“新格伦”火箭和猎鹰-9火箭对比分析

场青格 张帆（北京航天动力研究所）

可重复使用一子级和起落架。

“新格伦”火箭构型最大的优势为采用了超大7m 整流罩，将有效载荷扩充至现役火箭的2 倍，近地轨道有效载荷为45t，地球静止转移轨道有效载荷为13t。其一子级可重复使用至25 次，主发动机为甲烷发动机BE－4，上面级发动机为BE－3U。

“新格伦”火箭及其助推级外观图

猎鹰－9 火箭

猎鹰－9 火箭是由SpaceX 公司设计并制造的可重复使用双子级火箭，是世界上第一枚轨道级可重复使用火箭。

猎鹰－9 火箭外观图

猎鹰－9 火箭结构包括一子级、二子级、级间和整流罩。其中，一子级使用9 台“灰背隼”（Merlin）发动机联机，结构为“1﹢8”：即中心一台，周围均匀分布8 台，大大简化了火箭的设计和组装，降低了发射成本。级间是用于连接一子级和二子级的复合结构，并装有气动推进器，保障二者在飞行过程中成功分离。此外，猎鹰－9 火箭还配备了4 个位于级间底部的高超声速网格鳍，可以借助移动压力中心在再入轨期间定位火箭。整流罩由碳复合材料制成，可以有效保护卫星入轨，且为回收性质，以便在未来任务中重复使用。

猎鹰－9 火箭基本参数

差异性分析

“新格伦”火箭和猎鹰－9 两款火箭结构的主要差别在于头部整流罩和分级结构的选择：前者借助超大7m 整流罩，大幅提高运载能力和有效载荷；后者整流罩使用碳复合结构，更看重结构的安全性和可靠性。此外，猎鹰－9 火箭还借助级间和改善发动机布局，降低了发射过程中子级分离对火箭飞行的影响。

3 动力与飞行程序

“新格伦”火箭

“新格伦”火箭将甲烷发动机BE－4 作为一子级的主发动机，BE－3U 为上面级主发动机。这两款发动机均为蓝源公司研制的系列产品。

BE－4 发动机的推进剂为液氧甲烷。于2019年完成了100%的推力测试，海平面推力达240t。目前，世界范围内只有两款可用的液氧甲烷发动机，即SpaceX 公司的“猛禽”（Raptor）和蓝源公司的BE－4。作为新一代液氧甲烷燃料富氧分级燃烧循环的火箭发动机，BE－4 可重复使用100 多次。同时该动力系统性能也有所提高，如推力和比冲等，均高于现役火箭。使用7 台BE－4 甲烷发动机联机，一子级可在海平面产生17100kN 的推力。尽管其详细参数尚未公布，但根据蓝源公司官方公布的数据可知，其高度至少为3.5m,主要部件包括增压泵、再冷却组件、主要涡轮泵总成、富氧预燃室和喷管等。

BE－4 发动机外观结构图

根据飞行计划，“新格伦”火箭将从卡纳维拉尔角36 号发射场升空。在子级分离后，一子级返回地球并在摆渡船附近1000km 处降落，可选择着陆面积扩大，助推器着陆可靠性得到了很大的提高。二子级发动机点火，7m 整流罩分离。当机载有效载荷安全入轨时，任务圆满完成。

“新格伦”火箭发射过程示意图

猎鹰－9 火箭

“灰背隼”发动机隶属SpaceX 公司开发的系列产品，用于猎鹰－1、猎鹰－9 和猎鹰重型运载火箭。其推进剂为液氧煤油，专为可重复使用设计。该发动机采用燃气发生器开式循环。

“灰背隼”发动机结构外观图

猎鹰－9 火箭动力系统的最大特点为一子级采用9 台“灰背隼”联机结构，提高了容错率，即当其中两台发动机故障时，飞行器仍可继续运转，对发射不会造成太大的影响。此时，一子级推力可超过7557kN（海平面推力）。

二子级由单个“灰背隼”发动机（真空版）提供动力，推力为981kN。此时发动机可多次重复起动，旨在将多个有效载荷送至不同的轨道。

与“新格伦”火箭有所不同，猎鹰－9 火箭并没有经历自动变轨的过程，且降落方式也是采用垂直降落的方式，着陆地点比较固定。

此外，猎鹰－9 火箭的分离过程十分简单。虽然大多数火箭使用复杂的爆炸螺栓进行子级分离，但SpaceX 公司在猎鹰－9 火箭上使用了全气动的子级分离系统。该系统可以在地面上进行测试，有效降低了分级过程对火箭的影响。

差异性分析

“新格伦”火箭和猎鹰－9 火箭在动力系统方面的差异主要体现在推进剂选择的不同：前者主发动机为BE－4，是美国第一台使用液氧和液化天然气的可重复使用、富含氧化剂的分级燃烧增压发动机。后者主发动机为“灰背隼”发动机，是一种燃气发生器开式循环发动机，推进剂为液氧煤油。

动力系统的差别给运载器的飞行程序，尤其是着陆方式带来了一定的影响。就着陆方式而言，“新格伦”火箭更灵活，采用海上降落，着陆范围较大，受限制程度低。猎鹰－9 火箭则需要固定的着陆地点，采用传统的垂直着落方式降落。

