美国掀起新太空竞赛：看谁家超重型运载火箭先入轨

　　8月16日消息，据外媒报道，新一轮太空竞赛目前正在如火如荼地进行中，但这一次不是决定哪个国家首先进入太空的竞赛，而是哪家航天公司的第二代超重型运载火箭(SHLV)能首先入轨。

　　SpaceX、联合发射联盟公司(ULA)、蓝色起源公司(Blue Origin)以及美国宇航局(NASA)都计划建造和运营自己的SHLV火箭。所有实体都在努力深入设计和开发，并且大多数都处于为首次飞行进行硬件组装和集成的不同阶段，这为我们比较它们的不同技术和方法提供了绝佳机会。

　　NASA和ULA正在开发具有由固体火箭助推器提供动力的一次性单核火箭，而SpaceX和蓝色起源公司则在开发可重复使用的设计，它们将利用由多个发动机驱动的巨大单核助推器。

　　SpaceX：星际飞船/超重火箭

　　目前，SpaceX是世界上唯一的超重型运载火箭(猎鹰重型运载火箭，Falcon Heavy)的建造商和运营者，该公司的下一代火箭几乎已经家喻户晓。

　　SpaceX公司的下一代星际飞船(Starship)与超重火箭(Super Heavy)设计是迄今为止最雄心勃勃的。该公司首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)表示，新火箭将由巨大助推器组成，配备多达35个猛禽发动机，能够在发射时产生总计超过7万kN的推力。火箭的上级被称为星际飞船，将是个完全可重复使用的船员和货物运输工具，由多达6个猛禽发动机提供动力。

　　根据2018年9月的设计更新，星际飞船与超重火箭将有118米高，将能够以完全可重复使用的配置将至少100吨有效载荷发射到低地球轨道，其中助推器和飞船都可以返回地球进行回收和再利用。就其本身而言，星际飞船将至少有55米高，并配有巨大的有效载荷舱(或船员舱)，可用体积不少于1000立方米。现已过时的2018年设计还包括近90立方米的无压货舱，这个数字几乎SpaceX可操作货运飞船的九倍。

　　尽管马斯克已经表示，星际飞船的着陆腿和操纵面的设计后来发生了变化，包括在超重型助推器上增加了着陆腿，但上层的2018年设计有两个驱动鸭翼和鳍/腿，其中两个驱动有点儿像煽动的翅膀。

　　目前，SpaceX公司正在佛罗里达州可可海滩和得克萨斯州博卡奇卡的两个独立设施积极建造两个轨道星际飞船的原型，以及星际飞船原型的测试版StarHopper。StarHopper配备了一个单独的猛禽发动机(SN06)，最近成功完成了20米“跳跃(悬空测试)”，这也是该飞行器的第一次无缆绳束缚测试飞行。

　　据马斯克称，StarHopper正在为最早于8月16日进行的第二次无缆绳束缚悬空飞行测试做准备，届时火箭将达到最高200米的高度，并进行微小的转向，降落在相邻的着陆台上。马斯克还计划在定于8月24日在德克萨斯州博卡奇卡举行的官方活动中，展示星际飞船状态的重大更新。除了马斯克通过数百条断断续续的推文提供的信息外，这将标志着SpaceX的星际飞船材质从碳纤维到不锈钢改变以来，第一次进行正式演示。

　　SpaceX对星际飞船和超重火箭生产采取了真正史无前例的方法，目前正在户外组装两个全尺寸星际飞船原型(Mk1和Mk2)，几乎没有任何遮掩，尽管有些覆盖设施正在同时建造。

　　蓝色起源公司：BE-4发动机

　　与此同时，蓝色起源公司和ULA已经建立了合作伙伴关系，因为这两家公司最终将使用蓝色起源公司制造的相同发动机，来为他们的下一代运载火箭助推器提供动力。ULA已决定为其火神重型火箭购买蓝色起源公司制造的BE-4发动机，这主要是因为由于美国的制裁，该公司将在2022年后无法再进口在Atlas V上使用俄罗斯制造的RD-180发动机。

