世界航天新科技档案（一）各国新型火箭（中）

+ 刘进军

5 “阿丽亚娜-6”重型火箭

“阿丽亚娜-6”（Ariane-6）火箭是欧空局正在开发的运载火箭，由阿丽亚娜集团研制，研制费用36亿欧元。它将成为“阿丽亚娜”运载火箭家庭新的成员，计划在2020年进行第一次试飞。“阿丽亚娜-6”的运载能力可比肩美国“大力神-4”、“火神”，及日本“H-3”火箭。

“阿丽亚娜-6”火箭分为2种型号

按照助推器的数量分为：

“阿丽亚娜-6 2”、“阿丽亚娜-6 4”。

“阿丽亚娜-6”火箭主要参数

“阿丽亚娜-6 2”“阿丽亚娜-6 2”为中型火箭，设计有2个“P120”固体助推器，发射重量530吨。

“阿丽亚娜-6 4”“阿丽亚娜-6 4”为重型火箭，设计有4个“P120”固体助推器，发射重量大约860吨。

应用新技术：

对比“阿丽亚娜-5”运输到发射台上之前采用的垂直组装、垂直运输和垂直点火的方法，“阿丽亚娜-6”火箭采用了水平组装、水平运输和垂直点火。“阿丽亚娜-6”的主要箭体在新的综合组装厂水平组装，然后运往法属圭亚那太空中心。在那里，它们将竖立起来，并与助推器和有效载荷结合。苏俄是水平组装、水平运输和垂直点火的鼻祖，例如“联盟”和“质子”火箭；美国“德尔塔-4”、“猎鹰-9”火箭也采用了水平组装、水平运输和垂直点火。这种方法可以减少该流程中一半的费用。

为了节省成本，阿丽亚娜集团完全改变了工业生产过程，允许同步的工作流程在几个欧洲生产站点之间移动，以月度节奏制造火箭，保证每年12次发射，比“阿丽亚娜-5”火箭增加一倍产量。为了进一步降低价格，“阿丽亚娜-6”发动机部分组件将使用3D打印技术。

首次采用激光点火的火箭：

激光点火系统由位于奥地利的卡林西亚研究中心研发。以前，激光点火系统常用于汽车和涡轮发动机，它比电子点火系统更优秀。激光点火系统采用固体激光器，位置在燃烧室之内。它的好处是：更稳定、更灵活，提供更高的脉冲力量，并且能容忍更宽范围的燃料以及空气混合物比率。

降成本与竞争：

最初，“阿丽亚娜-6”设计为固体燃料火箭。2014年12月，欧空局局长会议决定了最终的设计：液体燃料的芯级火箭与固体燃料的助推器。“阿丽亚娜-6”的科学目标是：“阿丽亚娜-6”替换“阿丽亚娜-5”，节省一半费用，并且允许每年发射的次数加倍。2014年时官方预估估其每次发射成本为：“阿丽亚娜-6 4”9000万欧元，“阿丽亚娜-6 2”7500万欧元。虽然与同系列火箭相比已经降低了成本，但“阿丽亚娜-6”在国际上面临着更严酷的竞争——运力与之相当的美国太空探索技术公司的“大猎鹰（BFR）”火箭，完全可重复使用，在多次复用的理想情况下，每次发射成本将降至700万美元。看来在先进技术和咄咄逼人的对手面前，欧空局、阿丽亚娜集团要为市场前途头疼了。

第1级火箭主发动机——“火神-2.1”

“阿丽亚娜-6”火箭与发动机喷管布局

“阿丽亚娜-6”由3个主要结构和推进剂系统组成：

第1级火箭：称为下部液体推进模块。它直径为5.4米，安装1台“Vulcain 2.1”（火神）发动机，推进剂为液氢液氧。“V u l c a i n 2.1”发动机是“阿丽亚娜-5”发动机“V u l c a i n 2”的升级版本，含有大约1 4 0吨的推进剂。