4 运载器发展阶段

“新格伦”火箭

蓝源公司“新格伦”火箭设计工作始于2012 年，2016 年9 月首次官宣部分信息。早期，该公司曾经表示要在2020 年进行“新格伦”火箭的首发飞行试验，但因某些客观原因推迟至今仍未开展相关任务。不久前，该公司称，2022 年的首飞计划继续推迟至少一年。为此，蓝源公司还在佛罗里达州卡纳维拉尔角区域建造了一座大型综合火箭工厂，专用于“新格伦”火箭和其他的重型火箭发射任务。

猎鹰－9 飞行程序图

据悉，“新格伦”火箭发射计划之所以一拖再拖，主要是由于经济原因和技术原因。其中，技术原因主要分为两点：①该火箭将具备更强的发射灵活性和适应性，可以满足绝大多数的发射天气条件（可达95%）；②该火箭甚至将运送火箭作为自己的有效载荷，难度超大。

猎鹰－9 火箭

SpaceX 公司的猎鹰－ 9 可谓是火箭界的明星选手，其发展阶段完整且成熟，每个阶段都能称得上是划时代的标志。2015 年猎鹰－ 9 火箭的首次回收、2016 年4 月10 日“国际空间站”(ISS) 的成功补给、2019 年11 月11 日的载重纪录（15.6t），以及2021 年9 月15 日的首次纯商业载人太空飞行任务，所有的发展阶段呈顺序、流线型，虽时有波折，但都是可以解决的，并未对连贯的发展阶段造成断崖式破坏。

可以说，猎鹰－9 火箭成熟一体化的发展阶段，为后续重型火箭（如：该公司的“猎鹰重型”以及“星舰”“超重星舰”等）奠定了雄厚的技术基础。就现阶段而言，其成熟的可回收技术降低了运载器的发射成本，对民营航天和商业航天意义非凡。

差异性分析

虽然这两款火箭的动力系统均得到了充分的发展，但运载器本身的发展阶段差距较大。“新格伦”火箭至今尚未飞行，而猎鹰－9 火箭自2010 年6 月4 日完成首飞以来，已经进行了3 次载人航天任务，均获得圆满成功。

5 两款火箭的相同点小结

就目前来看，蓝源公司和SpaceX 公司发展势头迅猛，后者在可重复使用运载器领域更胜一筹。但蓝源公司对于“新格伦”火箭的投入也在暴露其逐渐占领民营和商业航天市场的野心。

2020—2024 年，美国太空部队将国家安全太空发射二期合同授予联合发射联盟公司（ULA）和SpaceX 公司，将蓝源公司和诺格公司（NG）选为主要承包商。这是两家公司在发展道路上离彼此最近的一次。

除了上述差别，“新格伦”火箭和猎鹰－9 火箭在很多方面殊途同归，如：①虽然推进剂有所不同，前者为甲烷，后者为煤油，但均应用于可重复使用运载器。②虽然两款火箭子级结构有所区别，但大推力，大有效载荷为二者共同追求的目标，前者通过加大整流罩，后者通过改变发动机布局，均力求提高有效载荷。③两款火箭均为载人航天任务，且商业目的浓厚，具备打造航天旅游业的潜力。

蓝源公司位于佛罗里达州卡纳维拉尔角的“新格伦”火箭工厂鸟瞰图

6 结束语

“新格伦”火箭凭借其独一无二的结构优势，使用巨大整流罩将有效载荷提高一个量级，未来市场十分广阔。当技术成熟之时，可为整个世界的航天事业作出巨大贡献，例如：为“国际空间站”、合作飞行等提供丰厚的物质保障，让航天任务具备接续性、可持续性。同时，可以降低多次发射成本，提高可靠性。

猎鹰－9 火箭成熟的发射技术加之可重复使用技术的日益完善，可将载人发射任务由少数性、特殊性扩展为普及性，甚至带动相关航天产业（如太空旅游业）的蓬勃发展，并且“龙”飞船已经取得了一定的进展。此外，其可重复使用技术将发射成本大幅降低，市场需求广阔，技术借鉴意义十分重大。

综上所述，通过对比分析“新格伦”火箭和猎鹰－9火箭在历史意义、结构，以及动力和飞行程序等方面的不同之处，不仅能总结出两型火箭各自的市场优势，还能总结出美国新型可重复使用运载器的发展特点：重点打造重型可重复使用运载器，提高有效载荷，降低发射成本。此外，两款火箭的一些共同点，如商业目的和发射任务等，可以看出美国商业航天的发展不仅侧重于经济效益，同时也兼顾国家安全保障。

虽然由于一些客观原因，蓝源公司曾搁置了“新格伦”火箭的研制进展，但已经开始重新发力打造“新格伦”火箭，在不久的未来，将启动27 颗卫星组成的“柯伊伯”（Kuiper）星座计划。同时，猎鹰－9火箭已于2022 年4 月23 日将3 名美国航天员和一名欧洲航天员送至“国际空间站”，圆满完成了乘员－4（Crew－4）任务。得益于两款火箭的日益成熟，世界航天将迎来扬帆起航的新征程！