美国新一代大火箭“火神”首飞成功，能让ULA重振雄风吗？

美国新一代大型运载火箭“火神”发射成功，联合发射联盟（ULA）希望借该火箭重振雄风，与SpaceX公司的产品同台竞技。 

美国当地时间1月8日，搭载“游隼”（Peregrine）月球探测器等载荷的“火神”（Vulcan）VC2S运载火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地SLC-41工位发射升空，将“游隼”探测器送往地月转移轨道（TLI），经过转移飞行，探测器将于2024年初着陆于新近命名的Sinus Viscositatis月海区域。

“火神“火箭点火升空，最新消息显示，”游隼“月球探测器出现了燃料泄露的情况，可能影响其软着陆月球。

被寄予厚望的“火神”

“火神”火箭的全称是“火神-半人马座”（Vulcan Centaur）运载火箭，是联合发射联盟公司（ULA）研制的一款大型运载火箭。

这款火箭其实是ULA内外因素刺激下的产物，时间回到2014年左右，当时在美国航天发射市场几乎一家独大的ULA遇到了两件“糟心”的事情：内部“半路杀出个程咬金”——商业航天企业SpaceX公司崭露头角，凭借相对较低的发射报价与ULA直接竞争，后期随着“猎鹰”9火箭可重复使用技术的成熟，进一步压低价格，不少订单（甚至包括国防订单）都被SpaceX公司抢去，让ULA倍感压力；外部则是2014年克里米亚危机让俄罗斯和西方关系迅速降温，ULA公司“宇宙神”-5火箭由于使用了俄罗斯的RD-180发动机，发射美国军方订单开始处处受到限制。为了应对这些情况，ULA启动了“火神”火箭的研制。

“火神”火箭采用两级半构型设计，火箭长约61米，直径5.4米，芯一级配备两台蓝色起源公司研制的BE-4液氧甲烷发动机，该发动机采用富氧循环，海平面推力249.5吨，芯二级采用两台由洛克达因公司研制的RL-10C(X)氢氧发动机，该发动机使用3D打印的主喷油器和主燃烧室，配备整体式轻质复合材料喷管，真空推力10吨级，可重复启动7次。助推器是诺·格公司研制的GEM-63XL固体助推器，直径约1.62米，210.13吨，可根据不同运力需要选配2、4、6枚固体助推器。火箭最大运载能力27.2吨，地球同步轨道运载能力15.3吨，运力在世界现役火箭中排名第四。

”宇宙神“-5火箭因为使用俄罗斯发动机，美俄关系遇冷后，该火箭也不受待见。

液氧甲烷火箭发动机的优点包括：比冲高、维护方便、易于获取、发射成本低，此外，甲烷冷却性能好，适用于全流量补燃循环方案，能够兼顾高性能和重复使用需求，为了降低成本，“火神”火箭除了使用液氧甲烷发动机，也考虑了可重复使用技术。“火神”火箭根据可重复使用要求提出了敏感模块自主返回技术（SMART）。在一、二级分离后，火箭一级发动机将脱离，并在充气式热防护罩的保护下再入大气层，然后依靠降落伞减速，最后由直升机在空中回收。ULA公司表示推进系统成本占整个一级成本的65%，一级发动机的回收利用将会使一级推进系统成本降低90%，而这种仅回收关键部件的方式将比SpaceX公司回收整个子级箭体的方式更加简单和易于实现。但现在首飞的“火神”火箭还没使用这种技术，该技术的研制进展也比较缓慢，技术成熟尚需时日。

“火神”火箭成熟后将替代“宇宙神”-5系列火箭和“德尔塔”-4系列两款火箭，成为ULA接下来的“当家花旦”。“宇宙神”-5系列火箭是洛克希德·马丁公司产品，最大运载能力18.85吨，地球同步转移轨道最大运载能力8.9吨。该型火箭服役已经进入倒计时，目前还剩16次发射。“德尔塔”-4系列火箭由波音公司研制，最大运载能力28.8吨（“德尔塔”-4H），该火箭在2023年6月执行了其服役生涯的倒数第二次发射，计划在2024年完成最后一次发射后退出历史舞台。

”火神“火箭芯一级配备了两台BE-4液氧甲烷发动机。

不确定的未来 

然而，这款被ULA寄予厚望的火箭却有点不争气，研制过程问题频出，发射时间一推再推，原计划在2019年左右首飞的“火神”被推迟到今年1月，该火箭甚至被戏称为火箭里的“鸽王”。

