德尔塔-4落幕,美国航天一个时代的结束?

德尔塔-4落幕,美国航天一个时代的结束?
2024年04月12日 16:33 张学峰看空天

当地时间4月9日,美国联合发射联盟公司最后一枚重型德尔塔-4运载火箭发射成功,标志着自首枚德尔塔运载火箭发射60多年后,德尔塔系列运载火箭的落幕。由于德尔塔系列运载火箭在美国的航天发射中一直扮演着重要角色,美国媒体感慨“这是一个时代的结束”,不过个人认为,这只意味着传统航天发射公司依靠垄断“躺着赚钱的时代”结束了。

曾经的世界第一箭

美国东部时间49日下午1253分,联合发射联盟的最后一枚德尔塔-4运载火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角太空部队基地的37号航天发射场(SLC-37)发射升空,随后将美国国家侦察局(NRO)的机密有效载荷送入轨道。这是重型德尔塔-4运载火箭第16次发射,也是德尔塔-4系列火箭的第45次升空和第35次从佛罗里达州起飞,也是自1960年以来,德尔塔运载火箭家族的第389次发射(其中294架从卡纳维拉尔角发射升空)。

16枚重型德尔塔-4运载火箭中的一半用于发射NRO的有效载荷。该火箭以及德尔塔-4系列的其他火箭还用于发射美国宇航局、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)、美国空军的载荷以及商业有效载荷。

德尔塔运载火箭家族在美国的航天发射史上扮演了重要角色。美国“航天”网站称它“改变了美国将卫星、行星际探测器等航天器送入地球轨道的方式”。

1960513 日,德尔塔运载火箭首次发射,试图将世界上第一颗通信实验卫星送入太空,但由于火箭的姿态控制推进器未能点火而未能成功。德尔塔最初是作为雷神弹道导弹上的第二级,因此该火箭被称为雷神—德尔塔。3个月后,雷神—德尔塔将Echo IA卫星发射到轨道上,这颗卫星第一次成功实现了地球上两点之间通过太空进行双向通信。在这一成功之后,又发射了第二颗气象卫星和Telstar-1卫星,后者使第一次跨大西洋电视直播成为可能。接下来是德尔塔-B,它是雷神—德尔塔的衍生产品,其飞行包括19637月发射的 Syncom-2,这是地球同步轨道上的第一颗卫星。后来又发展了德尔塔-C/D/E/M/N等型号。这之后德尔塔系列又繁衍迭代了多代产品,满足航天发射的需求。

而德尔塔-4是在美国空军的“改进型一次性运载火箭”(EELV)计划下开发的,根据使用的助推器不同,有多个构型。重型德尔塔-4运载火箭是德尔塔-4系列中运力最强的型号,2004年首飞,近地轨道运载能力超过28吨,同步转移轨道运载能力为14.2吨。在重型猎鹰首飞前,它很长一段时间里都是本世纪正在服役的火箭中运力最强的型号(不算退役的)。而且重型德尔塔-4还是一枚全液氢液氧火箭。它使用的RS-68发动机是推力最大的氢氧火箭发动机。相较于其他燃料的发动机,液氢液氧发动机通常比冲更高。德尔塔-4和重型德尔塔-4成为发射美国军用有效载荷的主要火箭。

一个时代的结束?

德尔塔-4的最后一次发射让一些美国人有些百感交集。联合发射联盟首席执行官托里·布鲁诺表示,“这对我们来说是一个悲喜参半的时刻。”他表示,“它只是有一个传奇的遗产,它为我们的国家做了伟大的事情。我们非常自豪能够参与其中。而美国CBS新闻网称,这意味着美国火箭技术的一个时代结束了

实际上,结束的不仅仅是德尔塔-4运载火箭。联合发射联盟的另外一款火箭——宇宙生-5运载火箭也计划在2029年退役。

一个重要原因在于价格昂贵。重型德尔塔-4运载火箭的发射费用超过3亿美元,甚至达到4亿美元。相比之下美国太空探索公司的“猎鹰”-9运载火箭目前的一次发射报价是6700万美元,之前更低;而重型猎鹰运载火箭一次发射报价是1.5亿美元,重复使用的版本报价约9700万美元。猎鹰-9和重型猎鹰的近地轨道运载能力分别是22.8吨和63.8吨。

