據美國航天評論網站2015年9月14日報道,美國聯合發射聯盟(ULA)2015年4月正式宣布,計劃推出下一代發射系統,取名為“火神”。大部分人對“火神”發射系統的關注都集中在結束美國對俄制RD-180發動機的依賴上,然而其意義卻不只于此。ULA已制定了升級“火神”發射系統的長期戰略,包括研發新型上面級、部分可重復使用性,以及促成重型有效載荷發射任務并降低成本的其他概念。在8月31日-9月2日舉行的美國航空航天學會航天大會(AIAA Space)上,ULA的喬納森?巴爾、穆罕默德?拉杰卜及伯納德?庫特分別就“先進通用漸進級”(ACES)、“合理模塊化自主返回技術”(SMART)及分布式發射概念做了相關報告。該公司先進概念與技術部副主席(戰略規劃部副主任)喬治?索爾斯還就改變空間進入總體經濟效益的概念也做了報告說明。
先進通用漸進級
“火神”火箭在2020年左右首次發射時,將使用現有“半人馬座”上面級。不過,ULA已計劃將研發一種名為“先進通用漸進級”(ACES)的更為強大的新型上面級,以替換20世紀60年代的“半人馬座”上面級。
喬納森?巴爾表示,與“半人馬座”上面級相比,ACES推力和體積均更大:一方面,ACES將擁有相當于4臺RL10發動機的推力,與此對比,“宇宙神”運載火箭的“半人馬座”上面級僅使用了一臺單獨的RL10發動機;另一方面,ACES直徑比“半人馬座”更大,但長度與其相同。不過,ULA目前還尚未決定ACES將使用何種發動機,參與競爭的不止包括RL10發動機,也包括藍色起源公司研制的BE-3發動機、XCOR航空航天公司與聯合發射聯盟聯合研制的一款發動機,以及其他發動機。
ACES的主要創新之一是,其擁有一種稱為一體化火箭流體(integrated vehicle fluids)的技術,使用來自推進劑箱的汽化燃料,為輔助動力裝置提供燃料。這一技術省去了為ACES提供動力的大部分甚至幾乎所有電池,也能為推進劑箱加壓——無需攜帶氦氣瓶執行這一任務,既讓發射系統的上面級變得更為簡單,成本更低,又提升了其性能。ULA計劃在2023年,也就是“火神”火箭首次發射約四年后將引入ACES。巴爾在演講中表示,“火神”是第一步,ACES是第二步。
合理模塊化自主返回技術
早在“火神”概念對外宣布以前,ULA就已經開始探索將可重復使用性引入其發射系統的問題,曾提出回收及重復使用“宇宙神”5火箭第一級發動機的概念,并在推出“火神”發射系統2個月前,暗示該概念可能被納入下一代運載火箭技術。根據ULA的路線圖,這一名為“合理模塊化自主返回技術”(SMART)的概念將于本世紀20年代中期納入“火神”發射系統。與SpaceX公司尋求“獵鷹”9火箭整個第一級的著陸和重復使用不同,SMART僅回收“火神”火箭的第一級發動機。
穆罕默德?拉杰卜解釋稱,僅回收發動機的概念是基于經濟考慮,發動機的干質量不到火箭第一級干質量的四分之一,但成本卻占其約60%,根據ULA的成本建模,使用SMART重復使用技術,完成兩次發射就能實現收支平衡;而如果選擇回收整個第一級,完成約十次發射才能開始盈利。在SMART概念中,發動機模塊將與“火神”火箭第一級分離,先由一個充氣氣動減速器減速,再由降落傘減速至可以在空中回收。按照ULA當前的計劃,“火神”火箭將使用藍色起源公司生產的BE-4發動機。拉杰卜表示,不擔心BE-4發動機的可重復使用性,因為藍色起源公司正為自己的原因開發BE-4發動機的重復使用性,這里指的是該公司自己研發可重復使用運載火箭的計劃。
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