首先是火箭主发动机的选型，为了降低成本和可重复使用，ULA最终选择了蓝色起源公司的BE-4液氧甲烷发动机。但这款发动机在研制过程中却遇到了不少问题，发动机在2017年进行测试，从50%到70%推力测试表现尚可，有过1800秒以上稳定工作记录，但是后面一直无法突破73%这一大关。2019年，蓝色起源宣布将会整个重新设计燃气发生和涡轮泵系统，但后续试车又发现泵系稳定性存在缺陷，还出现爆炸的问题。最近的一次爆炸还发生在2023年6月，当时，在得克萨斯州西部的试验场，蓝色起源公司的一台BE-4液氧甲烷发动机在热试车时，点火仅10秒后便发生猛烈爆炸，发动机与试车台均在爆炸中严重损毁。BE-4发动机问题不断是“火神”火箭屡屡推迟的主要原因，ULA曾多次公开抱怨：“BE-4发动机是火神火箭首飞的最大障碍”。

测试中的BE-4发动机

二级发动机表现也曾让ULA“捏一把汗”。去年3月29日，“火神”火箭的“半人马座V”氢氧上面级结构件在马歇尔太空飞行中心开展资格认证测试时发生大爆炸，调查显示，该燃料箱存在结构问题。ULA在6月24日的一份报告中指出，“半人马座V”火箭的薄壁压力稳定油箱在发射前需要在前圆顶顶部进行轻微加固操作。这次爆炸也增加了外界对该火箭可靠性的质疑。

对于ULA来说，虽然“火神”火箭磕磕绊绊，但这次首飞成功终于可以稍微松一口气，接下来可以上桌与竞争对手SpaceX公司“掰掰手腕”。由美国洛克希德·马丁和波音公司在2006年联合组建ULA曾凭借垄断地位，一度在美国发射市场呼风唤雨，从2006年至2015年可以说是“躺着赚钱”，大量美国国内发射合同尤其是国防载荷基本都有ULA纳入囊中，发射成功率也是百分之百（发射次数超过155次）。而且2020年以前，联合发射联盟每年从军方不仅获得大量发射合同，还有年均10亿美元的“发射能力维持补贴”。

但“躺着赚钱”的日子随着SpaceX公司这条“鲶鱼”的出现逐渐结束，SpaceX公司凭借着可重复使用的“猎鹰”9火箭和更低的管理成本，将发射报价压至约ULA报价的一半。ULA的报价普遍在1亿美元以上，“德尔塔”-4H重型火箭报价甚至超过2亿美元，而SpaceX公司的报价有不少在5400万美元左右，远低于ULA。为了获得更多发射订单，2014年，SpaceX公司起诉美国军方，称在竞标国家安全任务时美国军方偏袒ULA，经过一番调解，SpaceX公司撤诉，军方逐步授予SpaceX公司相关合同，并于2017首次发射国家安全载荷，多次为美国军方发射X-37B轨道飞行器、GPS卫星等航天器。

看到SpaceX公司能够用同样的钱办更多的事，美国军方也是乐见SpaceX公司和ULA展开竞争。之后，美国军方对“国家安全发射”（NSSL）项目第二阶段进行了招标，2020年，经过两轮激烈的竞争之后，美国空军宣布ULA和SpaceX公司中标，两家公司将分别以60%、40%比例瓜分从2022年到2026年预计总数为30至34次的高价值国防发射任务合同，价值总额高达50亿美元。虽然ULA占了大头，但为什么更高的报价却能够获得更多的合同，只能说“懂得都得”。

除了美国官方的发射任务需求，需求旺盛的商业航天发射服务也会让“火神”火箭分得一杯羹。2022年4月5日，亚马逊宣布选择阿丽亚娜太空公司、蓝色起源和ULA为其柯伊伯（Kuiper）低轨互联网星座发射3236颗卫星，ULA便采购了大量的火箭发动机，包括一次性采购了116台RL10C-X发动机，赢得亚马逊的合同将使该型火箭的年发射次数增加一倍多，达到每年25次。

虽然“火神”火箭的前景是比较光明的，但依然存在一些不确定性，因为ULA可能被整体出售。去年4月，据美媒报道，ULA已经被摆上“货架”，波音和洛·马公司有意出售ULA。2023年12月，有报道称，亚马逊创始人杰夫·贝索斯的蓝色起源公司以及另一家私募股权公司有意收购联合发射联盟（ULA），而蓝色起源公司正在研制“新格伦”火箭，这款运载能力达到45吨的可重复使用火箭运载能力比“火神”更强，如果ULA真的被蓝色起源公司收购，很可能上演“半路收养的孩子”和“亲生孩子”争宠的戏码，至于结果，时间会给出答案。