固体火箭助推器：第1级火箭的附加推力由2个或4个“P120”固体火箭助推器提供。助推器包含大约142吨推进剂，提供4500千牛推力。此外，“P120”固体助推器还能作为升级版的“织女星-C”和“织女星-E”的第1级火箭。2018年7月16日，在法属圭亚那发射场第一次全面测试了该固体火箭助推器，成功完成测试，真空推力达到4615千牛。

第2级火箭：称为上部液体推进模块。它同样具有5.4米直径，推进剂也是液氢液氧。它由“达芬奇”发动机提供180千牛推力，具备多次启动能力。第2级火箭装载大约31吨推进剂。

6 “H-3”火箭

“H-3”运载火箭是日本开发的一种中型火箭发射系统，将从日本种子岛宇中心发射。目前，“H-3”火箭已经被安排了2020年～2024年的10次发射任。首次发射，指日可待。

共同研发：

2013年5月17日，日本政府授权研发“H-3”运载火箭。由日本三菱公司和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）共同负责“H-3”火箭的设计、制造和操作。JAXA负责初步设计，地面设施的准备，并为“H-3”火箭开发新技术；三菱重工公司负责制造。

降低成本：

据计划，“H-3”火箭研制费用约50亿日元。“H-3”与“H-2A”相比，发动机更便宜，因此在较短的时间内，制造新的运载火箭将更具成本效益，风险更小。火箭设计的主要重点是降低成本，为客户提供一次发射服务的成本将控制在5000万～6500万美元的范围内。2018年，三菱重工公司公布的目标是使“H-3”火箭发射的价格与美国太空探索技术公司的“猎鹰-9”火箭相当。“H-3”火箭将拥有多任务发射能力，但三菱重工公司更专注于专用发射，以便为客户保证优先级排定计划。

“H-3”火箭主要参数

“H-3”火箭共有4种型号：“H3-30S”、“H3-22S”、“H3-32L”和“H3-24L”

火箭型号的含义：

每种H3火箭型号都缀以一个两位数和一个字母,表明配置的功能。第一个数字表示“LE-9”发动机的数量，即“2”或“3”；第二个数字表示连接到火箭底座的“SRB-3”固体火箭助推器的数量，可以是“0”、“2”或“4”，所有的固体推进器的布局是对称的；最后的一个字母表示整流罩的长度，短以“S”表示，长以“L”表示。例如：“H3-24L”型火箭有2台“LE-9”发动机，4个固体火箭助推器，配置长整流罩；“H3-30S”型火箭有3台“LE-9”发动机,，没有固体火箭助推器，配置短整流罩。

7 “太空发射系统”（SLS）超重型火箭

美国宇航局（NASA）下一阶段目标：登陆月球、火星、小行星。为此，制定了“太空发射系统”计划，花费血本，研发各种航天器。

“太空发射系统”（SLS）火箭是继承美国航天飞机技术成果的超重型运载火箭，它的总推力比目前史上最大火箭“土星-5”还高20%。它是美国宇航局深空探索计划的一部分，包括火星载人使命。截至目前，“太空发射系统”已计划了13次飞行。

“太空发射系统”火箭，比美国的土星-5、战神-5，苏俄的能源、N-1，太空探索技术公司的猎鹰-重型、大猎鹰，蓝色起源的新格伦，都要每次发射成本大约为5亿美元。

起源：

随着“星座”计划取消、航天飞机退役，2010年，美国宇航局授权法案设想将“星座”计划的“战神-1”和“战神-5”火箭设计转换成一种单一载人或货物使用的运载火箭，类似于“战神-4”概念。这种能够载人登陆月球、火星、小行星的火箭就是——“太空发射系统”火箭。随着时间推移，“太空发射系统”极速升级，演变为更强大的火箭。

