美國新一代大火箭「火神」首飛成功，能讓ULA重振雄風嗎？

美國新一代大型運載火箭「火神」發射成功，聯合發射聯盟（ULA）希望借該火箭重振雄風，與SpaceX公司的產品同台競技。 

美國當地時間1月8日，搭載「遊隼」（Peregrine）月球探測器等載荷的「火神」（Vulcan）VC2S運載火箭從佛羅里達州卡納干沙路韋拿角太空軍基地SLC-41工位發射升空，將「遊隼」探測器送往地月轉移軌道（TLI），經過轉移飛行，探測器將於2024年初著陸於新近命名的Sinus Viscositatis月海區域。

「火神「火箭點火升空，最新消息顯示，」遊隼「月球探測器出現了燃料泄露的情況，可能影響其軟著陸月球。

被寄予厚望的「火神」

「火神」火箭的全稱是「火神-半人馬座」（Vulcan Centaur）運載火箭，是聯合發射聯盟公司（ULA）研製的一款大型運載火箭。

這款火箭其實是ULA內外因素刺激下的產物，時間回到2014年左右，當時在美國航天發射市場幾乎一家獨大的ULA遇到了兩件「糟心」的事情：內部「半路殺出個程咬金」——商業航天企業SpaceX公司嶄露頭角，憑藉相對較低的發射報價與ULA直接競爭，後期隨著「獵鷹」9火箭可重覆使用技術的成熟，進一步壓低價格，不少訂單（甚至包括國防訂單）都被SpaceX公司搶去，讓ULA倍感壓力；外部則是2014年克里米亞危機讓俄羅斯和西方關係迅速降溫，ULA公司「宇宙神」-5火箭由於使用了俄羅斯的RD-180發動機，發射美國軍方訂單開始處處受到限制。為了應對這些情況，ULA啟動了「火神」火箭的研製。

「火神」火箭採用兩級半構型設計，火箭長約61米，直徑5.4米，芯一級配備兩台藍色起源公司研製的BE-4液氧甲烷發動機，該發動機採用富氧循環，海平面推力249.5噸，芯二級採用兩台由洛克達因公司研製的RL-10C（X）氫氧發動機，該發動機使用3D打印的主噴油器和主燃燒室，配備整體式輕質復合材料噴管，真空推力10噸級，可重覆啟動7次。助推器是諾·格公司研製的GEM-63XL固體助推器，直徑約1.62米，210.13噸，可根據不同運力需要選配2、4、6枚固體助推器。火箭最大運載能力27.2噸，地球同步軌道運載能力15.3噸，運力在世界現役火箭中排名第四。

」宇宙神「-5火箭因為使用俄羅斯發動機，美俄關係遇冷後，該火箭也不受待見。

液氧甲烷火箭發動機的優點包括：比衝高、維護方便、易於獲取、發射成本低，此外，甲烷冷卻性能好，適用於全流量補燃循環方案，能夠兼顧高性能和重覆使用需求，為了降低成本，「火神」火箭除了使用液氧甲烷發動機，也考慮了可重覆使用技術。「火神」火箭根據可重覆使用要求提出了敏感模塊自主返回技術（SMART）。在一、二級分離後，火箭一級發動機將脫離，並在充氣式熱防護罩的保護下再入大氣層，然後依靠降落傘減速，最後由直升機在空中回收。ULA公司表示推進系統成本佔整個一級成本的65%，一級發動機的回收利用將會使一級推進系統成本降低90%，而這種僅回收關鍵部件的方式將比SpaceX公司回收整個子級箭體的方式更加簡單和易於實現。但現在首飛的「火神」火箭還沒使用這種技術，該技術的研製進展也比較緩慢，技術成熟尚需時日。

「火神」火箭成熟後將替代「宇宙神」-5系列火箭和「德爾塔」-4系列兩款火箭，成為ULA接下來的「當家花旦」。「宇宙神」-5系列火箭是洛克希德·馬田公司產品，最大運載能力18.85噸，地球同步轉移軌道最大運載能力8.9噸。該型火箭服役已經進入倒計時，目前還剩16次發射。「德爾塔」-4系列火箭由波音公司研製，最大運載能力28.8噸（「德爾塔」-4H），該火箭在2023年6月執行了其服役生涯的倒數第二次發射，計劃在2024年完成最後一次發射後退出歷史舞台。

」火神「火箭芯一級配備了兩台BE-4液氧甲烷發動機。

不確定的未來 

然而，這款被ULA寄予厚望的火箭卻有點不爭氣，研製過程問題頻出，發射時間一推再推，原計劃在2019年左右首飛的「火神」被推遲到今年1月，該火箭甚至被戲稱為火箭里的「鴿王」。

