核心提示：

　　隨著烏克蘭局勢(shì)持續(xù)緊張，美國(guó)不斷升級(jí)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(dòng)機(jī)用于美國(guó)航天發(fā)射任務(wù)來(lái)回?fù)裘绹?guó)制裁。鑒于宇宙神-5火箭在美國(guó)有效載荷發(fā)射任務(wù)中的重要地位，以及新型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制一般需要數(shù)年時(shí)間，尋找RD-180替代方案成為美國(guó)當(dāng)前的一個(gè)緊迫事項(xiàng)。

　　日前，美國(guó)空軍發(fā)布信息征詢，邀請(qǐng)美國(guó)相關(guān)航天企業(yè)共同思考，如何確保美國(guó)的衛(wèi)星以及其他重要有效載荷的順利發(fā)射。對(duì)此，美國(guó)主要的航天企業(yè)積極回應(yīng)，并提出了發(fā)展新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、研制新型火箭等多種解決方案。

　　采用RD-180作為主發(fā)動(dòng)機(jī)的宇宙神-5運(yùn)載火箭

　　曾經(jīng)的國(guó)際合作典范

　　俄制RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由俄羅斯動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體研制，推進(jìn)劑為液氧/煤油，采用分級(jí)燃燒循環(huán)，推力3827千牛、比沖3052米/秒。該發(fā)動(dòng)機(jī)由美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司引進(jìn)，用作宇宙神-5運(yùn)載火箭的芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，單價(jià)1100～1500萬(wàn)美元。宇宙神-5火箭是美國(guó)當(dāng)前主力運(yùn)載火箭，與德?tīng)査?火箭同屬美國(guó)空軍的改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭。二者均由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司提供，共同承擔(dān)著美國(guó)政府的重要衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。

　　美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司曾宣稱，美國(guó)進(jìn)口俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)已有15年的歷史，期間從沒(méi)有發(fā)生過(guò)供應(yīng)鏈中斷問(wèn)題，在世界航天領(lǐng)域被視為國(guó)際合作典范。

　　雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)性能可靠、價(jià)格便宜、供貨穩(wěn)定，但是事關(guān)美國(guó)國(guó)家安全的發(fā)射任務(wù)卻依賴俄羅斯的發(fā)動(dòng)機(jī)，一直都是美國(guó)政府的隱憂。對(duì)此，美國(guó)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(dòng)機(jī)

　　第一個(gè)解決方案是，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司與藍(lán)源公司合作研制BE-4液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　今年9月17日，美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司宣布，將為藍(lán)源公司的BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)研制項(xiàng)目投資（未說(shuō)明具體金額），以替代俄制RD-180。據(jù)悉，藍(lán)源公司近3 年來(lái)一直在研制BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)，相比其他公司可謂先行一步。

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

　　藍(lán)源公司表示，選擇甲烷而非煤油作為發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑，是出于成本和可重復(fù)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(dòng)機(jī)更易于翻新和重復(fù)使用。

　　藍(lán)源公司創(chuàng)始人貝索斯透露，BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)將完全由美國(guó)設(shè)計(jì)和制造，利用計(jì)算機(jī)仿真和增材制造等最新技術(shù)。如果研制成功，BE-4不僅可用于宇宙神-5火箭，還可用于藍(lán)源公司的未來(lái)可重復(fù)使用軌道運(yùn)載器，在擺脫對(duì)RD-180依賴的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)美國(guó)運(yùn)載火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)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(dòng)機(jī)將面對(duì)大量的技術(shù)問(wèn)題。同時(shí)，為適應(yīng)甲烷推進(jìn)劑，宇宙神-5火箭也需要一些適應(yīng)性改進(jìn)。

　　方案二：AR-1液氧/煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

　　第二個(gè)解決方案是，航空噴氣·洛克達(dá)因公司希望美國(guó)空軍盡快啟動(dòng)AR-1液氧/煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，以替代俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　目前，該公司正在推進(jìn)AR-1發(fā)動(dòng)機(jī)的初步研究。其母公司金庫(kù)普公司的總裁兼首席執(zhí)行官塞繆爾透露，AR-1發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)推力約為2224千牛，研制費(fèi)用預(yù)計(jì)達(dá)8～10億美元，需4年時(shí)間。如果一切進(jìn)展順利，AR-1 發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作將于2019年前后完成。

　　同時(shí)，航空噴氣·洛克達(dá)因公司為AR-1發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)了一種名為Mondaloy的合金材料。這種合金強(qiáng)度高并且耐高溫，特別適合用于采用富氧分級(jí)燃燒循環(huán)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。與俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部涂層材料相比，該合金更為經(jīng)濟(jì)可靠。

　　此外，航空噴氣·洛克達(dá)因公司為降低風(fēng)險(xiǎn)，與Dynetics公司合作研究噴注器及發(fā)動(dòng)機(jī)其他組件的增材制造技術(shù)。兩家公司已經(jīng)利用增材技術(shù)制造了133千牛推力的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器，并準(zhǔn)備對(duì)其進(jìn)行試車(chē)。

　　方案三：固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

　　第三個(gè)解決方案是，ATK公司向美國(guó)空軍建議用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)代替RD-180。

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

　　“我們擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)階段推進(jìn)到飛行驗(yàn)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(guó)空軍提供RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)的替代型，而且價(jià)格也將極具競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>

　　ATK公司認(rèn)為，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以為有效載荷提供平穩(wěn)的推力，這對(duì)敏感的國(guó)家安全衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)非常有益。此外，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所需的地面發(fā)射設(shè)施更為簡(jiǎn)化。

　　除上述發(fā)動(dòng)機(jī)研制方案，美國(guó)SpaceX公司表示將在2015年推出新型大型運(yùn)載火箭，用于補(bǔ)充甚至替代宇宙神-5火箭。

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

　　無(wú)論是BE-4還是AR-1，其單機(jī)推力都小于RD-180，這需要把宇宙神-5火箭一子級(jí)原有的單發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改為雙發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)也需同步更新。BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)采用了液氧/甲烷推進(jìn)劑，這需要重新設(shè)計(jì)一子級(jí)原有結(jié)構(gòu)。而ATK公司提出的固體發(fā)動(dòng)機(jī)方案，其全箭環(huán)境適應(yīng)性對(duì)一些用戶的衛(wèi)星也將是一種挑戰(zhàn)。

　　最終美國(guó)如何在這些方案中做出選擇，方案確定后又將如何應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題都值得關(guān)注。（云棕）