧煤油发动机,但总体性能仍然相当出色,尤其是运力非常亮眼。该火箭的地球低轨道运力63.8吨,同步转移轨道26.7吨,大众熟悉的波音737-300客机最大起飞重量约63吨,换句话说,“重型猎鹰”有能力把一架满载的波音737-300送入地球轨道。现役“阿里安”-5、长征五号等主流大型运载火箭低轨道运力约25吨左右,因此,具有63.8吨运力的“重型猎鹰”火箭在当下可谓一骑绝尘。

传统火箭为了获得大运力和高运载系数(送入轨道的货物占火箭起飞重量之比),越来越多的使用高比冲的发动机和推进剂组合,比如美国的重型“德尔塔”-4火箭完全使用液氧液氧,运载系数为3.93%,但与“重型猎鹰”火箭相比仍有很大的差距(运载系数高达4.49%)。毫不夸张地说,“重型猎鹰”火箭具有强大性能和技术水平,是当今最强大的运载火箭,这样的庞然大物闯入航天发射市场,自然会带来无与伦比的冲击。



发射之前,SpaceX公司多次向外界表示:“重型猎鹰”火箭有可能发射失败。

军用发射市场的掠食者

“重型猎鹰”火箭具有性能强、价格低等优势,它的出现将对国际军用发射市场产生影响。SpaceX公司已经凭借高性价比的“猎鹰”9火箭获得了美国空军和美国国家侦察局的卫星发射合同,对原来垄断市场的联合发射联盟(ULA)构成了不小的冲击。“猎鹰”9火箭6200万的基础价格,即使增加了发射军用载荷特殊要求带来的附加成本,也比联合发射联盟(ULA)的“宇宙神”-5和“德尔塔”-4火箭便宜得多。

联合发射联盟(ULA)是波音和洛·马两家美国军工巨头发射部门组成的公司,虽然有军工巨头们背后从政治献金到人际关系等各方面因素的加持,但近年来仍然在竞争中节节败退。不过联合发射联盟(ULA)也有杀手锏——重型德尔塔-4火箭。该火箭均有很强的运载能力,同步转移轨道运力可达14.22吨,是“重型猎鹰”出现之前现役最强的运载火箭。其静止轨道直送运力也高达6.75吨,能够将卫星直送静止轨道,足以发射国家侦察局最重的情报搜集卫星。这样的独门功夫让它独占了美国大型军用卫星的发射合同,即使“猎鹰”9火箭能抢到再多GPS-3卫星的发射合同,但在利润最丰厚的大型军用卫星发射领域仍然可望而不可及。不过“重型猎鹰”火箭发射成功后,局面就将发生变化。



27台发动机并联设计存在动力学耦合问题,这是业界担心其首飞是否能成功的重要影响因素。

SpaceX公司一直在摸索尝试直接将载荷送入静止轨道的技术,已经利用“猎鹰”9火箭进行了多次点火和长距离滑行的试验,但由于该火箭运力低,即使最终试验了直送静止轨道的能力,也没有实用价值。“重型猎鹰”火箭作为一次性火箭发射时,其同步转移轨道运力为26.7吨,即使第二级/上面级进行多次点火将卫星直送静止轨道,最终运力仍然相当可观,足以媲美现役的“德尔塔”-4火箭。 这意味着“重型猎鹰”火箭发射成功后,可为SpaceX公司在军用发射市场与联合发射联盟(ULA)全面展开竞争奠定基础,以后“重型猎鹰”火箭为国家侦察局发射电子侦查卫星也不是不可能的事情。

当然,美军要求军品供应商必须有两家,因此,即使SpaceX公司能靠性价比拿到一定数量的订单,联合发射联盟(ULA)也不会被逐出市场,“重型猎鹰”火箭扮演的角色更像是掠食者而不是终结者。

此外,目前联合发射联盟(ULA)也感受到了来自私营航天企业的竞争压力,未来将通过技术和组织优化等措施降低发射成本,SpaceX公司进入军用发射市场带来的“鲶鱼效应”也将促进美国航天工业的整体进步,美国政府和军方可以节约更多用于发射的经费,将这些节省下来的经费用于发展军用航天技术,进而增强太空战力,受益的是美国政府和军方。



重型猎鹰”火箭未来可用于发射大型军用卫星。

民用发射市场的搅局者

“重型猎鹰”火箭性能那么强,肯定会有很多人会有疑问:在民用载荷发射市场领域,这么大运力的火箭到底能发射什么?难道真准备把波音-737客机送上天?毋庸置疑,SpaceX公司作为一个以赚钱为主要目的私营航天企业,肯定对“重型猎鹰”火箭进行了市场调研。那么,“重型猎鹰”火箭在民用载荷发射市场有何优势?

