核心提示：

　　隨著烏克蘭局勢持續(xù)緊張，美國不斷升級制裁措施。俄羅斯也不示弱，一度借威脅禁止俄制RD-180發(fā)動機用于美國航天發(fā)射任務來回擊美國制裁。鑒于宇宙神-5火箭在美國有效載荷發(fā)射任務中的重要地位，以及新型液體火箭發(fā)動機研制一般需要數(shù)年時間，尋找RD-180替代方案成為美國當前的一個緊迫事項。

　　日前，美國空軍發(fā)布信息征詢，邀請美國相關航天企業(yè)共同思考，如何確保美國的衛(wèi)星以及其他重要有效載荷的順利發(fā)射。對此，美國主要的航天企業(yè)積極回應，并提出了發(fā)展新型火箭發(fā)動機技術、研制新型火箭等多種解決方案。

　　采用RD-180作為主發(fā)動機的宇宙神-5運載火箭

　　曾經(jīng)的國際合作典范

　　俄制RD-180火箭發(fā)動機由俄羅斯動力機械科研生產(chǎn)聯(lián)合體研制，推進劑為液氧/煤油，采用分級燃燒循環(huán)，推力3827千牛、比沖3052米/秒。該發(fā)動機由美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司引進，用作宇宙神-5運載火箭的芯一級發(fā)動機，單價1100～1500萬美元。宇宙神-5火箭是美國當前主力運載火箭，與德爾它4火箭同屬美國空軍的改進型一次性運載火箭。二者均由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司提供，共同承擔著美國政府的重要衛(wèi)星發(fā)射任務。

　　美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司曾宣稱，美國進口俄制RD-180發(fā)動機已有15年的歷史，期間從沒有發(fā)生過供應鏈中斷問題，在世界航天領域被視為國際合作典范。

　　雖然該發(fā)動機性能可靠、價格便宜、供貨穩(wěn)定，但是事關美國國家安全的發(fā)射任務卻依賴俄羅斯的發(fā)動機，一直都是美國政府的隱憂。對此，美國正在制定多種替代性解決方案。

　　方案一：BE-4液氧/甲烷發(fā)動機

　　第一個解決方案是，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司與藍源公司合作研制BE-4液氧/甲烷發(fā)動機。

　　今年9月17日，美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司宣布，將為藍源公司的BE-4發(fā)動機研制項目投資（未說明具體金額），以替代俄制RD-180。據(jù)悉，藍源公司近3 年來一直在研制BE-4發(fā)動機，相比其他公司可謂先行一步。

　　BE-4發(fā)動機推力約2446千牛，采用甲烷作為燃料，成本較低。芯一級采用2臺BE-4發(fā)動機的新型宇宙神-5火箭有望在2019年首飛。

　　藍源公司表示，選擇甲烷而非煤油作為發(fā)動機的推進劑，是出于成本和可重復使用性的雙重考慮。液化天然氣，也就是甲烷，比航天專用煤油便宜，燃燒殘余物更少，這使得發(fā)動機更易于翻新和重復使用。

　　藍源公司創(chuàng)始人貝索斯透露，BE-4發(fā)動機將完全由美國設計和制造，利用計算機仿真和增材制造等最新技術。如果研制成功，BE-4不僅可用于宇宙神-5火箭，還可用于藍源公司的未來可重復使用軌道運載器，在擺脫對RD-180依賴的同時，還能實現(xiàn)美國運載火箭主發(fā)動機的國產(chǎn)化。可謂一舉兩得。

　　然而，目前兩家公司合作研制甲烷發(fā)動機將面對大量的技術問題。同時，為適應甲烷推進劑，宇宙神-5火箭也需要一些適應性改進。

　　方案二：AR-1液氧/煤油火箭發(fā)動機

　　第二個解決方案是，航空噴氣·洛克達因公司希望美國空軍盡快啟動AR-1液氧/煤油火箭發(fā)動機的研制，以替代俄制RD-180發(fā)動機。

　　目前，該公司正在推進AR-1發(fā)動機的初步研究。其母公司金庫普公司的總裁兼首席執(zhí)行官塞繆爾透露，AR-1發(fā)動機設計推力約為2224千牛，研制費用預計達8～10億美元，需4年時間。如果一切進展順利，AR-1 發(fā)動機的研制工作將于2019年前后完成。

　　同時，航空噴氣·洛克達因公司為AR-1發(fā)動機開發(fā)了一種名為Mondaloy的合金材料。這種合金強度高并且耐高溫，特別適合用于采用富氧分級燃燒循環(huán)的液體火箭發(fā)動機。與俄制RD-180發(fā)動機的內(nèi)部涂層材料相比，該合金更為經(jīng)濟可靠。

　　此外，航空噴氣·洛克達因公司為降低風險，與Dynetics公司合作研究噴注器及發(fā)動機其他組件的增材制造技術。兩家公司已經(jīng)利用增材技術制造了133千牛推力的火箭發(fā)動機噴注器，并準備對其進行試車。

　　方案三：固體火箭發(fā)動機

　　第三個解決方案是，ATK公司向美國空軍建議用固體火箭發(fā)動機代替RD-180。

　　曾經(jīng)，ATK公司在短時間內(nèi)研制了6款新型固體火箭發(fā)動機，其中最短的研制時間不到2年。

　　“我們擁有豐富的經(jīng)驗，曾為商業(yè)用戶提供低成本的解決方案，并在數(shù)月內(nèi)就從設計階段推進到飛行驗證階段?！盇TK航空航天公司總裁布萊克·拉爾森表示，“同樣，ATK公司也可以迅速地為美國空軍提供RD-180發(fā)動機的替代型，而且價格也將極具競爭力?！?/p>

　　ATK公司認為，固體火箭發(fā)動機最大的優(yōu)勢在于可以為有效載荷提供平穩(wěn)的推力，這對敏感的國家安全衛(wèi)星發(fā)射任務非常有益。此外，固體火箭發(fā)動機所需的地面發(fā)射設施更為簡化。

　　除上述發(fā)動機研制方案，美國SpaceX公司表示將在2015年推出新型大型運載火箭，用于補充甚至替代宇宙神-5火箭。

　　雖然上述美國航天企業(yè)如期向美國空軍給出了各自的方案，但都存在著一定的技術挑戰(zhàn)。

　　無論是BE-4還是AR-1，其單機推力都小于RD-180，這需要把宇宙神-5火箭一子級原有的單發(fā)動機結構改為雙發(fā)動機結構，控制系統(tǒng)也需同步更新。BE-4發(fā)動機采用了液氧/甲烷推進劑，這需要重新設計一子級原有結構。而ATK公司提出的固體發(fā)動機方案，其全箭環(huán)境適應性對一些用戶的衛(wèi)星也將是一種挑戰(zhàn)。

　　最終美國如何在這些方案中做出選擇，方案確定后又將如何應對技術挑戰(zhàn)，這些問題都值得關注。（云棕）