“太空发射系统”的制造商包括美国波音、联合发射联盟、诺斯罗普·格鲁曼、航空喷气-洛克达因等公司。

“太空发射系统”四种型号：

“太空发射系统-1”低轨道运载能力为70吨；“太空发射系统-1B”低轨道运载能力为105吨；“太空发射系统-2”低轨道运载能力为130吨。所有型号使用相同的芯级火箭，配备4个RS-25d/E发动机，该发动机的原始型号曾是航天飞机的主发动机。

“太空发射系统”（SLS）超重型火箭

“RL-10”发动机

太空发射系统火箭第2级使用的“RL-10”发动机，是美国研制的世界首台氢氧火箭发动机。1950年代，马歇尔航天飞行中心、普拉特和惠特尼开始研发“RL-10”发动机，1961年进行了第一次飞行。

“太空发射系统”火箭主要参数

发射任务规划：

“太空发射系统”载人火箭发射“猎户座”飞船，能运送4名宇航员。目的地是月球、火星、小行星和绝大多数拉格朗日点。如果必要的话，它还支持前往国际空间站。2 0 2 0年6月，“太空发射系统”火箭将在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心首发，执行无人的“探索任务-1”计划，前往月球；而载人飞行任务最早要到2 0 2 2年。

“太空发射系统”货运火箭的任务是运送登月和行星际飞行的登陆舱等货物。2 0 2 4年8月，“太空发射系统”货运火箭将首次发射，前往火星。届时，一场火星飞船与火星登陆舱在太空对接的大戏将上演。

成本高昂：

2 0 1 1年9月，美国宇航局称：2 0 1 7年前，“太空发射系统”计划预计总成本大约1 8 0亿美元，其中“太空发射系统”火箭1 0 0亿，“猎户座”多功能飞船6 0亿美元，肯尼迪航天中心发射台和其他设施2 0亿美元。到2 0 2 5年，“太空发射系统”计划预计总成本将达2 4 0亿美元。

8 “新格伦”重型火箭

贝佐斯，美国企业家、投资者、慈善家，全球最大在线零售商亚马逊的创始人、董事长和首席执行官，以及世界首富。他认为：拥有金钱和财富是人生的一大理想，但为人类和未来做出贡献才是人生的最大理想与价值体现。

怎样为人类和未来做出贡献呢？

2000年，贝佐斯创办了一家航空航天公司——蓝色起源（Blue Origin），实现人生理想，增加商业利益。2015年，蓝色起源公司第一枚火箭试飞成功，第一次到达了太空。目前，他们正在全力研制“新格伦”（New Glenn）重型火箭。

“新格伦”火箭主要参数

第2级火箭

“新格伦”重型火箭，比美国的土星C-3、德尔塔-4、火神、中国的长征-5更大。

美国宇航局感叹道：科技迅猛，后生可畏！

造火箭的世界首富：杰夫·贝佐斯

1964年1月12日，杰弗·贝佐斯出生于美国新墨西哥州阿尔伯克基。他从小聪明胆大，特别调皮，在德克萨斯州的休斯敦长大。休斯敦，号称“火箭城”，坐落着美国宇航局约翰逊航天中心。贝佐斯从小耳闻目染，立志投身宇航事业。1986年，贝佐斯毕业于普林斯顿大学，拥有电气工程和计算机科学学位。1986年～1994初，他在华尔街从事各种相关领域的工作，但从来没有忘记太空和宇航梦。

1994年下半年，贝佐斯从纽约市到西雅图进行越野旅行，途中顺便创办了一个网上书店——亚马逊。几年内亚马逊公司迅速扩张，从一个网上书店，扩展到提供各种产品和服务的电商平台，包括视频和音频流。目前，亚马逊公司通过亚马逊网络服务（Amazon Web Service，AWS），成为全球最大的互联网电商公司，也是全球最大的云基础设施服务提供商。之后，贝佐斯进行了一系列商业收购，包括买下了《华盛顿邮报》。2018年3月6日，54岁的贝佐斯正式被福布斯杂志评为世界上最富有的人，净资产为1120亿美元。