“猎鹰”9火箭虽然现在是全球发射市场上最具商业竞争力的运载火箭,但是俄罗斯“质子”火箭和欧洲“阿里安”-5火箭仍然有一定的竞争力,尤其是“阿里安”-5火箭运力大,能发射“猎鹰”9火箭不能发射的超大型卫星。“重型猎鹰”火箭出现后,将与阿里安”-5火箭正面PK,扼杀对手的市场空间。众所周知,SpaceX公司目前还在积极进行可重复使用火箭的试验,以降低发射成本。“猎鹰”9火箭早在2015年12月实现了第一级的首次回收,去年3月底又用回收的第一级发射了SES-10卫星,“猎鹰”9火箭重复使用已经成为现实。然而,“猎鹰”9火箭复用的经济性却不明显,欧洲阿里安公司也还在观望是否跟进研制这种技术。

为了进一步提高可重复使用火箭技术的经济性,SpaceX公司开始双管齐下:一方面是研制最新的“猎鹰”9 Block 5火箭,它的设计为重复使用进行了更多的考虑,至少可以可靠复用12次,而且箭体复用检测周转速度快,自然可以大大降低成本;另一方面,“猎鹰”9火箭第一级占了约70%的成本,但第二级和整流罩也很贵的,降低成本的空间就是进一步加大火箭回收比例。“重型猎鹰”火箭也是这种思路的产物,首次发射的“重型猎鹰”火箭的两枚助推器都是可回收的,发射后将落回发射场再次复用,火箭的芯一级也将回收,不过它分离时速度太快,只能在海上的驳船上进行回收。

综合计算下来,“重型猎鹰”火箭只有第二级火箭不回收,发动机复用比例高达96.4%,可重复使用的“重型猎鹰”火箭自然可以大幅降低发射成本。



“重型猎鹰”火箭搭载了一辆“特斯拉”跑车,这是人类航天史上一个非常特殊的载荷。

SpaceX公司官方网站给出了“猎鹰”系列火箭的发射价格:已经投入市场的“猎鹰”9火箭6200万美元一发,而“重型猎鹰”火箭9000万美元,这比“阿里安”-5火箭和“质子”火箭都便宜。值得注意的是,“重型猎鹰”火箭9000万美元的发射报价,对应的是最高8吨的同步转移轨道运力,这和上文提到的26.7吨运力相差悬殊。一般认为这是“重型猎鹰”火箭第一级助推器和芯一级重复使用后的数据,火箭复用后运力覆盖仍所有的大型通信卫星,但发射报价比“阿里安”-5火箭便宜得多。在与“猎鹰”9火箭竞争中,俄罗斯的“质子”火箭可以说是“苟延残喘”,“重型猎鹰”火箭出现后对于“质子”火箭来说更是雪上加霜,“阿里安”-5火箭也将受到很大的冲击。

“重型猎鹰”火箭对商业发射市场志在必得,对美国宇航局(NASA)的政府发射合同也是跃跃欲试。美国已经联合欧日俄开展深空门户站(DSG)的论证和建造,DSG预计使用美国宇航局的SLS重型火箭发射,“重型猎鹰”火箭虽然没有SLS火箭105吨的运力,但在DSG的建造和维护中仍然大有可为。DSG需要人员和物资补给,目前物资补给很可能像国际空间站一样外包给商业公司,“重型猎鹰”火箭加“龙”式货运飞船(SpaceX公司研制)是最被看好的组合。

考虑到预算限制等因素,SLS火箭发射美国宇航局“猎户座”载人飞船频率很低,导致DSG只能进行短期驻留任务,如果美国航天局想在地月空间做更多任务,外包载人任务也是不可避免的。考虑到性价比,“重型猎鹰”火箭加“龙”式载人飞船(SpaceX公司研制)的组合也是当之无愧的首选。总而言之,“重型猎鹰”火箭将使SpaceX公司技术、性能和成本优势又提高到一个新的台阶,让其在国际民用发射市场占有更大的份额。

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