首先是火箭主發動機的選型，為了降低成本和可重覆使用，ULA最終選擇了藍色起源公司的BE-4液氧甲烷發動機。但這款發動機在研製過程中卻遇到了不少問題，發動機在2017年進行測試，從50%到70%推力測試表現尚可，有過1800秒以上穩定工作記錄，但是後面一直無法突破73%這一大關。2019年，藍色起源宣佈將會整個重新設計燃氣發生和渦輪泵系統，但後續試車又發現泵系穩定性存在缺陷，還出現爆炸的問題。最近的一次爆炸還發生在2023年6月，當時，在得克薩斯州西岸的試驗場，藍色起源公司的一台BE-4液氧甲烷發動機在熱試車時，點火僅10秒後便發生猛烈爆炸，發動機與試車台均在爆炸中嚴重損毀。BE-4發動機問題不斷是「火神」火箭屢屢推遲的主要原因，ULA曾多次公開抱怨：「BE-4發動機是火神火箭首飛的最大障礙」。

二級發動機表現也曾讓ULA「捏一把汗」。去年3月29日，「火神」火箭的「半人馬座V」氫氧上面級結構件在馬歇爾太空飛行中心開展資格認證測試時發生大爆炸，調查顯示，該燃料箱存在結構問題。ULA在6月24日的一份報告中指出，「半人馬座V」火箭的薄壁壓力穩定油箱在發射前需要在前圓頂頂部進行輕微加固操作。這次爆炸也增加了外界對該火箭可靠性的質疑。

對於ULA來說，雖然「火神」火箭跌跌撞撞，但這次首飛成功終於可以稍微鬆一口氣，接下來可以上桌與競爭對手SpaceX公司「掰掰手腕」。由美國洛克希德·馬田和波音公司在2006年聯合組建ULA曾憑藉壟斷地位，一度在美國發射市場呼風喚雨，從2006年至2015年可以說是「躺著賺錢」，大量美國國內發射合約尤其是國防載荷基本都有ULA納入囊中，發射成功率也是百分之百（發射次數超過155次）。而且2020年以前，聯合發射聯盟每年從軍方不僅獲得大量發射合約，還有年均10億美元的「發射能力維持補貼」。

但「躺著賺錢」的日子隨著SpaceX公司這條「鯰魚」的出現逐漸結束，SpaceX公司憑藉著可重覆使用的「獵鷹」9火箭和更低的管理成本，將發射報價壓至約ULA報價的一半。ULA的報價普遍在1億美元以上，「德爾塔」-4H重型火箭報價甚至超過2億美元，而SpaceX公司的報價有不少在5400萬美元左右，遠低於ULA。為了獲得更多發射訂單，2014年，SpaceX公司起訴美國軍方，稱在競標國家安全任務時美國軍方偏袒ULA，經過一番調解，SpaceX公司撤訴，軍方逐步授予SpaceX公司相關合約，並於2017首次發射國家安全載荷，多次為美國軍方發射X-37B軌道飛行器、GPS衛星等航天器。

看到SpaceX公司能夠用同樣的錢辦更多的事，美國軍方也是樂見SpaceX公司和ULA展開競爭。之後，美國軍方對「國家安全發射」（NSSL）項目第二階段進行了招標，2020年，經過兩輪激烈的競爭之後，美國空軍宣佈ULA和SpaceX公司中標，兩家公司將分別以60%、40%比例瓜分從2022年到2026年預計總數為30至34次的高價值國防發射任務合約，價值總額高達50億美元。雖然ULA佔了大頭，但為什麼更高的報價卻能夠獲得更多的合約，只能說「懂得都得」。

除了美國官方的發射任務需求，需求旺盛的商業航天發射服務也會讓「火神」火箭分得一杯羹。2022年4月5日，亞馬遜宣佈選擇阿麗亞娜太空公司、藍色起源和ULA為其柯伊伯（Kuiper）低軌互聯網星座發射3236顆衛星，ULA便採購了大量的火箭發動機，包括一次性採購了116台RL10C-X發動機，贏得亞馬遜的合約將使該型火箭的年發射次數增加一倍多，達到每年25次。

雖然「火神」火箭的前景是比較光明的，但依然存在一些不確定性，因為ULA可能被整體出售。去年4月，據美媒報導，ULA已經被擺上「貨架」，波音和洛·馬公司有意出售ULA。2023年12月，有報導稱，亞馬遜創始人傑夫·貝索斯的藍色起源公司以及另一傢俬募股權公司有意收購聯合發射聯盟（ULA），而藍色起源公司正在研製「新葛倫」火箭，這款運載能力達到45噸的可重覆使用火箭運載能力比「火神」更強，如果ULA真的被藍色起源公司收購，很可能上演「半路收養的孩子」和「親生孩子」爭寵的戲碼，至於結果，時間會給出答案。