美国一些人感慨“一个时代的落幕”,实际上是一个躺着就能赚钱的时代的落幕。德尔塔-4是技术保守加行业垄断,面临更加有活力和创新的新一代火箭的失败。美国在上世纪60年代实现了登月,当时使用的土星-5运载火箭无疑是个时代运载火箭的巅峰之作,甚至有些超越时代。而上世纪80年代出现的航天飞机,让美国成功突破了火箭重复使用难题。特别是航天飞机主发动机SSME),也就是普惠公司洛克达因分部研制的RS-25,是一种分级燃烧高压补燃液氢液氧发动机。即便放在今天,其一些技术指标仍然是非常亮眼的,它仍然是目前推力最大的分级燃烧液氢液氧发动机,并用于美国宇航局的登月火箭SLS。它的高压补燃技术,使其获得了很高的比冲,而且还能重复使用150次。但是航天飞机没有实现最初预想的低成本入轨,因为它的重复使用太麻烦。

而德尔塔-4运载火箭,在发动机技术方面“有些倒退”。虽然它使用的RS-68液氢液氧发动机推力更大,但是使用了相对简单的燃气发生器循环,比冲低一些。试图使用更加简约的方式降低单次发射成本。但是现实是,其成本仍然非常高。当时美国的企业完全可以探索火箭回收复用技术,火箭发动机的复用技术已经没有难题。美国企业没有通过更大的创新来降低成本,原因之一在于用这种保险的方式,照样也能安全挣钱。

航天飞机的RS-25发动机

而“改进型一次性运载火箭”计划的另一个产物,宇宙神-5运载火箭,干脆采购物美价廉的俄罗斯RD-180发动机作为第一级,以进一步降低成本,尽管美国自己也有这种发动机的知识产权。虽然“渐进一次性火箭”计划为了避免垄断,而催生了两种运载火箭,但本质上,这种发射都垄断在美国的少数传统防务企业中,也就是兼并了麦道的波音和洛克希德·马丁公司。后来这两家公司干脆组建了“联合发射联盟”,一起发射这两种火箭,虽然打的旗号是“拯救生命、探索宇宙、连接世界”,但做得却是垄断发射、坐地起价的事。不过,最终这种垄断被美国崛起的商业航天企业打破。

火神能否继承衣钵?

联合发射联盟首席执行官托里·布鲁诺说“悲喜交加”,悲的是德尔塔-4落幕,而喜的则是新一代的火神-半人马座火箭(简称火神火箭)或将继承其衣钵。

火神运载火箭于今年1月首飞,并计划在4月份完成第二次飞行。据联合发射联盟的资料显示,这是一种两级火箭。火箭的芯一级发动机使用了蓝色起源公司研制的两台BE-4液氧甲烷发动机,采用较先进的分级燃烧循环,海平面推力240吨。第二级则是RL-10液氢液氧发动机,该发动机已经成功飞行将近400次,并取得700次点火的纪录。RL10拥有精密控制系统和重启能力,可准确将有效载荷送入轨道。除了BE-4发动机之外,火神火箭的大部分硬件都经过德尔塔-4和宇宙神-5验证过。

火神火箭共有4种标准配置,分别是不加捆绑助推器的型号和分别捆绑2台、4台和6台固体助推器的型号。这种固体助推器由诺斯罗普·格鲁曼公司研制,也用于宇宙神-5运载火箭。当使用6个固体助推器的时候,火神的地球同步转移轨道运载能力为14.5吨,近地轨道运载能力为27.2吨,向国际空间站的高度运载能力为25.8吨。基本和目前的德尔塔-4相当。经过进一步升级后,GTO运载鞥能力将达到15.3吨,超过目前的德尔塔-4

联合发射联盟打出的口号是“一个系统适用于所有任务”。由于设计更为简化,火神的发射成本大幅度下降。一次发射报价12亿美元。不过,火神火箭仍然面临来自猎鹰-9、重型猎鹰甚至星舰等可重复发射火箭的强劲竞争。此外,蓝色起源自己的、同样使用BE-4发动机的新格伦火箭也将发射。上述私营航天公司提供发射服务,完全能够满足NASA以及NRO的需求。从这个角度来看,火神虽然也已经拿到了不少订单,但是其发展之路大概率也不会是一番坦途。

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