2014年12月5日,美國成功測試了“獵戶座”太空飛船,這是1972年12月阿波羅17號進行最后一次載人登月后,首個外層空間載人探索計劃。美國已經將軌道運輸等任務交給更具“經濟性”的私營公司,官方集中精力于技術更復雜的挑戰,以官民兩線出擊的方式開啟了人類歷史上第二次“太空競賽”。
承擔此次獵戶座發射任務的是聯合發射聯盟(ULA)的“德爾塔-4”重型火箭,是迄今為止唯一全部采用氫氧發動機的火箭,其RS-68發動機真空推力344噸。相比之下,中國現役的YF-73、YF-75兩種氫氧發動機,最大推力只有5噸和8噸,正在研制中長征5號使用的YF-77發動機最大真空推力也只有50噸。
采用氫氧發動機火箭燃料質量最輕,比沖強勁、容易調節,而且較為環保,目前只有美國、俄羅斯、中國、法國、日本和印度擁有該項技術。以嫦娥三號探月工程為例,多窗口、窄寬度發射和高精度入軌的要求,只有可重復啟動、單位比沖高的氫氧發動機才能完成。而且,發動機單位質量燃料產生的推力越大,也就意味著探測器可攜帶更多有效載荷。
中國新一代運載火箭長征五號預計2年之內在海南發射場實現首飛。長征五號近地軌道運載能力25噸,地球同步轉移軌道運載能力14噸,是現役的長征系列運載火箭最大運載能力的兩倍左右,主要用于發射大噸位的近地軌道航天器,如空間站、大型低軌遙感衛星等。國產重型運載火箭(傳說中的長征九號)計劃在2030年左右實現首次飛行,前提是順利突破大推力發動機等技術難題。從某種意義上說,當前中美火箭發展的路線完全相反。美國是利用成熟技術、按照盡可能經濟的原則在短時間內“攢”出一系列火箭。中國則是通過幾個重點型號,推動國產火箭發動機技術的發展,在成本上有著天然劣勢。
承擔此次獵戶座發射任務的聯合發射聯盟是波音公司(Boeing)與洛克希德-馬丁公司(Lockheed Martin)聯手成立的一家大型合資企業,該公司的主要業務是承接美國聯邦政府的合同,并負責將諸如GPS衛星等設備發射進入太空軌道。在航天發射領域,軌道科學公司和太空探索技術公司兩個美國私企實力也十分強勁,在國際商業發射領域給中國的長征系列火箭帶來了不小的壓力。
上次爆炸的“安塔瑞斯”火箭和“天鵝座”飛船由軌道科學公司研制,用于向國際空間站運送貨物。為了降低成本,安塔瑞斯火箭的第一級使用的是Aerojet Rocketdyne公司提供的AJ-26發動機。這些發動機是上世紀60年代前由當時的蘇聯制造的,后來被進口到美國,翻新之后用在了安塔瑞斯火箭上。這次的事故很可能就是這些蘇聯發動機老化問題引起的。軌道科學公司一直在尋找替代產品,今年4月份軌道科學公司宣布與阿連特技術系統公司合并,由阿連特為“安塔瑞斯”中型火箭提供第一級發動機。
另外一家私營航天企業太空探索技術公司(SpaceX),由著名的“鋼鐵俠”埃隆·馬斯克(Elon Musk)創立,設計制造的龍式飛船(Dragon)和獵鷹9號火箭(Falcon 9)已為NASA執行3次貨運任務,沒有出現意外情況。SpaceX獲得了來自NASA的26億美元訂單,將美國航天員送至國際空間站 (ISS),而其競爭對手波音的報價高達42億美元。SpaceX以善于控制成本著稱,其商業發射報價比長城公司還低10%以上,但這并不是使用老舊成熟技術的緣故,“鋼鐵俠”的小伙伴們在技術上同樣很出色。
SpaceX的首個載人航天飛船——第二代龍飛船,一次能搭載七名機組成員,可以垂直降落,有望于2016年正式執行運送宇航員往返國際空間站的任務。SpaceX還計劃在2020年前研制出LEO運力達到75噸運載火箭,用于探月等需要大運力的宇航任務。如果有實際的商業需求,SpaceX很可能成為繼NASA之后第二個將人類送上月球的組織,這無疑將使“登月壯舉”的象征意義大打折扣。
更為瘋狂的是,埃隆·馬斯克表示,無論NASA的火星探測成果如何,他的SpaceX太空船將于2026年將人類帶上火星。這番言論也許有些自大,但從這個想死在火星上的“狂人”嘴里說出來,可不能小覷。保守一點估計,即使SpaceX無力單獨完成此番壯舉,至少可以給NASA提供一些備選方案。
此番由美國開啟的太空競賽,雖然沒有當年蘇聯那樣實力相當的對手跟進,但也不乏響應者。歐盟、俄羅斯、日本、印度等陸續公布了大推力火箭,登月,深空探測等計劃,都想在力所能及的范圍內有所斬獲,這無疑給中國航天帶來了一些壓力。想必在星辰大海的征途中,一定會很熱鬧。
北緯40°作者賜稿 文 | 東風
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