　　然而，最重要的是，蓝色起源公司正在开发BE-4，并将其作为该公司自己的两级超重运载火箭(新格伦号，New Glenn)的主要推进器。新格伦号火箭的第一级将由7种极强的氧气提供动力，利用液化天然气(LNG)和液氧产生至少2450kN的推力。

　　出人意料的是，新格伦号火箭在发射时产生的推力，实际上会比SpaceX的猎鹰重型火箭整整少33%，但在更高的轨道上，其很可能碾压猎鹰重型火箭的性能。这在很大程度上要归功于单核火箭的更高效率，以及其以甲烷为燃料的BE-4助推级发动机和以氢为动力的BE-3U上级发动机的更高效率。

　　据蓝色起源公司称，新格伦号火箭将能够向低地轨道发射45000公斤的有效载荷，向地球同步转移轨道(GTO)发射13000公斤载荷，同时仍能回收助推器，而猎鹰重型火箭可向GTO发送的有效载荷为8000到10000公斤。

　　新格伦号火箭约为95米高，并具有最大的有效载荷整流罩，直径可达7米。这款火箭的助推器将追随蓝色起源公司相对较小的“新谢泼德”号火箭(New Shepard)的脚步，并将依靠驱动鳍在大气层中机动，同时两个固定的翼状条纹在返程时将可充当“翅膀”。新格伦号火箭还将配备六个可伸缩的着陆腿，并在一艘改装的船舶上着陆，就像SpaceX公司的猎鹰系列火箭那样。

　　虽然自2016年9月公布新格伦号火箭生产进度以来，蓝色起源公司几乎没有发布任何文字或照片，但该公司确实每隔几个月就会提供有关BE-4发动机状态的少量更新，包括8月2日在该公司德克萨斯州工厂完成的最近一次全动力发动机测试的照片。

　　ULA：火神重型运载火箭

　　ULA的下一代火神重型(Vulcan Heavy)火箭将配备两个蓝色起源公司生产的BE-4发动机，但在其预计2021年首次发射后的至少4-6年内，这些助推器是无法回收的。ULA将继续依靠他们的传统设计，即用2-6个捆绑式固体火箭助推器(SRB)补充液体推进能力，在助推器的两个BE-4上增加多达12000kN推力，本身产生4800kN的推力。

　　在其最大的配置中，火神重型运载火箭将高69.2米，仅比猎鹰9号火箭稍矮，能够发射15吨有效载荷进入GTO，向低地轨道发射30.3吨有效载荷。

　　ULA首席执行官托里·布鲁诺(Tory Bruno)最近在Twitter上提供了少量火神火箭开发更新信息，称其首个火神助推器最近在该公司位于阿拉巴马州的Decatur工厂完成。这个特别的助推器是个结构测试体(STA)，永远不会试飞，但它仍然是ULA下一代火箭的巨大里程碑。

　　泄露的照片给出有关火神重型火箭的规模线索，因为火神助推器旁边的照片是该公司的Atlas V，它比火神5.4米的直径要小得多，只有3.8米。

　　最终，这场现代太空竞赛有望使整个航天产业受益，特别是在引入新格伦号火箭方面，希望这能为SpaceX的可重复使用猎鹰9号和重型火箭带来些真正的技术竞争。ULA的火神火箭计划在2021年上半年首次亮相，新格伦号火箭则在2021年末或2022年推出。

　　SpaceX的猎鹰重型火箭已经投入使用，刚刚在2019年6月完成了第三次发射。从2020年末开始，还有几份发射合同有待完成。SpaceX的星际飞船/超重火箭目前处于有点儿混乱的状态，但马斯克认为，轨道发射尝试最早可能会在2020年初到来。

　　与此同时，NASA正在非常缓慢地进行其空间发射系统(SLS)火箭的首次发射准备，可能会在2022年展开。

　　如果运气好的话，本世纪20年代初将迎来两枚、三枚、四枚甚至更具极强能力的火箭的首次发射，它们的发射成本在很大程度上将是史无前例的。现在，让我们对它们的到来拭目以待!(腾讯科技审校/金鹿)