绘制：杜仁杰

自掏腰包搞火箭，源于5岁时的太空梦：

近些年，贝佐斯每年个人投入10亿美元于蓝色起源。他曾表示从5岁开始痴迷于太空和火箭发射：

“我看过阿波罗计划，看过阿姆斯特朗和奥尔德林登月。我不后悔，我就是喜欢。我对它倾注了很多，终生如此。”

“新格伦”重型火箭

蓝色起源，步步为营

这是一家航空航天制造商和航天服务企业，总部设在华盛顿的肯特。公司名字的含义是：以蓝色行星——地球作为飞向太空的起源点。蓝色起源公司推崇真正的、极致的创新。目前，蓝色起源公司拥有1500名员工，正在开发各种航天技术和太空技术，重点研发火箭动力垂直起飞和垂直着陆。它采用循序渐进的方法，从亚轨道到轨道飞行，每个发展步骤都建立最先进、最科学、最新颖的程序和计划。正应了贝佐斯的拉丁文座右铭——步步为营！15年时间，蓝色起源公司从无到有，从小到大，从成功到更大成功。

蓝色起源致力于开发火箭复用技术，目标是大大降低成本和提高可靠性，让更多的人类进入太空。

③新格伦（New Glenn）火箭

约翰·格伦 John Glenn

美国第一位环绕地球飞行的宇航员，蓝色起源的“新格伦”火箭正是以他的名字命名。

“新格伦”火箭：

最近几年，蓝色起源公司的战略发生戏剧性变化。2014年，它最初作为火箭发动机供应商，为美国联合发射联盟研制新的大型火箭发动机——“BE-4”，后来移动到载人飞船、重型火箭。2015年,蓝色起源公司宣布：我们将研制和发射自己的重型运载火箭——“新格伦”（New Glenn），从佛罗里达州海岸飞上太空，登陆月球、火星、小行星和飞向深空。

2017年9月,贝佐斯个人投入了25亿美元，研制“新格伦”重型火箭。2018年，蓝色起源公司雇用各种火箭专家，包括60位曾供职于太空探索技术公司的工程师，集中研发“新格伦”火箭。

“新格伦”重型火箭是一种可重复使用的火箭。蓝色起源公司的野心很大，理想更大，一开始就就把目光投向了重型火箭，而非逐步迭代，从小型到中型再至重型。

①新谢泼德（New Shepard）火箭

艾伦·谢泼德 Alan Shepard

美国第一位进入太空的宇航员，蓝色起源研制的“新谢泼德”火箭正是以他的名字命名。

“新谢泼德”火箭：

2015年4月,蓝色起源进行了“新谢泼德”太空舱和火箭的首次飞行测试，火箭成功飞跃卡门线，进入太空，马赫数超过3，达到3675千米/小时的最高速度。随后太空舱和火箭助推器成功返回地面软着陆,实现了人类首次火箭亚轨道回收，重复使用成为可能，为未来开展更为经济的亚轨道旅游服务奠定了坚实的基础。

到2018年4月，“新谢泼德”火箭共进行了8次飞行测试，每次均超过100千米高度,发射、助推器回收成功率100%。这个成就让世界航天界刮目相看。

②“B E-4”液氧甲烷发动机

B E-4发动机研制历程：

2014年，启动研制；

2017年10月，进行了第一次测试；

2018年3月14日，进行了持续 114 秒 65% 推力测试；

2018年9月11日，蓝色起源CEO Bob Smith宣布，BE-4已经完成了200秒的发动机试车，将在今年年底前完成余下的测试。

出色的节流能力：

虽然BE-4发动机室压只有13.4兆帕，不算太高，但它继承了蓝色起源公司发动机一贯的高节流特色，推力可以在20%到100%之间调节。这样的节流能力已经超过了太空探索技术公司以高节流著称的灰背隼（Merlin）发动机。这样做的目的当然是为了多次复用。

蓝色起源公司研制的新型发动机——“BE-4”

BE-4发动机进行热点火